Alekszej Kocsetov
A környezetre vigyázva a világ egyre inkább az energiaátmenet felé halad.
Eredetileg úgy tervezték, hogy a 21. század elejére az emberiség elsajátítja a szabályozott termonukleáris fúziót, és megkezdi az átmenetet a termonukleáris energiára – egy erőteljes, tiszta és feltételesen végtelen energiaforrásra.
Ennek eredményeként a termonukleáris energiával foglalkozó eposz az ITER projekttel zárult – egy nemzetközi kísérleti termonukleáris reaktor megépítésével 35 állam részvételével az önfenntartó termonukleáris reakció megvalósítása érdekében. Ez a legnehezebb projekt az emberiség történetében. Az indulást 2025-re tervezik, teljes kapacitását 2035-ben éri el.
1990-re azonban világossá vált, hogy középtávon az emberiség nem tud belépni a termonukleáris korszakba, és a hangsúly a tiszta energiáról a kevésbé hatékony, de megújuló alternatív energiaforrásokra - a szél- és naperőművekre - került.
2020 óta a hidrogén, mint fő energiahordozó bevezetése és egy új hidrogéngazdaság létrehozása iránti érdeklődés a világ számos országának energetikai doktrínáiban nyomon követhető.
A hidrogén bevezetése az atom-, szél-, nap- és vízenergiával együtt 2050-re a G20-országok végső átállását jelenti az új energiarendszerre.
A hidrogénnek, mint energiahordozónak a jövőben teljesen fel kell váltania a szénhidrogén fosszilis tüzelőanyagokat. Ezt pedig környezetbarát erőforrás- és energiaforrásokból – vízből és szén-dioxid-mentes megújuló energiából – kell előállítani. Az ezzel a technológiával előállított hidrogént "zöldnek" nevezik, ez teljesen természetes a Föld ökoszisztémája számára, akárcsak a természetben a víz körforgása.
Mindenesetre ennek így kellett lennie. De valami megint elromlott...
Ahogy korábban elgondoltuk: a szélturbinákban lévő napelemek villamos energiát termelnek a víz elektrolíziséhez. A hidrogén az ipar és a közlekedés szükségleteire megy el, és a felesleges energia felhalmozódik.
Az ipari fejlettség jelenlegi szintjén azonban a „zöld hidrogén” előállítása túl sok energiát igényel. És minden számítás azt mutatja, hogy a víz elektrolízisével, a metán pirolízisével vagy a szén elgázosításával hidrogén előállítására szolgáló kapacitások nem elegendőek a világgazdaság hidrogén-energiahordozóra való átállásához.
Nincs idő az ökológiailag tiszta „zöld” hidrogénre – triviális lenne energiaszükségletünk legalább egy részét hidrogénnel helyettesíteni.
Van azonban kiút. Oroszországban olyan projektek indultak el, amelyek képesek lesznek megőrizni a "zöld" hidrogén fogalmát, és ellátni őket a gazdaság leginkább rászoruló ágazataival.
Körülbelül 130 GW összteljesítményű árapály-erőművek építéséről beszélünk.
Oroszországban megkezdődött több gigawatt kapacitású hőerőmű tanulmányozása és tervezése:
Mezenskaya hőerőmű 8-19,7 gigawatt kapacitással a Fehér-tengeren 50 kilométer hosszú gáttal.
Tugurskaya TPP - 8-12 gigawatt.
Penzhinskaya TPP - több mint 100 gigawatt.
Ma a Mezenskaya TPP az ilyen erőmű megvalósításához legközelebb álló projektje.
Az árapály-erőmű elve.
Az árapály-erőművek a legkörnyezetbarátabb villamosenergia-források, amelyek természetesek a Föld ökoszisztémája számára, és nem bontják meg annak természetes egyensúlyát. Az apály és dagály évezredeken át állandó, így könnyen, szinte percről percre megjósolható évtizedekre előre. Az árapály energiáját olyan tényezők hozzáadásával biztosítják, mint a Hold gravitációja, a Nap és a Föld forgása a tengelye körül.
A Mezenskaya és a Tugurskaya TPP projektek 2035-ig történő megvalósítása Oroszország számára előnyös, mivel ezek az erőművek átlagosan 20 GW tiszta energiát tudnak majd biztosítani az országnak.
Ennek köszönhetően Oroszország több mint 31 millió tonna hagyományos szénhidrogén üzemanyagot takarít meg, ami évente 48 millió tonnával csökkenti a CO2-kibocsátást. És ezek a számok nagyon jól illeszkednek az "Orosz Föderáció hosszú távú fejlődése alacsony üvegházhatású gázkibocsátással 2050-ig" című állami stratégiába.
