Бирюзовый водород что это
Первый шаг к водородной экономике
Производство безуглеродного «зеленого» водорода может стать экономически конкурентоспособным к 2030 году, согласно прогнозу компании IHS Markit, проведенному в июле 2020 года.
В мире все большее количество электроэнергии вырабатывается с использованием солнца и ветра. За последние десятилетия технологии значительно продвинулись вперёд, и цена на возобновляемую энергию при этом падает.
Однако за пределами энергетического сектора в общем энергопотреблении на возобновляемые источники энергии приходится незначительная доля. В отопительных, транспортных и промышленных процессах преобладают ископаемые виды топлива. Сложившаяся ситуация может измениться через 10 лет.
Экономия за счет снижения себестоимости
К 2030 году производство водородного топлива, вырабатываемого на основе возобновляемых источников энергии, согласно прогнозу компании IHS Markit, может стать экономически конкурентоспособным направлением.
В настоящее время большое внимание уделяется так называемому «зеленому» водороду, который получают электролизом. Метод в последнее время довольно быстро развивается в разных частях мира, переходя от экспериментальных исследований к коммерческой эксплуатации. Электролиз — это физико-химический процесс, который использует электричество для разделения воды на водород и кислород.
Оценка аналитического агентства в значительной степени строится на экономии, которую можно получить за счет снижения себестоимости вырабатываемой энергии, при условии увеличения масштабов возобновляемых источников энергии для повышения коэффициента нагрузки на электролизер — технологическое оборудование, которое используется для получения некоторых видов газов, и в частности водорода. При этом компания также ожидает дальнейшее снижение затрат на возобновляемые источники энергии.
Цветное топливо
Производство водорода, использующего природный газ в качестве исходного сырья, с помощью процесса, известного как риформинг метана, в настоящее время ориентировано на химическую отрасль и переработку нефти, которые сегодня формируют основную часть мирового спроса на Н2.
Имеется значительный потенциал для использования водорода на транспорте, в отоплении, а также в разных отраслях промышленности и производстве электроэнергии. «Зеленый» водород, а также так называемый «синий», скорее всего, будут играть значительную роль в энергетическом будущем по мере расширения спроса на него, полагают эксперты аналитического агентства.
«Синий» и «зеленый» водород хорошо дополняют друг друга. Если они будут развиваться параллельно, то водород станет очень востребован в будущем.
Общая доля водорода в энергетическом балансе будет зависеть от желаемой степени декарбонизации. В Европе, которая в настоящее время является основным рынком для водородных проектов, на его долю может приходиться до трети всего энергетического баланса, в случае если цель декарбонизация составит 95% или выше, полагают эксперты IHS Markit.
В Европе сейчас широко распространено мнение, что электрификация сама по себе не может обеспечить тот уровень сокращения выбросов, к которому стремятся многие страны. Н2 является универсальным топливом как с точки зрения способа его транспортировки, так и с точки зрения разнообразия его потенциальных применений в конечном использовании. Чем больше степень обезуглероживания, тем больше возрастает роль водорода в энергетическом будущем.
Проекты power-to-X
Снижение стоимости за счет увеличения масштабов производства и конкурентоспособности является основным фактором растущей экономики «зелёного» водорода. По данным компании IHS Markit, которая отслеживает водородные проекты по всему миру, средний размер проектов power-to-X, запланированных на 2023 год, составляет 100 МВт, что в десять раз больше мощности самого крупного проекта, действующего сегодня.
Первый в мире проект HYFLEXPOWER
В июне нынешнего года в Европе стартовал первый в мире проект HYFLEXPOWER по созданию демонстрационной модели power-to-X-to-power с инновационной турбиной, работающей на водороде.
Проект реализуется консорциумом в составе Engie Solutions, Siemens Gas and Power, Centrax, Arttic, Германского центра авиации и космонавтики и четырех европейских университетов при поддержке Европейской комиссии в рамках восьмой программы Европейского Союза по развитию научных исследований и технологий — Horizon 2020.
Реализация проекта проходит на объекте Smurfit Kappa PRF. Эта компания специализируется на производстве бумаги из вторичного сырья и базируется во французском городе Saillat-sur-Vienne. Цель проекта — доказать, что водород можно производить и хранить с помощью возобновляемой энергетики и затем добавлять до 100% водорода к природному газу, который в настоящий момент используется на ТЭС.
