10.03.2016
Энергоресурсы имеют критически важное значение для улучшения качества жизни и расширения возможностей, открывающихся перед гражданами стран мира – как развитых, так и развивающихся. Поэтому обеспечение эффективного, надежного и экологически безопасного энергоснабжения по ценам, отражающим фундаментальные принципы рыночной экономики, представляет собой вызов для наших стран и всего человечества.
Для выполнения этой всеобъемлющей задачи необходимо решить ряд серьезных и взаимосвязанных проблем, таких как:
В связи с глобальным характером этих проблем и растущей взаимозависимостью между странами-производителями, транзитными странами и государствами-потребителями необходимо развивать партнерские отношения между всеми заинтересованными сторонами в целях укрепления глобальной энергетической безопасности. Мы единодушны в том, что лучший способ добиться наших целей в этой области – формирование прозрачных, эффективных и конкурентных мировых энергетических рынков. Мы также признаем важную роль национальных правительств и соответствующих международных организаций в решении глобальных энергетических проблем.
Ни глобальной энергетической безопасности, ни Целей развития тысячелетия не удастся достичь в полной мере без обеспечения устойчивого доступа 2,4 миллиардов человек к топливным ресурсам и 1,6 миллиарда человек – к электроэнергии в развивающихся странах, которые в настоящее время лишены этого. Их проблемы нельзя игнорировать или уделять им недостаточное внимание.
Альтернатива только бензину
Уже можно слышать радостные восклицания об очередной победе альтернативной энергетики, которая вот-вот вытеснит энергетику традиционную, со всем ее дымом и золоотвалами. Вот и Прохоров недавно заявил: «Водородная энергетика должна занять порядка 20% мирового энергобаланса, так как решает ключевые проблемы традиционной энергетики»…
Но в том то и дело, что водородная энергетика в принципе НЕ МОЖЕТ потеснить обычную энергетику, потому что нуждается в ее энергии. Без электричества, полученного обычным путем (на ТЭЦ, ГЭС или АЭС) невозможно получить водород, следовательно, идея водородной энергетики становится несостоятельной.
Этот самый водород можно называть альтернативой только моторному топливу. И в этом качестве он великолепен. Но если говорить об энергетике в ее классическом понимании, то есть, как об отрасли, вырабатывающей тепловую и электрическую энергию, то ни о какой водородной альтернативе пока и речи не идет. Если мы начинаем развивать водородную энергетику, то нам придется не сокращать количество традиционных электростанций, а увеличивать его. Раньше мы качали моторное топливо в виде нефти или газа из скважин, что требовало сравнительно немного энергии, а теперь нам придется приготовлять его самим. Что потребует гораздо больше энергии. Для получения одного кубометра газообразного водорода необходимо затратить что-то около 5 кВт/ч электричества.
Добыча, хранение и превращение
Для начала рассмотрим физику процесса. Если грубо, то водородная энергетика состоит из трех звеньев: получение водорода, его транспортировка (хранение) и получение с помощью водорода механической (тепловой) энергии.
Сегодня наиболее перспективным способом хранения и перевозки водорода считают гидридные баки. В них водород находится в связанном состоянии, что безопаснее, чем хранение его в сжатом или сжиженном состоянии. Впрочем, гидридная технология еще до конца не отработана.
Теперь, что касается превращения водорода в движение. Можно конечно просто сжигать водород в обычном двигателе внутреннего сгорания или в турбине авиалайнера (таких экспериментов было много), но из-за низкого КПД получается слишком дорого. Поэтому ставка сделана на топливные элементы, в которых водород окисляется, в результате чего получается вода и электричество (оно крутит, например, колеса автомобиля или что угодно). С этими топливными элементами пока тоже хватает проблем. Сегодня элемент мощностью 1 кВт стоит более $3 000, а чтобы водород стал конкурентоспособным (как авто-топливо), цена такого элемента не должна превышать $100. Но в обозримом будущем, похоже, этого можно будет добиться.
