Этапы перехода к водородной энергетике
Энергетика
– основа развития человеческой цивилизации. В настоящее время суммарное
потребление энергии в мире составляет около 460 млн. ТДж в год и
продолжает расти. Основными видами первичных энергоресурсов являются нефть,
природный газ, уголь. В меньшей степени для получения электроэнергии
используются также гидроэнергетика и уран. Ресурсы ископаемых энергоносителей,
в первую очередь нефти, ограничены. Кроме того, использование углеродных
энергоносителей является причиной нарастающего экологического кризиса, в том
числе глобальных климатических изменений.
Отрицательные
экологические последствия использования нефтяных топлив на транспорте в первую
очередь заметны в крупных промышленных и культурных центрах. Например,
для города с населением примерно 1 млн. человек на долю автотранспорта
приходится примерно 70% от суммарного количества (несколько сот тонн в
сутки) экологически вредных, в том числе токсичных выбросов, суммарный ущерб от
которых составляет в год десятки миллионов долларов, хотя в общем
энергетическом балансе города на моторное топливо приходится не более 20 %.
С
водородной энергетикой (экономикой) связаны надежды на глобальное
переустройство мировой экономики, к переходу от ископаемых углеводородных
энергоносителей к водороду, что открывает возможность использования в качестве
неограниченной сырьевой базы водные ресурсы, а продуктами сгорания водорода
являются пары воды. В отдаленном будущем для получения электролитического
водорода предполагается использовать в основном термоядерную, солнечную и
другие возобновляемые источники энергии (ВИЭ).
Однако
в настоящее время широкомасштабное производство водорода из воды ограничивается
отсутствием необходимых свободных и дешевых энергетических мощностей. Например,
для замены во всех странах моторного топлива водородом потребовалось бы 20 -
30 тыс. млрд. кВт.ч
электроэнергии, в то время как мировая выработка ее составляет примерно 15
тыс. млрд. кВт.ч.
Тем
не менее для улучшения экологической обстановки в городе уже в настоящее время
необходимо и можно изыскать энергетические ресурсы для получения водорода.
Сюда
можно отнести использование избыточных мощностей электрогенерирующих станций в
ночные часы и выходные дни, когда спадает потребность в электроэнергии.
Например, только на Ленинградской АЭС потенциал неиспользованной электроэнергии
составляют порядка 400 млн. кВт.ч,
в год ( в целом же по стране - примерно 20 млрд. кВт.ч,
что на порядок превышает экономию электроэнергии с переходом на летнее время).
Использование указанных мощностей дало бы возможность получать около 5000 т.
жидкого электролитического водорода в год и обеспечить водородом около 3900
единиц автотранспорта ( в первую очередь грузового
и автобусного ). Водород эффективен и в качестве присадки к моторному топливу.
Например, 5 – 8 %вес. водорода
на 70 % снижает токсичность выхлопа ДВС и повышает его экономичность. В
этом случае количество автотранспорта, использующего то же количество водорода,
увеличивается до 12 тыс. единиц. Экономические затраты на создание
водородной инфраструктуры окупятся в течение нескольких лет за счет экономии
бензина и снижения экологического ущерба.
Экономически
оправданным и целесообразным являлось бы использование энергетических резервов,
получаемых за счет снижения удельной энергоемкости экономики (примерно на 3,5
относительных % в год). Предварительная оценка показывает, что вполне реальной
представляется задача постепенного перевода автотранспорта на водород, примерно
в количестве 10 тыс. единиц к 2010 г. и 20 тыс. - к 2020 г. Для
выработки электролитического водорода и его последующего сжижения потребуется
около 1млрд. кВт.ч электроэнергии
(при существующей технике электролиза и сжижения), что составляет соответственно
0,1 и 0,2% от объема потребляемой в стране в настоящее время
электроэнергии. Стоимость капитальных затрат на водородную инфраструктуру
(мощностью 12775 т водорода в год) составит примерно 95,7млн. долл.
При
окупаемости в течении 5 лет (учитывается стоимость
неиспользованного бензина (в ценах 2005 г.) и отсутствие экологического ущерба
за счет токсичности выхлопа ДВС ) и - 3,3 года (учитывается отсутствие ущерба
окружающей среде, наносимого в целом использованием нефти).
Развитие
водородных технологий необходимо тесно увязывать с развитием в целом с ТЭК
страны, экологической ситуацией, сложившейся в конкретном регионе, а также с
Решением по Киотскому протоколу. Однако отставание в развитие водородных
технологий от уровня передовых стран может привести к потере передовых позиций
страны в энергетике и экономике.
Как
наиболее реальными и экономически подтвержденными можно представить следующие
основные этапы перехода к водородной экономике.
1
этап – 2010 г. Замена на автотранспорте нефтяных моторных топлив на природный
газ в том числе – на сжиженный (СПГ), инфраструктура которого близка жидководородной.
2
этап – 2012 г. Наряду с применением в качестве моторного топлива СПГ,
использование водорода в качестве добавки (5 – 8% ) к
основному моторному топливу в ДВС или в электрохимических генераторах гибридных
двигателей.
3
этап - 2020 г. Получение водорода с частичным использованием ВИЭ (по прогнозу
их доля в производстве электроэнергии в мире возрастет до 18 – 20%) и
переработанного угля.
4
этап – 2050 г. Перевод всех видов энергетики и транспорта на водород,
производимый преимущественно от ВИЭ (к этому периоду их доля в выработке
электроэнергии в мире составит примерно 40%), термоядерной энергии и угля.
Актуальность
скорейшего перехода к водородным проектам позволила бы накопить опыт
практической работы по созданию и освоению водородных технологий (производству,
накоплению, транспортировки, созданию заправочных станций и др.), разработке
необходимых для их безопасной эксплуатации кодов и стандартов, начать подготовку
квалифицированных специалистов, повысить уровень доверия городского населения
по отношению к водородному топливу. В конечном счете
уровень освоения водородных технологий по прогнозам специалистов будет в
будущем определять энергетическую и экономическую безопасность страны.
|