В этих целях существующая промышленная газовая турбина SGT-400 производства Siemens будет модернизирована так, чтобы преобразовывать накопленный водород в электрическую и тепловую энергию.
Гибкое решение для хранения энергии
Европейская комиссия поддерживает самые инновационные исследовательские проекты, стимулируя рост в Европе. В этих целях комиссия выдает гранты по результатам конкурсной процедуры, в рамках которой HYFLEXPOWER смог заявить о себе, несмотря на серьезную конкуренцию. В рамках проекта будет доказано, что возобновляемый водород — гибкое решение для хранения энергии, которую можно будет в дальнейшем использовать в качестве топлива для турбины большой мощности промышленного класса.
Хранение возобновляемой энергии является одной из основных проблем перехода на новые способы генерации. В этой связи участники проекта HYFLEXPOWER разрабатывают новые технологии, которые можно будет применять на протяжении всего цикла power-to-X-to-power.
Установленная демонстрационная модель будет использоваться для хранения избыточной электроэнергии из возобновляемых источников в виде «зеленого» водорода. В периоды пикового спроса накопленный водород будет применяться для производства электроэнергии и её дальнейшей подачи в энергосети. Производство электроэнергии на объекте Smurfit Kappa в городе Saillat-sur-Vienne доверено Engie Solutions.
На площадке Engie Solutions эксплуатируется ТЭС мощностью 12 МВ, которая производит пар для нужд компании-производителя. Переоборудование имеющейся инфраструктуры существенно дешевле и быстрее строительства нового объекта. В рамках проекта будет разработана и продемонстрирована концепция современной электростанции, которая позволит модернизировать и усовершенствовать существующую электростанцию завода.
В ходе демонстрационных сессий в установку будет подаваться смесь природного газа и водорода. В итоге планируется перейти на стопроцентное использование водорода. Как следствие, общая цель проекта HYFLEXPOWER — тестирование максимально экологичного источника питания на водородной основе для безуглеродного получения электроэнергии. Это позволит сократить выбросы CO2 до 65 тыс. т в год при использовании турбины SGT-400 в режиме базовой нагрузки.
Вырабатывается из воды путем электролиза, для которого используется электроэнергия исключительно из возобновляемых источников. Вне зависимости от технологии электролиза весь получаемый «зеленый» водород выработан без выделений СО2.
Вырабатывается из легких углеводородов (природного газа) при паровом риформинге. В его процессе СО2 не улавливается и выбрасывается в атмосферу, отрицательно влияя на климат и усугубляя парниковый эффект. При производстве 1 т водорода в воздух выбрасывается до 10 т СО2.
Вырабатывается из углеводородов, как и «серый» водород, но в процессе риформинга СО2 улавливается и изолируется от атмосферы (англ. Carbon Capture and Storage, CCS). В общем энергобалансе «синий» водород считается климатически нейтральным.
Вырабатывается через пиролиз метана, при котором вместо СО2 выделяется углерод. «Бирюзовый» водород считается климатически нейтральным при соблюдении двух условий: 100% энергии для пиролиза поступают из ВИЭ, а весь выделяемый углерод связывается.
Европейские технологии
В консорциум, сформированный по результатам конкурса заявок, вошли европейские компании и организации. Engie Solutions построит установку для производства и хранения водорода, в том числе станцию для смешивания природного газа и водорода перед подачей в турбину.
Siemens Gas and Power поставит электролизер для производства водорода и разработает газовую турбину, работающую на водороде. Centrax модернизирует пакет решений для применения водорода и установит новую турбину.
Германский центр авиации и космонавтики совместно с University College London, University of Duisburg-Essen и Lund University помогут с проработкой технологий водородных турбин. National Technical University of Athens выполнит экономическую, экологическую и социальную оценку концепции. Arttic окажет поддержку по операционному управлению проектом и коммуникационным мероприятиям.
Общий бюджет проекта составляет около €15,2 миллиона. Из них €10,5 млн будут выделены Евросоюзом в рамках программы Horizon 2020.
