Озаботившись экологией, мир всё больше идёт к энергетическому переходу.
Изначально планировалось, что к началу 21 века человечество освоит управляемый термоядерный синтез и начнёт переход на термоядерную энергетику – мощнейший, чистый и условно бесконечный источник энергии.
Однако к 1990 году стало ясно, что в среднесрочной перспективе человечество не сможет вступить в термоядерную эру, и с чистой энергетики фокус был переведён на менее эффективные, но возобновляемые альтернативные источники энергии – ветряные и солнечные электростанции.
С 2020 годов в энергетических доктринах многих стран мира стал прослеживаться интерес к внедрению водорода как основного энергоносителя и к созданию новой водородной экономики.
Внедрение водорода совместно с ядерной, ветряной, солнечной и гидроэнергетикой должно ознаменовать окончательный переход на новый энергетический уклад стран большой двадцатки к 2050 году.
Водород, как энергоноситель, должен в перспективе полностью заменить углеводородное ископаемое топливо. А производить его должны из экологически чистых источников ресурсов и энергии – воды и безуглеродной возобновляемой энергетики. Водород, произведённый по такой технологии, называется «зелёный», он совершенно естественен для экосистемы Земли, как и круговорот воды в природе.
Во всяком случае, так должно было быть. Но опять что-то пошло не так…
Однако при современном уровне развития промышленности для производства «зелёного водорода» требуется слишком много энергии. И все расчёты показывают, что мощностей по производству водорода методом электролиза воды, пиролиза метана или газификации угля не хватает для перехода мировой экономики на водородный энергоноситель.
Тут уже не до экологически чистого «зелёного» водорода - суметь бы банально заместить водородом хотя бы часть своих энергетических потребностей.
Однако выход есть. В России стартовали проекты, которые смогут сохранить концепцию «зелёного» водорода и обеспечить им наиболее нуждающиеся секторы экономики.
Речь идёт о строительстве приливных электростанций совокупной мощностью около 130 ГВт.
В России начались проработки и проектирование сразу нескольких ПЭС гигаваттных мощностей:
На сегодня Мезенская ПЭС является самым близким к реализации проектом такой электростанции.
Приливные электростанции являются самим экологически чистым источником электроэнергии, который естественен для экосистемы Земли и не нарушает её природный баланс. Приливы и отливы постоянны на протяжении тысячелетий, поэтому легко прогнозируются на десятки лет вперёд, чуть ли не по минутам. Энергию приливам обеспечивает сложение таких факторов, как гравитация Луны, Солнца и вращение Земли вокруг своей оси.
Реализация проектов Мезенской и Тугурской ПЭС к 2035 году выгодна самой России, так как эти электростанции смогут обеспечить страну в среднем 20 ГВт чистой энергии.
Благодаря этому Россия будет экономить более 31 миллиона тонн условного углеводородного топлива, что снизит выбросы СО2 на 48 миллионов тонн в год. А эти цифры очень хорошо вписываются в государственную стратегию «Долгосрочного развития Российской Федерации с низким уровнем выбросов парниковых газов до 2050 года».
Ну а что там с мощностями Пенжинской ПЭС? Насколько она нужна России и миру?
Проработка проекта стартовала в 2021 году и опирается на опыт СССР, который ранее планировал возведение двух очередей объекта:
Оба створа будут обеспечивать мощность более 108 ГВт. Это больше, чем запланированная установочная мощность производства «зелёного водорода» во всей Европе к 2050 году.
300 млрд кВт*ч самой экологически чистой электроэнергии в природе способны произвести более 6 миллионов тонн «зелёного водорода». Однако это составляет всего 18% от запланированного экспортного водородного потенциала России к 2050 году.
Сегодня промышленными электролизёрами на производство 1 кг водорода требуется затрать от 48 до 78 кВт*ч электроэнергии (в зависимости от КПД). Если удастся создать промышленные образцы электролизёров с к КПД 99% (сегодня этот показатель составляет от 42 до 68%), то энергозатраты снизятся до величины 33,5 кВт*ч электроэнергии на 1 кг водорода. Тогда Пенжинская ПЭС сможет производить 9 миллионов тонн «зелёного» водорода в год. При стоимости около 3 долларов за 1 кг «зелёного водорода» строительство этого мегапроекта может окупиться за 15 лет.
Учитывая, что проект Пенжинской ПЭС станет одним из крупнейших инженерных сооружений за всю историю человечества, такая окупаемость - весьма неплохая.
Однако вкладываться в этот проект сегодня России не стоит, иначе это будет самой опрометчивой ошибкой.
Вспомним Крымский мост, предварительная стоимость которого до начала строительства оценивалась в 82,9 млрд рублей, а итоговая стоимость после завершения строительства составила 227,92 млрд рублей. А проект Пенжинской ПЭС только предварительно стоит 18,98 трлн рублей, что составляет 88% всего бюджета России на 2021 год. На эти деньги можно построить ещё 83 Крымских моста.
