Обзоры

На заре водородной экономики

Интерес к водороду растет, и спрос на него быстро растет. Понятно, что следующая значительная трансформация в энергетическом переходе будет основана на водородной экономике

В настоящее время ежегодно производится 80 миллионов тонн водорода, и ожидается, что к концу десятилетия этот показатель увеличится примерно на 20 миллионов тонн. Заглядывая еще дальше, к 2050 году многие исследования показывают, что производство вырастет примерно до 500 миллионов тонн. Сегодня большая часть этого топлива потребляется рядом с местом его производства, чаще всего на химическом заводе, но в будущем этот спрос будет шире, так как синий водород станет мостом к тому, что будет зеленым водородом в будущем.

Экологичный для успеха

Водородной
Экологичный для успеха

Для газа, который не имеет цвета, вкуса и запаха, парадоксально, что он обозначается по цвету как серый, синий и зеленый; в зависимости от способа производства. Чтобы водород смог реализовать свой потенциал как экологически чистый источник энергии, жизненно важно сделать цепочку поставок более экологичной.

Текущий метод производства водорода основан на ископаемом топливе, таком как метан, природный газ или уголь. Этот тип водорода, называемый серым водородом, составляет почти 95% количества, производимого сегодня, и это процесс с интенсивными выбросами, при котором на каждый килограмм водорода выбрасывается более 10 килограммов CO2. Улучшение может быть достигнуто путем связывания CO2, образующегося в процессе, с получением голубого водорода.

Но «зеленый» водород — это то, к чему стремится в водородной экономики компания Siemens. Это водород, который вырабатывается возобновляемым электричеством, приводящим в действие электролизер для создания водорода и кислорода из воды. Если вода и энергия поступают из экологически чистых источников, то водород классифицируется как чистый зеленый водород, что является основным направлением деятельности Siemens в области новой энергетики. Он видит рынок водорода, который мигрирует из серого в синий, а затем в зеленый цвет, причем каждый из них играет свою роль с использованием различных технологий перехода.

Наращивание потенциала водородной экономики

Водородной
Наращивание потенциала водородной экономики

Ключом к реализации потенциала водородной экономики является цепочка поставок, способная производить зеленый водород в больших масштабах и по цене, которую будет платить рынок. В течение последних 10 лет это было в центре внимания Siemens, и компания находится на стадии становления, предлагая эту технологию для крупномасштабной индустриализации водорода.

Пять лет назад важным событием стало появление на рынке Silyzer мощностью 1 МВт от Siemens. С тех пор компания провела коммерческие пилотные проекты с клиентами для различных приложений. Два года назад она расширила свой портфель версией на 10 МВт. В 2019 году вместе с партнерами Verbund и Voestalpine компания Siemens построила свою первую установку на сталелитейном заводе в Линце, Австрия.

Как и в случае со всеми появляющимися технологиями, первоначальная база затрат была высокой, с прототипами и изготовлением на заказ, но по мере развития технологии и увеличения ее внедрения затраты продолжают снижаться. По мере роста объемов производства в производственный процесс может быть внедрена расширенная автоматизация наряду с использованием цифровых технологий, таких как цифровые двойники и модульность, где компания использует стандартизованные модульные строительные блоки, разработанные для обслуживания клиентов.

Подобно известному закону Мура для интегральных электронных схем, масштабы технологий Siemens с каждым годом растут, а номинальная мощность увеличивается в 10 раз каждые четыре года. В настоящее время компания участвует в торгах по проектам мощностью 100 МВт, и, продвигаясь вперед, она ведет переговоры с партнерами об установках, которые позволят преодолеть барьер в 1 ГВт. Со временем водород может стать таким же большим источником энергии, как ветер и солнце, но с точки зрения зрелости (рынок и технологии) он отстает от более устоявшихся технологий возобновляемых источников энергии на 15–20 лет. Со временем ожидается снижение затрат, аналогичное тому, которое наблюдается в фотоэлектрическом секторе.

Покажи мне деньги

Покажи мне деньги

В конечном итоге, несмотря на давление на окружающую среду, которому подвергаются все отрасли промышленности, все сводится к снижению затрат. Чтобы водородной экономике стать мейнстримом, она не должна основываться на субсидиях, необходимо создать устойчивые рынки, и определение правильной стоимости — одно из первых квадратов, которое необходимо отметить.

Текущая цена промышленного производства серого водорода составляет около 2 евро за килограмм, а иногда и меньше, в зависимости от местных условий. Когда дело доходит до использования водорода в качестве транспортного топлива, потребители платят около 9 евро за кг на заправочной станции, когда они могут ее найти, и эту сумму необходимо уменьшить как минимум на треть, чтобы сделать ее привлекательной.