Поэтапное развитие
Проект официально стартовал 1 мая 2020 года. Его реализация займет 4 года и будет разбита на несколько этапов. На первом этапе, который длится уже полгода, будет осуществлено техническое проектирование. Следующий этап начнётся уже скоро, в 2021 году. Он включает в себя монтаж установки по производству, хранению и подаче водорода на пилотном демонстрационном объекте.
Третий этап запланирован на 2022 год. За этот период нужно будет установить газовую турбину для смесей природного газа и водорода и провести первоначальную демонстрацию современной концепции пилотной электростанции.
Заключительный этап, который пройдёт в 2023 году, подразумевает пилотную демонстрацию применения до 100% водорода для безуглеродного производства энергии на базе накопленных избыточных возобновляемых источников.
Все эти технологии соответствуют стратегии компаний Siemens, Engie Solutions и Centrax по реализации решений с нулевым выбросом углерода.
«Зеленый» выбор нефтяников
Экономические показатели модели «зеленого» водорода улучшаются. Так, стоимость щелочного электролиза за последние пять лет снизилась на 40%. Согласно докладу Международного совета по водородным технологиям (The Hydrogen Council), в который вошли тридцать крупнейших мировых концернов, стоимость разработок водородных технологий в ближайшие десять лет сократится еще наполовину. Иными словами, к 2030 году водород сможет конкурировать не только с возобновляемыми, но и с ископаемыми энергоносителями.
По мнению экспертов, в первую очередь о производстве «зелёного» водорода стоит задуматься нефтяным компаниям, поскольку эта технология напрямую влияет на развитие их бизнеса. Это осознали в британско-нидерландском концерне Shell, который выбрал путь изменения собственной бизнес-модели и начал инвестировать в возобновляемые источники энергии, синтетическое топливо и электромобили.
Сегодня эти направления, на первый взгляд, полностью противоречат существующей стратегии компании, основанной на добыче нефти, переработке и торговле нефтяными продуктами. Однако в долгосрочной перспективе, с наступлением «зеленой» экономики, они станут для корпорации точками колоссального роста.
Частичная или полная перепечатка материалов возможна только с письменного разрешения
ЦДУ ТЭК – филиал ФГБУ «РЭА» Минэнерго России
Все права защищены и охраняются законом. © 2002-2021 ФГБУ «РЭА» Минэнерго
(ЦДУ ТЭК – филиал ФГБУ «РЭА» Минэнерго России) +7 (495) 950-86-09
Водород для Германии: «голубой» от «Газпрома» и «зеленый» из Украины?
Новое правительство ФРГ готово импортировать любой H2, однако ученые сомневаются в реалистичности его водородной стратегии и в той роли, которую лоббисты отводят России и Украине.
Новая компания «Газпром водород» и поручение Путина по трубопроводам
О том, что в «Газпроме» довольно серьезно отнеслись к водородной теме, говорит хотя бы то, что в апреле 2021 года концерн зарегистрировал в городе Видное Московской области специализированную дочернюю компанию «Газпром водород».
А о том внимании, которое Кремль уделяет газопроводам при формировании российской водородной стратегии, свидетельствует поручение, данное российским президентом Владимиром Путиным 30 ноября «Газпрому», правительству РФ и МИДу: к 1 июня 2022 года они должны «проработать вопросы о возможности экспорта в страны Европейского союза водорода в составе метано-водородной смеси на базе действующих трубопроводных систем».
Производство H2 из российского газа в земле Мекленбург-Передняя Померания?
Водород должен стать частью «зеленой» энергетики
Тут самое время вспомнить, чем вообще вызван нынешний всплеск интереса к водороду в индустриально развитых странах, не только в Германии. H2 потребовался им в качестве дополнения к возобновляемым источникам энергии (ВИЭ) в рамках декарбонизации. Она предполагает как отказ от использования угля, нефти и газа при производстве электричества, так и электрификацию всех тех сфер, где пока применяются ископаемые энергоносители, будь то автотранспорт (переход на электромобили) или отопление помещений (установка тепловых насосов).
