26 апреля, 2021 (12:04)

Перспективы развития водородной энергетики

В течение 2020 года, несмотря на негативное влияние пандемии COVID-19, заинтересованность ведущих стран мира и лидеров мировой энергетической отрасли в использовании водорода как энергоносителя выросла. Так, ЕС, Индия и Канада приняли государственные стратегии по водороду, а такие важные игроки энергетического рынка, как компании Shell, Saudi Aramco, ExxonMobil инициировали разработку планов по закреплению на перспективном мировом рынке водорода.

Водород имеет значительный потенциал для транспортировки и хранения энергии, но одновременно и существенные технологические ограничения. Прежде всего, водород рассматривается как средство устранения функциональных недостатков других альтернативных источников энергии, а также, как перспективный энергетический ресурс для ряда стран (например, Японии), где определенные варианты декарбонизации имеют ограниченное использование.

В настоящее время коммерческий водород преимущественно производится и потребляется на местном уровне и для повышения его роли в энергетическом переходе необходимо формирование мирового ликвидного рынка этого энергоносителя. Другим негативным фактором формирования индустрии водорода считаются попытки стран-экспортеров нефти, таких как Россия и Саудовская Аравия, сохранить рычаги воздействия на потребителей энергоресурсов путем позиционирования себя потенциальными лидерами в области промышленного производства водорода и аммиака (NH3, содержит 17,6% водорода по весу, рассматривается как один из перспективных вариантов транспортировки водорода).

В настоящее время сложности, связанные с доступностью и масштабируемостью технологий водородной энергетики, вызывают вопрос о том, насколько большую роль будет играть водород в энергетическом переходе, а также по степени декарбонизации водородных проектов, которые целесообразно реализовывать. Проекты, основанные на «зеленом» водороде, произведенном в результате электролиза с использованием возобновляемых источников энергии (далее — ВИЭ), или «голубом» водороде, полученном в результате традиционных процессов газового риформинга, с выбросами СО2, уменьшенными за счет захвата, использования и хранения углерода (CCUS). Важным аспектом участия чистого водорода в декарбонизации экономики является возможность роста его энергетической доли в традиционных отраслях тяжелой промышленности, отоплении, хранении энергии и транспорте до 10-20%.

Опыт декарбонизации использования водорода в нефтепереработке свидетельствует о текущей нерентабельности таких проектов. Несмотря на это, крупные нефтяные компании инвестируют в экологически чистый водород, прежде всего, сосредотачиваясь на замене «серого» водорода, полученного из ископаемого топлива, на зеленый и голубой аналог. Это защищает инвестиционные позиции нефтяников на развивающемся рынке, оправдывая до 20% выбросов CO2 на нефтеперерабатывающих заводах. В то же время, использование дорогого чистого водорода давит на небольшую маржу нефтепереработки. В этих условиях испанская Repsol стремится преодолеть разрыв между затратами на производство серого водорода, составляющими около 1,50 евро / кг и зеленым водородом 5,20 евро / кг. Стоимость последнего может снизиться до 2,50-3,00 евро / кг до 2030 года благодаря улучшению эффективности электролизера и снижению затрат на возобновляемую энергию, что делает водород, производимый с помощью ВИЭ, конкурентоспособным с голубым водородом.

Дальнейшее развитие водородной энергетики также будет зависеть от поиска наиболее эффективных средств хранения и распределения водорода, а также от установления экономически эффективной цепочки стоимости с низким содержанием углерода. Правительства могут играть здесь ключевую роль путем внедрения норм и стандартов использования водорода, широкомасштабного ценообразования на углерод, а также путем стимулирования расходов на использование водорода в противовес дешевому углеводородному топливу (рис. 1).

Рис. 1. Перспективы развития области водородной энергетики в мире

В свою очередь нефтегазовые компании настаивают на том, что правительственная поддержка водородных проектов должна распространяться и на голубой водород, поскольку скорость масштабирования таких проектов может быть выше, что будет способствовать расширению базы спроса и снижению расходов перед введением зеленых водородных проектов. Реализация такой стратегии позволит игрокам углеводородной области продолжить эксплуатацию существующей инфраструктуры (газопроводов, подземных хранилищ газа) и адаптировать свой бизнес к изменениям на энергетическом рынке, которые могут происходить значительно быстрее в случае развития параллельного рынка СО2 и введения трансграничного углеродного налога.

Цель Европейской комиссии, объявленная в конце 2020 года, по уменьшению выбросов парниковых газов к 2030 году на 55% (предыдущая цель предусматривала уменьшение выбросов СО2 на 43%) по сравнению с 2005 годом в рамках ETS-сектора, предполагает существенный вклад европейской водородной энергетики в ее успешную реализацию.