Читайте и другие НОВОСТИ О ВОДОРОДЕ:  В России нашли альтернативу газу и углю, «нефтяная кубышка» мира пустит деньги на ветер

Когда дело доходит до сравнительной стоимости, нет смысла сравнивать зеленый водород с традиционными вариантами ископаемого топлива, которые вносят большой вклад в глобальные выбросы парниковых газов (ПГ). Сектор мобильности находится на пути к декарбонизации и сокращению выбросов парниковых газов, поэтому очевидно, что ископаемые виды топлива должны играть все меньшую роль.

Сегодня национальная климатическая политика водородной экономики  сосредоточена на выбросах от легковых автомобилей. В большинстве стран-членов G-20 стандарты экономии топлива или эффективности используются для регулирования выбросов от обычных легких транспортных средств, и 18 из 20 стран предложили запреты на использование обычных транспортных средств и / или разработали стимулы и цели для ускорения продажа автомобилей с низким содержанием углерода. Вот почему при рассмотрении потребности в топливе для легкового транспорта стоимость и характеристики автомобилей, работающих на водороде, следует сравнивать с электромобилями на аккумуляторных батареях.

Сегодня доступно гораздо больше моделей электромобилей, и для некоторых потребителей возможность заряжать свои автомобили дома — это большой плюс. Однако автомобили, работающие на экологически чистом водороде, превосходят как по времени перезарядки, так и по запасу хода. Например, для проезда 100 километров на автомобиле среднего размера требуется менее 1 кг водорода, а заправка занимает всего три-пять минут. Эта скорость особенно привлекательна для автомобилей скорой помощи или такси, которые не могут позволить себе тратить слишком много времени на зарядку.

Еще более важным для водородной экономики является сектор транспорта средней и большой грузоподъемности, где экологически чистый водород является наиболее перспективным топливом с нулевым уровнем выбросов. Малый вес водорода, большой запас хода и быстрая подзарядка особенно актуальны для большегрузных автомобилей и поездов.

Однако, не стоимость литра, более уместным расчетом является совокупная стоимость владения. В своем отчете «Путь к водородной конкурентоспособности: перспективы затрат» Водородный совет ожидает, что совокупная стоимость владения на автомобиль снизится примерно на 45% по сравнению с текущими затратами при производственном масштабе около 600 000 автомобилей в год.

Чтобы экологически чистый водород соответствовал этим ценовым категориям, необходимо преодолеть три основных проблемы — стоимость электроэнергии, коэффициент загрузки электролизного завода, а также капитальные и эксплуатационные расходы. Они зависят от множества факторов, некоторые из которых не зависят от производителя, например, от стоимости электроэнергии, но поскольку возобновляемые источники энергии становятся все большей частью структуры энергоснабжения, этот фактор должен позаботиться о себе.

Когда дело доходит до капитальных затрат, как и в большинстве сценариев непрерывного производства, снижение стоимости покупки зависит от масштаба и коммерциализации электролизного завода. Что касается эксплуатационных затрат, то цифровые двойники электролизной установки могут использоваться для оптимизации конструкции и повышения производительности при максимальном увеличении жизненного цикла установки. В районах с благоприятными условиями затраты на производство зеленого водорода уже могут составлять около 3 евро за кг.

В зависимости от области применения зеленый водород можно очищать и сжимать до уровней, необходимых для непосредственного использования, хранения или распределения. Если требуется хранение и транспортировка, есть несколько вариантов. Его можно хранить в резервуарах в виде сжатого газа или жидкости, хранить в кавернах или в сети природного газа для различных применений, и если сеть отвечает всем технологическим требованиям.

Когда дело доходит до транспортировки, два основных метода транспортировки водорода — это автоцистерны для перевозки автомобильным транспортом и по газопроводам на короткие и средние расстояния, в зависимости от конкретного случая использования клиента. При рассмотрении крупномасштабных приложений мощностью в сотни МВт или даже ГВт наиболее целесообразно размещать производство рядом с объектами возобновляемой генерации, такими как наземные и морские ветряные парки, в местах с очень благоприятными ветровыми ресурсами. Это связано с тем, что стоимость электроэнергии является основным входным фактором для зеленого водорода, составляя более 70% затрат на производство. Поскольку транспортировка водорода является дорогостоящей, в этих местах обычно требуется дальнейший процесс синтеза для получения зеленого метанола или аммиака, ведь их можно легко транспортировать — это товары, которыми торгуют по всему миру.