Водородный поезд компании Alstom во время испытаний на северо-западе ФРГ в 2017 году
Внедрять же водород планируется там, где перейти на электричество будет трудно или невозможно, например, в металлургии, в самолетах, судах, на не электрифицированных участках железной дороги или опять же при отоплении помещений. Короче, водород рассматривается как составляющая часть будущей «зеленой» экономки.
Поэтому вполне логично, что в Германии делается ставка на развитии производства именно «зеленого» водорода, получаемого методом электролиза воды с использованием ВИЭ без выбросов в атмосферу парниковых газов. Новая правящая коалиция из социал-демократов, «зеленых» и либералов обещает оказывать господдержку при создании в ФРГ промышленных мощностей для электролиза.
Новое правительство ФРГ пока приветствует любые H2-технологии
Одновременно в коалиционном договоре, в котором слово водород встречается целых 28 раз, провозглашается цель создания «европейского союза зеленого водорода». Об экологически чистом водороде идет речь и в том абзаце, который посвящен отношениям с Украиной: «Мы стремимся к углублению энергетического партнерства с Украиной с большими амбициями в таких областях, как возобновляемая энергетика, производство зеленого водорода, энергоэффективность и сокращение выбросов CO2».
Лидеры трех партий представляют 24 ноября коалиционный договор
На эту формулировку тут же обратил внимание Восточный комитет немецкой экономики (Ost-Ausschuss der Deutschen Wirtschaft), лоббирующий интересы немецких фирм и их партнеров, работающих в бывших соцстранах Восточной Европы и на постсоветском пространстве.
Глава Восточного комитета немецкой экономики Оливер Хермес
Дополнительную интригу создает действующая в ФРГ политическая установка: длительное подземное хранение улавливаемого при CCS углекислого газа из соображений безопасности допустимо только на море. Соответствующие геологические возможности имеются на Северном море, а Любмин находится на Балтике.
В том же заявлении Оливер Хермес убеждает немецкое общество, что «среди наших непосредственных соседей Россия и Украина имеют наибольший потенциал стать партнерами в области зеленой энергии и водорода». Однако у коллектива авторов из трех научных институтов, опубликовавших в ноябре исследование о перспективах импорта водорода в Германию до 2030 года, сложилось иное мнение.
В Германии просчитались с объемами импорта водорода к 2030 году
В работе восьми ученых из Института немецкой экономики в Кельне (IW), Института по изучению климата, окружающей среды и энергии в Вуппертале (Wuppertal Institut) и Института техники в области окружающей среды, безопасности и энергетики имени Фраунхофера в Оберхаузене (Fraunhofer UMSICHT) бросается в глаза, что Россия и Украина в ней практически даже не упоминаются, а возможности импорта в Германию водорода исследуются на примере Нидерландов, Испании, Марокко и Чили.
Эксперт Wuppertal Institut по энергетике Франк Мертен
Ключевой вывод исследования: те объемы импорта H2, на которые Германия рассчитывает до 2030 года в рамках национальной водородной стратегии, и близко не будут достигнуты. Поставки даже из соседних Нидерландов с их большими возможностями для развития ветряной энергетики и разветвленной системой газопроводов окажутся, скорее всего, ниже ожидаемых: этой стране нынешние и будущие мощности потребуются главным образом для внутренних нужд.
Что лучше экспортировать Украине: «зеленый» водород или «зеленое» электричество?
Опираясь на подробное исследование потенциала четырех упомянутых стран, ученый выразил сомнение, что украинская возобновляемая энергетика сумеет в столь сжатые сроки нарастить мощности, необходимые для производства и экспорта «зеленого» H2. А если Украина будет поставлять в ФРГ и ЕС вместо водорода просто «зеленое» электричество, как это предлагают некоторые эксперты?
Установка по получению водорода и кислорода методом электролиза в Пренцлау под Берлином
Что же касается России, то у нее благодаря богатым запасам природного газа хорошие предпосылки для производства «голубого» водорода, отметил ученый, однако «окно возможностей для этой технологии весьма небольшое, поскольку после 2030 года значительно ускорится внедрение зеленого водорода», а потому велика опасность убыточных инвестиций. Вспомним: о том, что это технология только для «переходного периода», признает в своем заявлении и глава Восточного комитета Оливер Хермес
Более эффективным могло бы стать производство «бирюзового» водорода, но, по словам Франка Мертена, эксперты не ожидают широкого коммерческого использования этой еще не созревшей технологии до 2040 года. А к тому времени она уже вряд ли понадобится, ведь Германия в 2045 году намерена стать климатически нейтральной.