ETS — Emissions Trading System, система торговли выбросами, введенная в ЕС в 2005 году, которая включает в себя энергетику и отопление, энергоемкие сектора экономики и предусматривает значительные штрафы за превышение приобретенных квот на выбросы.

В рамках достижения вышеупомянутой цели, к 2030 году в Европе планируется создание 10 миллионов т / год мощностей производства зеленого водорода (по состоянию на 2018 год установленные мощности достигают лишь 5 тысяч т / год) и 40 ГВт водородной электролизерной мощности, при поддержке финансирования водородных проектов в ЕС на уровне 46 миллиардов евро в течение этого периода.

Так, в феврале 2021 года консорциум Hydeal в составе 30 европейских энергетических компаний, среди которых итальянский Snam, испанские Enagas и Naturgy, немецкая Open Grid Europe, французские Gazel Energie, GRTgaz и Terega при поддержке Европейского инвестиционного банка, обнародовал информацию о планах поставки 3,6 миллионов т / год зеленого водорода в Европе по цене 1,50 евро / кг до 2030 года путем создания 95 ГВт солнечной энергетики и 67 ГВт электролизерных мощностей.

В рамках законодательной поддержки водородной энергетики, ЕК предполагает увеличение потребления водорода с помощью специальной политики стимулирования спроса, включая введение минимальных квот на нулевой или низкоуглеродистый водород в таких отраслях, как химическая, металлургическая, энергетическая и транспортная. В течение 2021 года также планируется ввод в действие законодательства о трансграничном углеродном налоге на энергоемкий импорт, что будет способствовать переходу к водороду в энергоемких секторах.

Кроме того, ожидается, что в 2021 году ЕС повысит целевой показатель возобновляемых источников энергии в своем энергетическом составе до 2030 года с 32 до 38-40%, что поддержит развитие зеленого водорода и аммиака. Также в текущем году Еврокомиссия планирует предложить изменения в правила газового рынка и обеспечить к 2050 году рыночную долю возобновляемых и низкоуглеродистых газов, включая зеленый и голубой водород, на уровне двух третей общего объема рынка. Другие законодательные изменения могут помочь перепрофилировать газопроводы на транспортировку водорода и урегулировать разрешительные вопросы деятельности операторов газотранспортных систем, в качестве электролизеров.

Законодательные изменения, программы финансирования и адаптация ГТС в интересах развития водородной энергетики поддерживаются как на уровне органов власти ЕС, так и на уровне правительств стран-членов.

В настоящее время национальные водородные стратегии приняли Германия, Франция, Испания, Португалия и Австрия. Польша традиционно поддерживает ископаемые виды топлива, разрабатывает стратегию декарбонизации экономики, в соответствии с которой страна планирует построить 5,9 ГВт мощностей ветровой электрогенерации на море, и, таким образом, обеспечить к 2030 году создание 2 ГВт мощности электролизера. Также предполагается, что к 2025 году на польских дорогах будет функционировать 500 автобусов на водородных топливных элементах. В то же время, Польша, как и другие страны Центральной и Восточной Европы, выступает против норм ЕС, поддерживающих только зеленый водород – этот более жесткий подход поддерживают Австрия, Дания, Португалия, Люксембург и Испания. Для обеспечения реализации такого решения Франция и Германия могут пойти на компромисс по статусу электролиза водорода с помощью ядерной энергетики.

В условиях продвижения правительствами стран Запада энергетического перехода, что может сопровождаться существенным изменением существующих форматов моделей спроса и реконфигурацией торговых потоков, главные игроки нефтегазовой отрасли рассматривают водород как возможность продолжить свое доминирование. Такие крупные производители, как Саудовская Аравия, Россия, Австралия и ОАЭ пытаются закрепиться на потенциально прибыльном глобальном рынке водорода и позиционировать водородную отрасль как дальнейшее развитие существующего производства и использования природного газа и химической отрасли.

В государственной саудовской энергетической компании Aramco ожидают формирование глобального рынка водорода в конце 2020-х – в начале 2030-х годов. В этот период компания планирует выйти на уровень масштабного промышленного производства водорода, подтверждая собственные амбиции фактом отгрузки в сентябре 2020 года в Японию первого в мире груза голубого аммиака (транспортного носителя для водорода). В настоящее время, КСА и ОАЭ рассматривают возможность производства как голубого, так и зеленого водорода. Эр-Рияд намерен производить зеленый водород на объекте стоимостью 5 миллиардов долларов США вблизи города Neom на северо-западе страны, при участии американской компании Air Products и местной фирмы ACWA Power. В Абу-Даби государственная нефтяная компания Adnoc производит водород в количестве 300 тысяч т / год для дальнейших операций, и планирует расширить производство до более 500 тысяч т / год в течение ближайших лет.