Читайте и другие НОВОСТИ О ВОДОРОДЕ:  Финляндия снизила закупки нефти, в ЯНАО из-за аварии разлилось 3 тыс. куб. м нефти

Достижение водородной экономики и проникновения на рынок

водородная экономика
Достижение водородной экономики и проникновения на рынок

Энергетический сектор часто рассматривается как основная цель для использования экологически чистого водорода в турбинах, но, поскольку доля энергетического сектора в мировых выбросах CO2 составляет менее 40%, жизненно важно, чтобы он проникал и в другие сектора. Сегодня, вероятно, нет экономически жизнеспособного бизнес-обоснования для производства водорода специально для его повторной электрификации непосредственно после этого в газовой турбине, способной работать с водородом, и с точки зрения эффективности сегодня это также не имеет смысла, потому что существует больше приложений имеющих потенциал сокращения при более низкой общей стоимости с более высоким содержанием CO2. Но для пилотных приложений или в мире, который сильно декарбонизируется, для дальнейшей декарбонизации энергетического сектора, помимо того, что может быть достигнуто за счет установки большего количества возобновляемых источников энергии, зеленый водород может обеспечить долгосрочное сезонное хранение энергии в больших масштабах.

Повторная электрификация будет достигнута в газовых турбинах, двигателях или топливных элементах, работающих на водороде, для обеспечения надежности электроснабжения в периоды низкого уровня возобновляемой энергии, например, при отсутствии ветра. Этот вариант использования станет привлекательным в среднесрочной и долгосрочной перспективе. Это не ситуация «либо-либо», водород (в легковых и грузовых автомобилях) может помочь декарбонизировать сектор мобильности, декарбонизировать сектор промышленности (например, в производстве стали), а позже и энергетический сектор.

Более половины глобальных выбросов приходится на промышленность, транспорт или искусственную среду, поэтому необходимо предложить решения для декарбонизации этих секторов. Традиционные возобновляемые источники энергии, такие как ветер, солнце и гидроэнергетика, будут играть свою роль, но также важную роль играет водород, получаемый из возобновляемых источников энергии и воды, независимо от того, используется ли он напрямую или в сочетании с химическими веществами для создания зеленого метанола и зеленого аммиака. Эти химические вещества можно хранить, транспортировать и использовать во всех отраслях в качестве синтетического топлива или удобрения.

К транспортному сектору уделяется пристальное внимание, и есть признаки того, что он может быть одним из первых, кто его переходит, особенно когда речь идет об автобусах, грузовиках и поездах. Водородные топливные элементы уже используются в региональных поездах, которые заменят дизельные двигатели. В Китае, Южной Корее и Японии наблюдается многообещающий рост производства автомобилей с водородными топливными элементами и электропоездов в автомобилях. В этом регионе этому способствовало финансирование исследований, которые все больше фокусировались на топливных элементах, а не на батареях. Кроме того, немецкие производители оригинального оборудования (OEM), которые уделяют большое внимание аккумуляторным батареям, разрабатывают легковые и грузовые автомобили с топливными элементами.

За последнее десятилетие было время, когда несколько автомобильных OEM-производителей изучали как топливные элементы, так и электромобили, причем некоторые из них отдавали предпочтение топливным элементам. Стоимость параллельной разработки двух революционных концепций, возможно, заставила некоторых сосредоточиться в основном на электромобилях, но теперь производители оригинального оборудования возвращаются к идее топливных элементов. Похоже, они начинают понимать проблемы и ограничения аккумуляторных батарей в транспортных средствах.

Новые разработки также наблюдаются в Китае, где в последние годы электромобили получили широкую поддержку, что привело к быстрому росту отрасли. Программа «Десять городов, тысяча автомобилей», которая использовалась для создания электромобилей в Китае, теперь копируется для водородного транспорта в таких городах, как Пекин, Шанхай и Чэнду.

В будущем зеленый водород будет стоить дороже по сравнению с его менее экологически чистыми водородными аналогами — синим и серым водородом. Ранние этапы любой технологической кривой должны иметь некоторую поддержку, как это было на заре развития ветровой и солнечной энергетики. Но в среднесрочной и долгосрочной перспективе водород должен и будет стоять на собственных ногах и быть жизнеспособным без внешней поддержки. Когда именно это произойдет, зависит от нескольких факторов, включая скорость внедрения водородной экономики , эффект масштаба и нормативно-правовую базу.

По материалам: powermag.com

Читайте также: 
Linde и Snam совместно развивают проекты по чистому водороду в Европе и крупнейшая водородная станция в Нормандии
Канада стремится к развитию водородного топливного сектора

Поделиться:
Теги

Похожие статьи

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

13 + 3 =

Back to top button
RussiaEnglish
Close
Close
Мы используем cookie-файлы для наилучшего представления нашего сайта. Продолжая использовать этот сайт, вы соглашаетесь с использованием cookie-файлов.
Принять
Политика конфиденциальности