Технологии хранения энергии из возобновляемых источников
Электростанция из аккумуляторов
Как хранить в промышленных масштабах излишки электроэнергии, выработанной ветрогенераторами и солнечными панелями? Соединить как можно больше аккумуляторов! В Германии эту технологию с 2014 года отрабатывают в институте общества Фраунгофера в Магдебурге (фото). По соседству, в Шверине, тогда же заработала крупнейшая в Европе коммерческая аккумуляторная электростанция фирмы WEMAG мощностью 10 МВт.
Технологии хранения энергии из возобновляемых источников
Большие батареи на маленьком острове
Технологии хранения энергии из возобновляемых источников
Технологии хранения энергии из возобновляемых источников
Технологии хранения энергии из возобновляемых источников
Электроэнергия превращается в газ
Технологии хранения энергии из возобновляемых источников
Водород в сжиженном виде
Технологии хранения энергии из возобновляемых источников
В чем тут соль?
Соль тут в тех круглых резервуарах, которые установлены посреди солнечной электростанции на краю Сахары близ города Уарзазат в Марокко. Хранящаяся в них расплавленная соль выступает в роли аккумуляторной системы. Днем ее нагревают, а ночью используют накопленное тепло для производства водяного пара, подаваемого в турбину для производства электричества.
Технологии хранения энергии из возобновляемых источников
Каверна в роли подземной батарейки
Технологии хранения энергии из возобновляемых источников
Крупнейший «кипятильник» Европы
Человечество давно уже использует тепло для производства электроэнергии. Возобновляемая энергетика поставила задачу, наоборот, превращать электричество, в том числе и избыточное, в тепло (Power-to-Heat). Строительство в Берлине крупнейшего «кипятильника» Европы мощностью 120 МВт для отопления 30 тысяч домашних хозяйств компания Vattenfall намерена завершить к концу 2019 года.
Технологии хранения энергии из возобновляемых источников
Накопители энергии на четырех колесах
Что такое «зелёный водород» и какой водород бывает вообще?
Почему водород?
Несмотря на ряд преимуществ альтернативной возобновляемой энергетики, главным её минусом является зависимость от конкретных погодных условий. В результате, делать точные прогнозы по выработке электроэнергии для коррекции графика нагрузок энергосистемы и менять режим работы электростанций, работающих в базовой части графика нагрузок, достаточно проблематично. Электроэнергию, полученную в результате преобразования энергии ветра или солнца, эффективнее было бы где-то накапливать.
Современные энергосистемы работают по принципу постоянного баланса генерации и потребления. Для снижения влияния неравномерности графика нагрузок энергосистемы ряд станций переводится в режим работы по «пиковой» части графика нагрузок. Там где мощности «пиковых» электростанций не хватает, строятся электростанции, способные накапливать излишки этой самой мощности. Широкое распространение из станций этого типа получили гидроаккумулирующие станции (ГАЭС). Однако, предпринимаются попытки строительство аккумулирующих станций, действие которых основано на совершенно различных принципах работы.
Достаточно мощным ВИЭ трудно встроиться в этот баланс.
Использование аккумуляторов для целей накопления электроэнергии ВИЭ не идёт ни в какое сравнение с водородом.
Термин «Зелёный водород»
При переходе на зелёную энергетику и на водород, как на топливо будущего, важно, каким образом этот водород получен. Согласитесь, какая польза для экологии будет, если для производства водорода использовать мощности угольных электростанций?
Применение зелёного водорода
Изначально, применение водорода предполагалось в первую очередь на транспорте, как замена классического топлива для двигателей внутреннего сгорания, получаемого из нефти.
Однако, переход на безуглеродную экономику предполагает его более широкого применение, начиная от транспортной инфраструктуры, заканчивая тяжёлой промышленностью и энергетикой.
Современные разработки в области безопасного использования водорода в топливных элементах на транспорте позволяют, при должном подходе и дальнейшем развитии технической базы, полностью отказаться от классического ископаемого топлива без потери удобства от использования, в отличии от тех же электромобилей, где помимо существующих проблем с временем заправки и стоимостью батарей, есть ещё ряд проблем экологического характера, связанных как раз с аккумуляторами.