В отличие от западных нефтегазовых компаний, которые в своих перспективных планах учитывают предостережения относительно разрыва в стоимости между зеленым и голубым водородом, производители энергии на Ближнем Востоке, используя благоприятные условия для развития солнечной энергетики и обладая значительными запасами газа, предусматривают последовательное развитие сначала голубого, а затем зеленого водорода для обеспечения растущих потребностей рынка в низкоуглеродистом топливе.

В свою очередь Россия проявляет амбиции стать ведущим производителем и экспортером голубого водорода, эксплуатируя значительные ресурсы ископаемого топлива, транспортную инфраструктуру, ядерные технологии и избыточные энергетические мощности. Российская энергетическая стратегия до 2035 года предусматривает использование преимуществ близости страны к потенциальным рынкам Европы и Азиатско-Тихоокеанского региона, а также поддерживает создание внутреннего рынка, который потребует инфраструктуры для перемещения водорода и содействие его использованию в качестве транспортного топлива. В период до 2024 года запланирована реализация ряда пилотных проектов под руководством ПАО «Газпром», госкорпорации «Росатом», частных компаний «Новатэк» и «Лукойл».

Другим потенциально важным игроком рынка водородных энергоносителей считается Австралия. Относительно большие запасы ископаемого топлива в стране в сочетании с энергией ветра и солнца в ближайшие 10 лет позволяют ей стать производителем водорода для внутреннего использования и экспорта, а Япония и Южная Корея рассматриваются австралийской стороной как ключевые потенциальные потребители. Местная нефтегазовая компания Woodside Petroleum реализует планы создания двух объектов производства голубого и зеленого водорода и экспорта аммиака для производства энергии в Японии.

Японское правительство реализует собственную водородную стратегию с 2017 года и считает использование водорода одним из перспективных направлений решения дилеммы отсутствия природных ресурсов и необходимости удовлетворения потребностей энергоемкой экономики. В 2020 году, одновременно с постановкой цели достижения углеродистой нейтральности экономики к 2050 году, японское правительство заявило о намерении обеспечить ведущую роль страны в развитии технологий водородной энергетики и увеличить внутреннее потребление водорода в 3 миллиона т / год в 2030 году и до 20 миллионов т / год в 2050 году.

В настоящее время внутреннее производство водорода в Японии достигает 1,3 миллиона т / год и потребляется преимущественно местными НПЗ и химическими предприятиями; только 1-2% водорода поставляется по трубопроводам или в виде сжатого или сжиженного водорода автоцистернами в интересах промышленных потребителей и автозаправочных станций.

В то же время, ряд инновационных компаний обеспечивают развитие водородной отрасли на территории Японии. Так, в декабре 2020 года консорциум Ahead реализовал демонстрационный проект импорта водорода с Брунея с использованием метилциклогексана (MCH, полученного из водорода и толуола), в противовес аммиаку как носителю. Инжиниринговая компания Chiyoda осуществляет развитие коммерческой цепи поставки водорода в Японию до 2025 года, используя опыт, полученный в рамках проекта импорта из Брунея. Другое японское предприятие Hystra в течение этого года планирует начать импорт сжиженного водорода, производимого в Австралии с использованием бурого угля. Участница проекта Hystra компания Kawasaki Heavy Industries до 2025 года планирует разработать танкер для сжиженного водорода объемом 160 тысяч кубометров, который способен перевозить груз водорода весом 10 тысяч тонн. У компании есть опыт создания единственного в мире специализированного танкера сжиженного водорода Suiso Frontier и сооружения для Hystra первого в Японии терминала для импорта водорода вблизи города Kobe.

Японские энергетические компании, которые находятся под давлением правительства и требуют сокращения выбросов СО2 при использовании угля, рассматривают возможность совместного сжигания аммиака. В 2021 году началась реализация пилотного проекта сожжения 20% аммиака совместно с углем на электростанции Hekinan мощностью 4,1 ГВт вблизи города Jera. Начало коммерческой эксплуатации проекта запланировано к 2025 году. Ожидается, что в результате обработки технологии прямого сжигания аммиака или водорода на коммерческих газовых турбинах, импорт аммиака в Японию значительно возрастет.

Япония также пытается использовать водород и аммиак для повышения собственной роли на глобальном энергетическом рынке путем получения большего (чем страна в случае импорта нефти и СПГ) контроля за цепью поставок и снижения стоимости за счет непосредственного участия в водородных проектах. В этом контексте Токио сотрудничает со своими ближневосточными партнерами по поставкам нефти в разработке проектов цепей поставок аммиака, а также изучает инвестиции в чистый аммиак на территории Австралии, Новой Зеландии, Чили, России и США.

