В Украине всерьез заговорили о возможности развития водородной энергетики. Идея далеко не новая – водород в качестве топлива уже давно тестируется мировыми автогигантами, и речь уже идет о переводе на Н2 грузового транспорта и железных дорог. Уже есть реализуемые проекты электростанций, внедренные и внедряемые модели индивидуального использования водородных топливных элементов для домохозяйств. Но, как бы то ни было, в случае запуска водородных проектов, Украина окажется на передовой мировых инновационных процессов. Нова Влада изучала альтернативные предложения по созданию в Украине работы модели водородных станций, которые могут взять на себя роль накопителей излишков(!) производства солнечной и ветровой электроэнергии.
Почему вдруг
Собственно, эта история началась еще два месяца назад – с доклада и.о. директора ГП «НЭК «Укрэнерго» Всеволода Ковальчука о возможностях подключения к Объединенной энергетической системе (ОЭС) Украины дополнительных мощностей объектов возобновляемой энергетики (возобновляемые источники электроэнергии – ВИЭ). А именно ветровых (ВЭС) и солнечных электростанций (СЭС).
Согласно расчетам «Укрэнерго», в Объединенную энергосистему Украины без риска разбалансировки можно инсталлировать суммарно 3 ГВт мощностей ВЭС и СЭС.
Собственно, ничего нового г-н Ковальчук не сказал – впервые о «пороге» мощности для объектов ВИЭ «Укрэнерго» заявляло еще в 2011-2012 гг., на заре развития возобновляемой энергетики в Украине (вначале речь шла о максимуме в 5 ГВт, потом – о 3 ГВт).
Но 6-7 лет назад, мощности ветряной и солнечной энергетики, измеряемые гигаваттами, казались не более чем красивой сказкой. Теперь это стало реальностью, которая безжалостно для инвесторов в ВИЭ постучалась в двери.
Кратко поясним: ветровые станции и фотовольтаика относятся к нестабильной генерации (или, как еще говорят, стохастической, т.е. случайной, зависящей от многих переменных). Такое производство электроэнергии зависит от времени года, времени суток и погодных условий.
По данным Украинской ветроэнергетической ассоциации, уже в 2017 г. суммарная установленная мощность ВЭС и СЭС Украины составила почти 1,25 МВт (ВЭС – более 506 МВт, СЭС – почти 736 МВт). Вместе за год они «сбросили» в ОЭС почти 2,1 млрд кВт/ч электроэнергии. Но, как отмечают в «Укрэнерго», отпуск электроэнергии осуществлялся неравномерно – отклонения от плановых показателей составляют до 30%.
Обратимся к фактам. В 2017 г. производство электроэнергии на Трипольской ТЭС составило около 830 млн кВ/ч. Для того, чтобы понять масштаб проблемы, достаточно представить себе, что в энергосистеме в течение суток практически хаотически включаются и выключаются две с половиной Трипольских ТЭС. Со всеми вытекающими последствиями.
Пока система сбалансирована – колебания зеленой генерации компенсируются за счет ГАЭС и угольных ТЭС, работающих в маневренном режиме.
Но нужно иметь в виду и темпы прироста зеленой генерации – 60% мощностей введено в эксплуатацию в 2014-2017 гг. По данным Госэнергоэффективности, за последние годы инвестиции в возобновляемую энергетику составили EUR1,1 млрд. Из этой суммы EUR370 млн. было вложено в отрасль только за один 2017 г., а в 2018 г. инвестиции ожидаются на уровне EUR460-480 млн.
По прогнозу «Укрэнерго», рубеж в 3 ГВт будет достигнут уже в декабре 2019 г. Но объем уже выданных технических условий на присоединение новых мощностей ВИЭ к энергосистеме составляет 7,43ГВт (ВЭС – 4,2 ГВт, СЭС – 3,23 ГВт).
На этом рубеже ВИЭ заместят в энергосистеме производство электроэнергии на ТЭС в объеме порядка 6 млрд кВт/ч в год. И система, хотя и останется сбалансированной, вплотную подойдет к пределу прочности.
Превышение указанной мощности ВИЭ, если ничего не предпринимать для решения проблемы, может привести к очень интересному явлению, с которым уже давно столкнулись в развитых странах – зелено-угольному парадоксу.
Если говорить просто, он заключается в том, что для балансировки растущей нестабильной зеленой генерации, оператору энергосистемы приходится задействовать все большие мощности угольных ТЭС. Возможности ГАЭС ограничены и зависят от времени года. Вот и выходит парадоксальная ситуация: на пути достижения декарбонизации экономики за счет чистых источников энергии, приходится увеличивать выбросы углеродных соединений в атмосферу.