Nos, mi a helyzet a Penzsinszkaja hőerőmű kapacitásaival? Mennyire van rá szüksége Oroszországnak és a világnak?
Az erőművet a Penzsinszkaja-öbölben, a Shelikhov-öböl északkeleti részén, az Ohotszki-tengerben kell elhelyezni.
A projekt fejlesztése 2021-ben kezdődött, és a Szovjetunió tapasztalatain alapul, amely korábban a létesítmény két szakaszának építését tervezte:
"Northern Sight" (PES-1) 21 GW (évente 72 milliárd kWh villamos energia) kapacitással - 32 km-en át nyúlik, akár 26 m mélységben;
A 87,4 GW (évente 190-230 milliárd kWh) kapacitású "South Gate" (PES-2) 72 km hosszan nyúlik majd el, akár 67 méteres mélységben.
A harmadik szakasz 230 GW kapacitással (becsléseim szerint) csak egy hipotetikus projekt, amelyet soha nem számítottak ki.
Mindkét szakasz több mint 108 GW teljesítményt biztosít majd. Ez több, mint a 2050-re egész Európában tervezett zöldhidrogén-termelés beépített kapacitása.
A természet legkörnyezetbarátabb villamos energiájából 300 milliárd kWh több mint 6 millió tonna "zöld hidrogént" tud előállítani. Ez azonban csak 18%-a Oroszország 2050-re tervezett hidrogénexportpotenciáljának.
Ma az ipari elektrolizátorok 48-78 kWh villamos energiát igényelnek 1 kg hidrogén előállításához (a hatékonyságtól függően). Ha lehetséges ipari mintákat készíteni az elektrolizátorokból 99% -os hatásfokkal (ma ez az érték 42-68%), akkor az energiafogyasztás 33,5 kWh villamos energiára csökken 1 kg hidrogénre. Ekkor a Penzsinszkaja hőerőmű évi 9 millió tonna "zöld" hidrogént tud majd előállítani. Ennek a megaprojektnek az építése 1 kg "zöld hidrogén"-enként körülbelül 3 dollárba kerül, és 15 év alatt megtérülhet.
Figyelembe véve, hogy a Penzhinskaya TPP projekt az emberiség teljes történetének egyik legnagyobb mérnöki építménye lesz, ez a megtérülés meglehetősen jó.
Oroszországnak azonban ma nem szabad ebbe a projektbe befektetnie, különben ez lesz a legmeggondolatlanabb hiba.
A 254 MW teljesítményű Sikhvinskaya TPP a világ legnagyobb árapály-erőműve. Dél-Korea északnyugati partján található. 2011-ben indult. A gát 12,7 km hosszú, az építési költség pedig meghaladja az 1 milliárd dollárt.
Emlékezzünk vissza a krími hídra, amelynek az építkezés megkezdése előtti előzetes költségét 82,9 milliárd rubelre becsülték, az építkezés befejezése utáni végső költsége pedig 227,92 milliárd rubel volt. A Penzhinskaya TPP projekt csak előzetesen 18,98 billió rubelbe kerül, ami a 2021-es teljes orosz költségvetés 88%-a. Ebből a pénzből további 83 krími híd építhető fel.
A problémát tovább bonyolítja, hogy nagyon költséges lesz a Penzsinszkaja erõmû beépítése az ország egységes energiarendszerébe, mivel csak a villamosenergia-átviteli veszteségek körülbelül 30%-ot tesznek ki, nem is beszélve a nagyfeszültségû építés költségeirõl. vonal.
Oroszország területének 40%-a nem fér hozzá az ország egységes energiarendszeréhez. Ugyanakkor ezen a területen mindössze 1,8 millió ember él.
Itt szükségünk van egy szupravezetőkből álló elektromos vezetékre, akkor az elektromosság átvitele során keletkező veszteségek minimálisra csökkennek ...
Ilyen technológiák már léteznek, és a fejlesztés aktív szakaszában vannak. Például Szentpétervár közelében egy 2,5 km hosszú és 3,5 milliárd rubel költségű szupravezető erőátviteli vezeték kísérleti vonalát építik.