Проблема осложняется ещё и тем, что включить Пенжинскую ПЭС в единую энергосистему страны будет очень накладно, так как только потери на передачу электричества составят около 30%, не говоря уж о стоимости строительства высоковольтной линии.
Тут нужна электролиния из сверхпроводников, тогда потери при передаче электроэнергии будут минимизированы…
Такие технологии уже есть, и они находятся на активной стадии разработки. Например, под Петербургом строится экспериментальная линия сверхпроводящей ЛЭП протяженностью 2,5 км стоимостью в 3,5 млрд рублей.
При этом мощность в 108 ГВт будет сосредоточена на ограниченной территории, окупить которую простым производством электроэнергии не получится. Тут нужно производить продукт с куда более высокой добавочной стоимостью. И вот на эту роль как раз подходит «зелёный» водород. Однако, даже учитывая гигантскую мощность электростанции, производить она сможет всего от 6 до 9 миллионов тонн водорода в год.
Например, атомные энерготехнологические станции (АЭТС), которые разрабатывает корпорация "Росатом" для производства экологически чистого водорода, при капитальных вложениях в 57,5 млрд. рублей будут иметь производительность 210 тысяч тонн водорода в год на один модуль мощностью 600 МВт.
То есть производство водорода на АЭТС в пересчёте на стоимость проектов будет в 7,7-11,5 раз дешевле, чем на Пенжинской ПЭС. При этом реакторы можно строить где угодно, а затем возводить их по модульному принципу.
Например, есть потребность региона в 840 тысячах тонн водорода в год. Значит нужно возвести 4х600 МВт блока, объединив их в одну АЭТС. Есть потребность в водороде у зарубежного покупателя - строим столько блоков, сколько необходимо для удовлетворения их спроса.
Лезть с головой в проект (который, конечно, и изменит лицо "зелёной" энергетики) без плана сбыть водород на ближайшие 20-30 лет вперёд - нельзя.
Принять соответствующее инвестиционное решение можно, только опираясь на детальную проработку проекта, где будет доля, в том числе, и зарубежного участия, а рынок сбыта водорода будет долгосрочным, прогнозируемым и надёжным.
Однако стоит учитывать, что концепция "зелёного" водорода с каждым годом всё меньше и меньше будет применима к главному своему достоинству – экологичности. Всё из-за того, что современные технологии производства водорода и попутной утилизации всех вредных выбросов - совершенствуются. К 2030 году экологический след производства водорода из метана и угля будет равен экологическому следу производства водорода из воды. При подобных условиях стоимость "зелёного" водорода на глобальном рынке водорода будет сравнима со стоимостью прочих видов водорода.
В этом случае нет никакого смысла строить Пенжинскую ПЭС исключительно для производства "зелёного" водорода. Есть куда более выгодные и дешёвые проекты производства водорода в том количестве, которое сможет произвести вся мощь Пенжинской ПЭС.
Долгосрочной целью водородной стратегии стран ЕС является снижение стоимости «зелёного» водорода до уровня стоимости «голубого» водорода.
По моему мнению, энергетический потенциал Пенжинской ПЭС нужно рассматривать в первую очередь в рамках реализации российских национальных программ развития страны.
Одной из таких программ является развитие ракетно-космической отрасли страны. Вот тут энергетический потенциал Пенжинской ПЭС будет очень кстати. Космодром "Восточный" находится менее чем в 2500 км от планируемой электростанции.
Электрическая мощность Пенжинской ПЭС позволит на порядок быстрее и лучше развивать инфраструктуру космодрома, выстраивая целый комплекс производственных мощностей, центров снабжения и даже новых городов...
...либо прочих энергоёмких производств, которые бы обеспечивала дешёвой электроэнергией Пенжинская ПЭС.
Условно бесконечный источник электроэнергии, не требующий топлива, будет эффективен и как средство производства компонентов топлива для многоразовых ракетных систем, и как источник энергии для производства самих ракет, вокруг которых будут вырастать новые города (новые потребители энергии). Вскоре "Восточный" станет мировым космическим центром, который будет окупаться как за счёт космического туризма, так и за счёт реализации национальных программ освоения космоса (например, в долгосрочной перспективе - колонизация Луны и Марса).
В этом случае реализация проекта Пенжинской ПЭС вместе с Тугурской ПЭС будет весьма весомым аргументом для развития целого региона страны, несмотря даже на колоссальную их стоимость.
Сегодня проработкой проекта потенциала Пенжинской ПЭС занимается частная компания «H2 Чистая энергетика» совместно с государственной корпорацией развития Камчатского края.
Государственные и частные энергетические компании пока не заинтересовались реализацией подобного проекта.
Так, компания «En+» желает выпускать по 18 тысяч тонн «зелёного» водорода на своих действующих ГЭС в Сибири и Карелии, и только обдумывает строительство Мотыгинской ГЭС на 1,1 ГВт стоимостью 1,3 миллиарда долларов для выпуска 116 тысяч тонн «зелёного» водорода в год.
Предварительный срок реализации проекта строительства Мотыгинской ГЭС – 10 лет.