У проблемы есть и еще одна очень неприятная сторона – генерация электроэнергии сбалансирована с потреблением. Если увеличивать долю ВИЭ и, одновременно, ТЭС, доля какой-то из генераций должна быть уменьшена. И, к сожалению, придется уменьшать долю самой дешевой на сегодняшний день атомной генерации, которая не может работать в маневренном режиме. Со всеми вытекающими последствиями в виде стремительного роста цен на электроэнергию.
Поэтому, в «Укрэнерго» предлагают решить вопрос иначе. До 2025 г. должны быть построены и введены в эксплуатацию 2 ГВт мощностей высокоманевренных газопоршневых электростанций (газ является наиболее экологическим ископаемым топливом) и 500 МВт мощностей накопителей энергии. Их наличие в системе позволит не ограничивать рост зеленой генерации.
Стоимость всей программы – 55 млрд грн., но первые 500 МВт газопоршневых станций должны заработать уже в 2020 г., а первые 100 МВт накопителей – в 2021 г.
Естественно, что эти средства должны будут изыскать инвесторы в объекты возобновляемой энергетики. Но альтернативой, по мнению НЭК, может быть только ограничение роста мощности возобновляемых источников и сворачивания заявленных инвестиционных программ.
Что предлагают взамен
В целом, представители отрасли возобновляемой энергетики отреагировали на позицию «Укрэнерго» без излишних эмоций. Вопрос не шуточный – на кону оказалась целостность ОЭС и безопасность государства как такового.
Ведь есть еще одно обстоятельство, которое заставляет зеленую энергетику искать возможности стабилизации работы ВЭС и СЭС. Согласно Закону «О рынке электрической энергии», в течение 2018-2019 гг. вся генерация переходит на новые принципы работы – формируется рынок на сутки вперед и балансирующий рынок.
Уже с 1 января 2020 г. за невыполнение заявленного плана отпуска электричества в систему на сутки вперед предусмотрена ответственность и в виде финансовых санкций и ограничения норм отпуска.
Поэтому в мае 2018 г. была озвучена оригинальная инициатива (альтернатива) – развивать экологически чистую водородную энергетику.
Впрочем, не все так просто. О горючих свойствах водорода известно уже почти 200 лет, в XX ст. появились первые образцы топливных элементов обратного гидролиза (электроэнергия производится без горения газа). Именно эти топливные элементы используются в водородном транспорте (который по сути является электрическим). Но даже при прямом сжигании никакого вреда окружающей среде не наносится – продуктом окисления водорода, в отличие от углеводородного топлива, является обычная вода.
Все упирается в дороговизну получения Н2 – самый распространенный химический элемент вселенной на Земле в чистом виде встречается лишь в самых верхних слоях атмосферы.
Разработано много способов промышленного производства водорода – паровая конверсия метана, газификация угля, микробиологическое разложение воды и, наконец, электролиз воды.
Сейчас ведущие мировые научные центры поставили задачу снижения стоимости производства водорода путем электролиза с $5-6 за 1 кг до $3 за 1 кг (еще несколько лет назад стоимость доходила до $12 за 1 кг).
Впрочем, даже заявленная цена остается высокой. Но, вместе с тем, водородная энергетика развивается стремительными темпами. Что же изменилось?
Как ни странно, основной недостаток ветростанций и солярных установок – нестабильность работы – превратился в преимущество.
Как пояснил Андрей Конеченков, председатель правления Украинской ветроэнергетической ассоциации (УВЭА), вице-президент Всемирной ветроэнергетической ассоциации, уже сейчас в дневные часы ветростанции и СЭС способны выдавать по 150% от плановой нагрузки, т.е. на треть больше существующих объемов. Но отпуск электроэнергии в сеть ограничен существующими требованиями к соблюдению баланса ОЭС. По мере ввода в строй новых мощностей «излишки» будут только возрастать.
Поэтому и появилась комплексная идея наращивания мощностей возобновляемой энергетики и одновременного использования практически неограниченного ресурса водородной энергии.
В обсуждаемой сейчас модели водородные электростанции берут на себя роль накопителей энергии. Днем, во время избыточного производства электроэнергии, излишки используются для электролиза воды и получения водорода. Далее газ используется либо для зарядки топливных элементов (по аналогии с элементами для транспорта), либо используется как топливо для водородных теплоэлектростанций. Эти станции и будут выполнять функции маневренных мощностей в случае резких перепадов работы ВЭС и СЭС, в вечерние часы высокого потребления электроэнергии и т.д.
Впрочем, как заметил Александр Репкин, президент Энергетической ассоциации «Украинская водородная рада», на нынешнем этапе главное – информировать общественность и инвесторов о самой идее использовать водород, как промышленное топливо.