Ugyanakkor a 108 GW-os kapacitás egy korlátozott területen összpontosul, amit egyszerű villamosenergia-termeléssel nem lehet megtéríteni. Itt sokkal magasabb hozzáadott értékű terméket kell előállítani. És ez a szerep éppen megfelelő a "zöld" hidrogén számára. Az erőmű gigantikus kapacitását figyelembe véve is azonban csak évi 6-9 millió tonna hidrogént lesz képes előállítani.
Például az atomerőmű-technológiai állomások (AETS), amelyeket a Roszatom vállalat fejleszt környezetbarát hidrogén előállítására, 57,5 milliárd rubel tőkebefektetéssel, évi 210 ezer tonna hidrogén kapacitással rendelkeznek majd. 600 MW teljesítményű modul.
Vagyis a hidrogéntermelés az atomerőműben a projektek költségét tekintve 7,7-11,5-szer olcsóbb lesz, mint a Penzhinskaya TPP-ben. Ugyanakkor a reaktorok bárhol megépíthetők, majd modulárisan felállíthatók.
A VTGR reaktorok képezik az AETS alapját. A 3 GW hőteljesítményű atomerőmű évente 1 millió tonna hidrogén környezetbarát előállítását biztosítja metánból és vízből. A Rosatom 2030-ban tervezi az első AETS elindítását.
Például a régiónak évente 840 ezer tonna hidrogénre van szüksége. Ez azt jelenti, hogy 4x600 MW-os blokkokat kell építeni, ezeket egyetlen AETS-be egyesíteni. Külföldi vevő igénye van a hidrogénre - annyi egységet építünk, amennyi szükséges, hogy kielégítsük az igényeit.
Lehetetlen belevágni egy projektbe (ami természetesen megváltoztatja a "zöld" energia arculatát) anélkül, hogy a következő 20-30 évre nem terveznénk a hidrogén értékesítését.
Megfelelő beruházási döntés csak a projekt részletes tanulmányozása alapján születhet, ahol lesz részesedés, beleértve a külföldi részvételt is, és a hidrogén értékesítési piac hosszú távú, kiszámítható és megbízható lesz.
Ugyanakkor szem előtt kell tartani, hogy a "zöld" hidrogén fogalma minden évben egyre kevésbé lesz alkalmazható fő előnyére - a környezetbarátságra. Ez annak köszönhető, hogy a hidrogén előállítására és az ezzel összefüggő összes káros kibocsátás hasznosítására szolgáló modern technológiák javulnak. 2030-ra a metánból és szénből történő hidrogéntermelés ökológiai lábnyoma megegyezik a vízből történő hidrogéntermelés ökológiai lábnyomával. Ilyen körülmények között a „zöld” hidrogén ára a globális hidrogénpiacon összehasonlítható lesz más típusú hidrogén költségével.
Ebben az esetben nincs értelme a Penzhinskaya TPP-t kizárólag "zöld" hidrogén előállítására építeni. Vannak sokkal jövedelmezőbb és olcsóbb projektek a hidrogén előállítására olyan mennyiségben, amely képes előállítani a Penzhinskaya TPP teljes erejét.
Napjainkban a metánból nyert „kék” hidrogén (CO2 tárolással) ugyanolyan kedveltté vált Európában, mint a „zöld”. 2050-ig megfelel az EU összes környezetvédelmi előírásának.
Az EU-országok hidrogénstratégiájának hosszú távú célja, hogy a „zöld ” hidrogén költségét a „kék ” hidrogén költségének szintjére csökkentse .
Véleményem szerint a Penzsinszkaja erõmû energiapotenciálját elsõsorban az ország orosz nemzeti fejlesztési programjainak végrehajtása keretében kell figyelembe venni.
Az egyik ilyen program az ország rakéta- és űriparának fejlesztése. Itt jön jól a Penzhinskaya TPP energiapotenciálja. A Vosztocsnij kozmodrom kevesebb mint 2500 km-re található a tervezett erőműtől.
A Penzhinskaya hőerőmű elektromos energiája nagyságrenddel gyorsabban és jobban lehetővé teszi a kozmodrom infrastruktúrájának fejlesztését, termelési létesítmények, ellátó központok és még új városok egész komplexumának építését ...
... vagy más energiaigényes iparágak, amelyeket a Penzsinszkaja Hőerőmű biztosítana olcsó árammal.
A hagyományosan végtelen, üzemanyagot nem igénylő villamosenergia-forrás hatékony lehet egyrészt az újrafelhasználható rakétarendszerek üzemanyag-alkatrészeinek előállítására, másrészt energiaforrásként maguknak a rakétáknak a gyártásához, amelyek körül új városok (új energiafogyasztók) létesülnek. nő. Hamarosan Vosztocsnij világűrközponttá válik, amely az űrturizmuson és a nemzeti űrkutatási programok megvalósításán keresztül (például hosszú távon a Hold és a Mars gyarmatosítása) egyaránt megtérül.