Водород может применяться в качестве основного топлива в тяжёлой промышленности, например, металлургии и машиностроении.
Применение водорода возможно на тепловых электростанциях как в качестве самостоятельного топлива, так и в качестве «добавки» к топливу ископаемому, для уменьшения углеродного следа.
Существует ряд технологий, которые позволяют смешивать природный газ с водородом, благодаря чему использовать ископаемое топливо можно более экономично, при этом, нет необходимости в замене основной газораспределительной инфраструктуры или даже частичной модернизации газового оборудования на стороне потребителей.
Виды водорода по общепринятой классификации
Так как потребности в водородном топливе будут расти с некоторым опережением его производства при помощи возобновляемых источников энергии, на ранних этапах водородного перехода, существует необходимость в восполнении дефицита водорода с применением классических технологий.
Не вся классическая энергетика одинаково вредна для экологии. Так, например, гидроэлектростанции так же относятся к возобновляемым источникам электроэнергии, поэтому произведённый с применением их энергии водород будет считаться зелёным. Водород, произведённый с применением энергии угольных электростанций самый вредный, у электростанций на природном газе влияние на экологию меньше, ещё меньше на экологию (доказано!) влияет атомная энергетика.
Однако, водород классифицируют не по типам электростанций, чьей энергией был произведен электролиз.
Многими экспертами в области водородной энергетики была принята так называемая цветовая классификация водорода по типам производства.
Зелёный водород
Собственно, это тот самый водород, который произведён при помощи электролиза воды, с использованием электроэнергии от любых возобновляемых источников энергии. Характеризуется в первую очередь тем, что при его производстве отсутствует так называемый углеродный след, а остальные экологические издержки сведены до минимума.
Оранжевый (или желтый) водород
Этот водород тоже получается методом электролиза воды, однако, в качестве источника электроэнергии для обеспечения процесса выступает атомная электростанция. Общепринято, что атомная энергетика не оставляет углеродного следа, но, при этом, создаёт тепловое загрязнение окружающей среди и требует утилизации радиоактивных отходов. Плюс ко всему, существует риск техногенной аварии, которая может привести к серьёзным последствиям для экологии.
Бирюзовый водород
Водород, получаемый разложением метана на водород и твердый углерод методом пиролиза. Производство бирюзового водорода дает относительно низкий уровень выброса углерода. Сам углерод получается не в виде СО2, а в практически чистом виде, и может быть либо захоронен, либо использован как сырьё для промышленности. Выбросов в атмосферу нет.
Серый водород
Этот водород производят при помощи паровой конверсии метана, где исходным сырьем является природный газ. Этот процесс можно легко организовать на практике, но в ходе химической реакции выделяется углекислый газ в тех же объемах, что и при сгорании природного газа, плюс расходы энергии на конверсию.
Голубой водород
При получении голубого водорода применяется метод паровой конверсии метана, однако, при условии что углерод улавливается. Данный метод дает примерно двукратное сокращение выбросов углерода.
Коричневый водород
Европейская классификация водорода по способу производства
Электролизный водород
Возобновляемый водород
Этот термин равнозначен термину «зелёный водород», который использовался в энергетическом сообществе Европы ранее.
Чистый водород
Так же в документах фигурирует термин Clean hydrogen, который является равнозначным термину «Возобновляемый водород».
Ископаемый водород
Fossil-based hydrogen – это водород, произведенный из ископаемого топлива по классической технологии.
Ископаемый водород с улавливанием углерода
Низкоуглеродный водород
В публикации могут быть некоторые неточности в части описания процесса производства для конкретного типа водорода. Однако, надо учитывать тот факт, что сам текст энергетической стратегии Европейского Союза содержит подобные неточности, и с точки зрения научного подхода требует уточнений. В процессе поступления новых материалов по данной теме публикация будет дополнена или изменена должным образом. Надо понимать, что многие описываемые в публикации данные имеют отношение к устоявшейся терминологии в европейском энергетическом сообществе и, в некотором смысле, носят скорее оценочный характер.