«Мало кто знает, что такое водород, где и как его можно использовать. У большинства людей водород ассоциируется с оружием. Но сейчас все так динамично развивается, что многие страны в своих стратегиях видят не только водородную энергетику, но даже водородную экономику», – заявил он.
Недобрая слава «опасного» газа за водородом закрепилась после впечатляющего пожара и взрыва немецкого дирижабля «Гинденбург» в небе над Нью-Йорком в 1937 г. Проведенное расследование показало, что загорелся не водород, а оболочка дирижабля, не имевшая достаточной электропроводимости. Позже главным страхом людей стала водородная бомба, которая, кстати, вообще содержит не водород, а дейтерий (тяжелый изотоп водорода).
Но, как говорится, ложки нашли, а неприятный осадок остался – в сознании общества закрепилась мысль, что водород взрывается при первом удобном случае.
В его защиту можно сказать, что такие же легенды в свое время слагались и об автомобилях, природном газе, электричестве. Ежедневно в мире происходят сотни возгораний двигателей внутреннего сгорания, происходят взрывы бытового газа и баллонов с пропан-бутаном, люди погибают от удара электрическим током. Но это нисколько не смущает жителей планеты. Специалисты заверяют – водород не более опасен, чем природный газ или бензин.
Как быть с тарифом
Есть, правда, лежащая «на поверхности» проблема: как быть с «зеленым» тарифом на электроэнергию ветра и солнца, в случае установки водородных станций и накопителей. С одной стороны, он действует только для энергии, отпущенной в сеть, с другой – если ВЭС и СЭС получили такой тариф, то иначе они работать не могут.
Александр Домбровский, народный депутат Украины, первый зампредседателя комитета ВРУ по вопросам ТЭК, ядерной политики и ядерной безопасности заверил, что рассматривается вопрос о том, чтобы параллельно с «зеленым» тарифом, государство законодательно ввело аукционы и на проекты ВИЭ, и на накопители энергии, включая водород.
Аукционы на электроэнергию начнут работать уже в следующем году. Как считает Андрей Конеченков, технически все очень просто организовать – установленную «Укрэнерго» норму отпуска электричества ВЭС и СЭС продают по «зеленому» тарифу, а излишки – на аукционах, по нерегулируемому тарифу.
Кстати, по слухам, с 2020 г. «зеленые» тарифы могут быть вообще отменены и полностью заменены на систему аукционов.
Правда, как предостерег Максим Ефимов, народный депутат Украины, первый зампредседателя комитета ВРУ по вопросам промышленной политики и предпринимательства, есть негативные примеры введения аукционов в той же Германии, и применять этот механизм нужно очень осторожно. Для стабильности инвестиционной политики нельзя полностью переходить на аукционы, льготы на солнечную и ветроэнергетику должны действовать до 2030 г., как это и предусмотрено законодательством.
У кого подсмотреть
Пока глобальные инвестиции в водородную энергетику составляют до EUR1,5 млрд в год. Бельгийский консорциум Hydrogen Council (объединяет 39 компаний в сфере энергетики) обещает в течение пяти лет инвестировать в это направление $13 млрд. Но пока речь идет о создании сети заправочных станций для водородных автомобилей.
Более подходящим для Украины примером может стать водородная электростанция 1 МВт, которая будет запущена в этом году в Японии компаниями Obayashi и Kawasaki Heavy Industries. Она станет первым в мире промышленным объектом энергетики на новом виде топлива.
В 2020 г. ожидается ввод в эксплуатацию сразу двух объектов водородной энергетики. Вторая очередь американской электростанции Sheldon в Небраске будет модернизирована для использования водорода (120 МВт). До этого Sheldon работала на атомном реакторе, переделывалась под использование природного газа и газифицированного угля.
Также в 2020 г. должна быть запущена водородная электростанция CEOG во Французской Гвиане. Работы на объекте ведет компания HDF Energy (подробности пока не оглашались). Заявлено лишь, что станция обеспечит электричеством 10 тыс. домохозяйств.
Из уже реализованных проектов интересна автономная водородная электростанция на железнодорожной станции Кавасаки в Японии – электричество, необходимое для процесса первичного электролиза, получают за счет солнечных панелей и ветрогенератора.
Поэтому можно смело утверждать, что план, представленный украинскими представителями отрасли возобновляемой энергетики, вовсе не выглядит очередной утопией. Проблема лишь в том, что для его реализации практически не осталось временного ресурса. Возможно, владельцам ВЭС и СЭС пока стоит подумать о создании банка традиционных накопителей энергии – промышленных литий-ионных аккумуляторов, уже опробованных Илоном Маском.
Михаил Дикаленко