Ebben az esetben a Penzhinskaya TPP projekt megvalósítása a Tugurskaya TPP-vel együtt nagyon súlyos érv lesz az ország egész régiójának fejlesztése mellett, annak kolosszális költségei ellenére.
A Tugurskaya hőerőmű a mindössze 650 km-re lévő Vosztocsnij kozmodrom növekvő energiaszükségletét és teljes infrastruktúráját képes kielégíteni. A Penzhinskaya hőerőmű kielégíti az egész régió növekvő igényeit, és hozzájárul az új infrastruktúra létrehozásához.
Ma a Penzhinskaya TPP potenciáljának projektjét a "H2 Clean Energy" magáncég fejleszti a Kamcsatka Terület fejlesztéséért felelős állami vállalattal együtt.
Az állami és magán energetikai társaságok egyelőre nem érdeklődnek egy ilyen projekt megvalósításában.
Így az En + cég egyenként 18 ezer tonna "zöld" hidrogént szeretne előállítani a szibériai és karéliai működő erőműveiben, és csak az 1,1 GW-os, 1,3 milliárd dollár értékű Motyginskaya HPP megépítését fontolgatja 116 ezer dollár előállításához. tonna "zöld" hidrogén évente.
A Motyginskaya HPP építési projekt megvalósításának előzetes határideje 10 év.
A hidrogént cseppfolyósított formában tervezik exportálni Dél-Koreába, Japánba, Finnországba és más országokba. A cseppfolyósított hidrogén költsége az előzetes becslések szerint 5 dollár lesz kg-onként, beleértve a szállítást is (3 dollár - gyártási költség és 2 dollár - szállítás).
Mellesleg, a projekt megtérülése az előállított hidrogén költsége és mennyisége tekintetében valahogy furcsa: 1,3 milliárd dollár / (évi 116 ezer tonna * 3 dollár) = 3,74 év. Ez legalább kétszerese a külföldi szakértők becsléseinek.
A hidrogéntermelés mennyisége és költsége azonban nagyon feltételes, és ma már lehetetlen kiszámítani. Ez egyébként Németország és Európa hidrogénstratégiájában is megmutatkozik, ahol a hidrogén elektrolízissel történő előállítását szeretnék biztosítani, de hogy miként lehet kielégíteni a keresletet, és honnan lehet ennyi áramot szerezni az előállításához, az hallgat.
A magas hőmérsékletű vízelektrolízis akár 50%-kal csökkenti a hidrogéntermeléshez szükséges villamosenergia-fogyasztást, mivel a hőenergia hozzájárul a teljes elektrolízis folyamathoz. Az atomerőmű magas hőmérsékletű reaktorának szimbiózisa a Penzhinskaya TPP kapacitásaival akár évi 13 millió tonna "zöld" hidrogén előállítását teszi lehetővé. Ugyanakkor az atomerőmű kizárólag hőenergiát biztosít (ami sokkal olcsóbb lesz, mint egy hagyományos atomerőmű), a Penzhinskaya hőerőmű pedig elektromos.
Már elemeztem Németország hidrogénszükségletét, figyelembe véve a 2050-ig tartó hidrogén-doktrínában megfogalmazottakat. A legminimálisabb optimista számítások szerint ez a szám évi 88 millió tonna hidrogén.
Egyetlen Németország "zöld" hidrogénszükségletének kielégítéséhez tíz penzsini hőerőmű kapacitására lesz szükség, vagyis 308 milliárd köbméter földgázt lehet hidrogénné feldolgozni.
Milyen " színű" hidrogént választanak majd Németországban, Japánban és Dél-Koreában?
Tehát még mindig sok megoldatlan probléma van ennek a nagyon "zöld" hidrogénnek a kibocsátásával kapcsolatban. Ez pedig csúcskategóriás fogyasztói termékké teszi.
Ezért túlságosan elhamarkodott egy ilyen grandiózus mérnöki projektet kizárólag hidrogén előállítására építeni. A projektnek legalább nem kisebb léptékű saját igényeivel, másodlagos és harmadlagos céljaival kell rendelkeznie.
Ellenkező esetben úgy alakul, hogy kiemelten kezeljük a külföldi országok energiaigényének kielégítését, energiaszektorunkat elsősorban számukra fejlesztve...