В рамках реализации национальной стратегии зеленого водорода (2020), Чили пытается достичь производственных затрат в размере 1,30 долларов США / кг до 2030 года, а в долгосрочной перспективе — менее 1 доллара США / кг зеленого водорода. Благодаря значительному природному потенциалу развития ВИЭ, прежде всего, ветровой и солнечной электрогенерации, чилийское правительство рассчитывает создать 1800 ГВт мощностей в течение следующих 10 лет (увеличить имеющиеся установленные мощности в 70 раз) и стать самым конкурентоспособным экспортером зеленого водорода в мире. Задекларированной целью реализации программы является ежегодное производство 25 миллионов тонн зеленого водорода и доход на уровне 30 миллиардов долларов США в год от экспорта сжиженного энергоносителя к 2050 году, с долей рынка в Японии и Южной Корее в размере 50%, а в Китае — 20%.

На начальном этапе, Чили отдает приоритет использованию зеленого водорода внутри страны в таких сферах: нефтеперерабатывающая отрасль, тяжелая промышленность, большегрузный транспорт в горнодобывающей промышленности, тяжелые грузовые автомобили, междугородные автобусы и смешивание водорода с природным газом в газовых сетях. По оценке государственной нефтеперерабатывающей компании Enap, использующей 24500 т / год голубого водорода (приобретается преимущественно за счет импорта СПГ), зеленый водород местного производства может быть намного дешевле.

В северных горных районах страны местный производитель взрывчатых веществ Enaex и французская энергетическая компания Engie начали технико-экономическое обоснование производства зеленого аммиака из водорода, полученного с помощью солнечной электрогенерации. Планируется, что пилотная установка мощностью 18000 т / год будет обеспечивать завод аммиачной селитры Enaex, который сейчас импортирует сырье из Тринидад и Тобаго и США. В дальнейшем, после 2030 года, проект может обеспечивать до 700 тысяч тонн экспорта зеленого аммиака в год. Американская компания AES также изучает целесообразность реализации совместно с Enaex масштабного проекта зеленого аммиака в Чили на базе использования более 800 МВт мощностей ВИЭ.

В южном регионе чилийская компания Andes Mining and Energy (AME) сотрудничает с государственной Enap, итальянским производителем электроэнергии Enel, немецким производителем автомобилей Porsche и инжиниринговым гигантом Siemens в рамках проекта, направленного на синтез бензина из метанола (технология MTG ExxonMobil, Methanol-to-Gasolin ) с использованием зеленого водорода, полученного с помощью ветровой электрогенерации. За счет финансирования со стороны министерства экономики и энергетики Германии в сумме 45 миллионов долларов США, в апреле 2021 года AME планирует начать строительство демонстрационного завода по производству транспортного топлива и метанола на основе атмосферного СО2 и зеленого водорода (ветровая электрогенерация). В ходе дальнейшего развития проекта и выхода на рынок ЕС, AME предусматривает строительство коммерческого завода стоимостью 800 миллионов долларов США по производству 140 тысяч тонн метанола в год (или его бензинового эквивалента). Принятие инвестиционного решения по реализации очередного этапа проекта мощностью 1400000 т / год запланировано на 2023 год.

По мнению наших экспертов, главными факторами формирования мирового рынка и отрасли водорода выступают уменьшение стоимости производства электроэнергии за счет ВИЭ и политические инициативы декарбонизации ведущих экономик мира.

Увеличение мощностей альтернативных источников энергии и государственный спрос на коммерциализацию технологий водородной энергетики в среднесрочной перспективе может привести к появлению на территории ЕС, а также таких стран, как Австралия, Чили, Саудовская Аравия, Россия достаточных для формирования экспортного потенциала промышленных мощностей по производству водорода электролизом с использованием ВИЭ или водорода путем газового риформинга, с выбросами СО2, уменьшенными за счет захвата, использования и хранения углерода (CCUS).

Процесс масштабирования водородных технологий и вывода водорода на рынок энергоносителей может происходить под давлением со стороны лобби традиционных энергоресурсов и сопровождаться процессом закрепления в технологических и маркетинговых процессах нефтегазовых компаний голубого водорода с постоянным увеличением его доли за счет, прежде всего, низкой конкурентоспособности зеленого водорода.

Изображения Argusmedia.com.

Горячие Новости

Eustream создает свое место в будущем

03-09-2020
В настоящее время европейская газовая промышленность, и, прежде всего, операторы систем передачи переживают период существенных ...

Обзор состояния российской экономики 2020-09: «Нет худа без добра»

13-10-2020
Сергей Хестанов — российский экономист, доцент “Российской академии народного хозяйства и государственной службы при Президенте ...

Перспективы развития водородной энергетики

26-04-2021
В течение 2020 года, несмотря на негативное влияние пандемии COVID-19, заинтересованность ведущих стран мира и ...

Когда состоится Балканский газовый хаб?

03-05-2021
При относительно небольших объемах транзита природного газа на уровне 3,8 миллиарда кубометров (2020), до 80% ...
Читать больше