Водород планируется в сжиженном виде экспортировать в Южную Корею, Японию, Финляндию и другие страны. Стоимость сжиженного водорода по предварительным оценкам составит 5 долларов за 1 кг с учётом доставки (3 доллара - стоимость производства, и 2 доллара - доставка).
Кстати, окупаемость проекта в пересчёте на стоимость и объёмы выпускаемого водорода какая-то странная: 1,3 млрд долларов / (116 тысяч тонн в год * 3 доллара) = 3,74 года. Это как минимум вдвое ниже оценок зарубежных специалистов.
Однако объёмы и стоимость производства водорода – очень условные и просчитать их сегодня невозможно. Это, кстати, и отображено в водородной стратегии Германии и Европы, где они желают обеспечить производство водорода электролизным методом, но как удовлетворить спрос и где брать столько электроэнергии на его производство - умалчивается.
Я уже делал анализ водородных потребностей Германии с учётом того, что прописано в её водородной доктрине до 2050 года. По самым минимальным оптимистичным расчётам данный показатель составляет 88 миллионов тонн водорода в год.
На удовлетворение нужд только одной Германии в "зелёном" водороде потребуется мощность десяти Пенжинских ПЭС, либо можно переработать 308 млрд кубометров природного газа в водород.
Какой "цвет" водорода в таком случае выберут в Германии, Японии и Южной Корее?
Так что нерешённых вопросов с выпуском этого самого «зелёного» водорода ещё очень много. И это делает его продуктом высокоуровневого потребления.
Поэтому строить столь грандиозный инженерный проект исключительно под выпуск водорода - слишком опрометчиво. Как минимум, у проекта должны быть свои собственные нужды не меньшего масштаба, а также вторичные и третичные цели.
А то получится, что мы ставим в приоритет удовлетворение энергетических потребностей зарубежных стран, развивая нашу энергетику в первую очередь для них...
В основе публикации использованы источники:
Мезенская ПЭС
https://web.archive.org/web/20090822000939/http://www.tidal-mezen.rushydro.ru/
-
Великобритания запускает проект приливной электростанции
http://www.mediaholding100.com/2017/03/blog-post_28.html
-
Атомно-водородная энергетика
https://www.eriras.ru/files/5_ponomarev-st_-prezentatsiyaa_25_10_18-.pdf
-
Водородная энергетика 21 века
https://atomicexpert.com/page2606004.html
-
Пенжинская ПЭС
https://disk.yandex.ru/i/i5CBwJfWqDfi9w
-
Вопросы развития основных инфраструктур в современных условиях в Российской Федерации
https://slideplayer.com/slide/5120526/
-
Сихвинская ПЭС
https://blog.daum.net/kowaco/7934811
-
South Korea’s Plans for Tidal Power: When a “Green” Solution Creates More Problems
https://nautilus.org/napsnet/napsnet-special-reports/south-koreas-plans-for-tidal-power-when-a-green-solution-creates-more-problems/
-
Использование потенциала ПЭС
http://900igr.net/prezentacija/geografija/rol-gidroenergetiki-v-formirovanii-resursnoj-bazy-i-energeticheskoj-infrastruktury-evrazii-111797/ispolzovanie-potentsiala-pes-10.html
-
в Петербурге построят самую длинную сверхпроводящую ЛЭП
https://iz.ru/1005591/aleksandr-bulanov/severnyi-tok-v-peterburge-postroiat-samuiu-dlinnuiu-sverkhprovodiashchuiu-lep
-
СТРАТЕГИЯ ДОЛГОСРОЧНОГО РАЗВИТИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ С НИЗКИМ УРОВНЕМ ВЫБРОСОВ ПАРНИКОВЫХ ГАЗОВ ДО 2050 ГОДА
https://www.economy.gov.ru/material/file/babacbb75d32d90e28d3298582d13a75/proekt_strategii.pdf
-
На какие расстояния эффективно передавать электроэнергию?
https://www.popmech.ru/technologies/15237-na-kakie-rasstoyaniya-effektivno-peredavat-elektroenergiyu/
-
Пенжинская ПЭС: состояние проекта и перспективы
https://fb.ru/article/385430/penjinskaya-pes-sostoyanie-proekta-i-perspektivyi
-
Прилив энергии. Как Россия может заработать на Луне
https://life.ru/p/959808
-
На Камчатке приступили к разработке проекта приливной электростанции в Охотском море
https://tass.ru/ekonomika/11889389
-
РОСНАНО и компания «Н2 Чистая Энергетика» подписали соглашение о совместном развитии проектов по производству «зеленого» водорода
https://www.rusnano.com/about/press-centre/news/20210604-rosnano-h2-chistaya-energetika-na-pmef-podpisali-soglashenie-sovmestnom-razvitii-proyektov-po-proizvodstvu-zelenogo-vodoroda
-
Энергетика будущего проект Пенженской приливной электростанции
https://www.youtube.com/watch?v=NT4aChVQ8Gg
-
Реанимируют советский проект по водороду
https://www.rbc.ru/business/12/07/2021/60ec4ab99a7947fca921f1eb