А теперь об основе водородной энергетики – о получении водорода. Сегодня его дешевле всего получать методом паровой конверсии из метана или природного газа. Цена такого водорода получается менее $2 за килограмм. Но, во-первых, для этой технологии необходим природный газ (а значит, вместо альтернативной энергетики мы получаем разновидность газовой), во-вторых, после выделения из природного газа водорода, мы будем выбрасывать в атмосферу углерод (и не только его), а в-третьих, при сжигании водорода (окислении его в топливных элементах) забирается кислород из атмосферы. Все это сводит на нет разговоры об «альтернативности» и экологичности водородной энергетики.
Следовательно, единственный способ развития водородной энергетики на перспективу – получать водород из воды с помощью электролиза или разложения при высокой температуре. При этом вода распадается на водород и кислород, а когда водород сгорает или окисляется в топливных элементах, то на это уходит фактически тот самый кислород, который ранее выделился из воды. Воздействия на атмосферу не происходит. Но для электролиза нужно электричество или высокая температура.
Только в связке с ядерной энергией
Чтобы обеспечить водородным топливом автотранспорт города-милионника по расчетам доктора технических наук Бориса Адамовича, потребуется 500 МВт/ч электроэнергии в год.
Так как в Екатеринбурге жителей более миллиона, и количество авто растет весьма активно, можно говорить, что нашему городу при переводе транспорта на водород понадобится дополнительно 1 000 МВт электроэнергии. Это примерно мощность Среднеуральской ГРЭС. Но где эту мощность взять? Строить новую электростанцию?
Но проблема в том, что «Газпром» газа для дополнительной электростанции не даст. У него все законтрактовано на много лет вперед (и он держит на голодном пайке уже имеющиеся ТЭЦ). Не подойдет нам и угольная станция (раз уж мы бьемся за чистоту воздуха). Теоретически можно получить требуемую энергию с помощью ветроэлектростанций. Потребуется 3-5 тыс. ветроустановок, под которые придется вырубить несколько десятков тысяч га леса. А окупаемость станции составит 40-50 лет. Ни по экологии, ни по экономике данный проект критики не выдерживает.
Остается атомная энергия. Как и водородная энергетика, построенная на электролизе воды, современная АЭС не загрязняет атмосферу и не расходует атмосферный кислород. А стоимость ее электроэнергии ниже, чем у газовых или угольных станций (при сравнимом сроке окупаемости). Не удивительно, что в последние годы во многих странах водородную энергетику рассматривают почти исключительно в связке с ядерной. Например, Минэнерго США сейчас реализует «Атомно-водородную инициативу», нацеленную на создание до 2015 г. комплекса по производству водорода с помощью высокотемпературного ядерного реактора. В рамках европейской программы Raphael Франция проектирует высокотемпературный атомный реактор VHTR, способный вырабатывать до 2 млн кубометров водорода в сутки.
А одним из наиболее продвинутых в этой области является международный проект ГТМГР (высокотемпературный реактор для выработки электроэнергии и водорода). Его разрабатывают Курчатовский институт, НПО «Луч» и компании «GA» (США), при участии компаний «Фраматом» (Франция-Германия) и «Фуджи электрик» (Япония).
В погоне за водородом накачивают атом
Впрочем, высокотемпературные реакторы это уже день послезавтрашний. А более близкой перспективой, как для России, так и для всего мира видится использование для производства водорода электрической, а не тепловой энергии атомных энергоблоков. Недавно директор по научно-технической политике концерна «Росэнергоатом» Владимир Асмолов заметил, что программа развития атомной энергетики России учитывает, в том числе и возникновение в перспективе спроса на водород. В общих чертах российская атомная программа предполагает, что в стране к 2015 г. появится 10 новых атомных энергоблоков, а к 2030 г., еще более трех десятков. Замечу, что именно 2030-е годы чаще всего называют датой начала массового использования водорода. К тому моменту российская атомная энергетика будет вырабатывать 25-27% российского электричества, вместо нынешних 16%. Кстати, аналогичные программы накачивания атомной энергетики есть у всех более-менее развитых стран. В частности, США озвучили программу строительства 200 блоков, Китай 100, Индия – 80, Англия и Франция – по 50.
А как иначе… «альтернативной» энергетике без настоящей энергии не обойтись!
Вам понравилось? Расскажите о своем опыте своим друзьям в социальных сетях. Пусть им понравится тоже!
