Водород в газопровод

Использование ГТС для транспортировки водорода активно исследуется в разных странах

Водородная энергетика, о которой много говорится сейчас, возможна лишь при создании инфраструктуры для транспортировки водорода. Для этого можно использовать существующую газотранспортную систему, и в разных странах начинают изучать насколько это возможно.

Владимир МИХАЙЛОВ

В Украине Региональная газовая компания (РГК) провела статические испытания на пяти полигонах, в ходе которых в систему, копирующую условия газораспределительной системы Украины вводились разные смеси метана и водорода. Компания заявила о планах начать реконструкцию газовых сетей с целью приспособить их к новому топливу. О планах использовать ГРС страны для транспортировки водорода заявляли представители Минэнерго и НАК "Нафтогаз Украины".

Из последних заявлений стоит отметить выступление на недавнем Немецко-Украинском энергетическом дне заместителя генерального директора по развитию и трансформации ООО "Оператор газотранспортной системы Украины" Павел Станчака, который рассказывал о возможностях ГТС Украины по транспортировке водорода и водородных смесей. По его словам, ГТС сейчас обладает избыточными мощностями, которые можно был бы использовать для этой цели.

Планируется, что в рамках европейской инициативы "2х40 ГВт новых мощностей по производству водорода" в Украине должно быть построено 10 ГВт водородных мощностей. В стране появляются первые проекты по производству и использованию водорода, и наличие развитой ГТС могло бы быть большим бонусом для развития водородной энергетики.

Проблемы водородных трубопроводов: проектирование, безопасность и затраты

Замена природного газа водородом возможна лишь при условии решения ряда технических проблем, связанных с воздействием водорода на трубопроводы, по которым он транспортируется, и конечное оборудование. В газопроводах это, прежде всего, т.н. "водородная хрупкость", из-за которой ухудшается качество металлических или полиэтиленовых труб и увеличиваются риски утечки, особенно в трубах высокого давления. В определенных концентрациях и при определенных условиях водород может разрушать структуру металлов, и это одна из проблем, которую ученые сейчас стремятся решить в первую очередь. Прежде чем планировать масштабное внедрение водородных технологий, необходимо понять, сколько будет стоить модернизация существующих трубопроводных сетей, чтобы осуществить переход с газа на водород и смеси с ним.

Кроме того, водород горит иначе, чем природных газ, метан. Это также создает проблемы безопасности и инженерии. Существующее конечное оборудования для сжигания газа не может использоваться для смесей с содержанием водорода больше 25%. Водород гораздо более взрывоопасен, чем метан, он способен воспламеняться практически при любом соотношении воздух-топливо, поэтому для его сжигания необходимо взрывозащищенное оборудование, не допускающее, в частности, появления искр.

Кроме того, энергоемкость водорода примерно в три раза ниже, чем у метана. Это означает, что по мере увеличения доли водорода объем энергии, доставляемой по тем же трубопроводам, уменьшается.

Если речь идет о "зеленом" водороде (а акцент сейчас делается именно на нем), то надо учитывать, что производство водорода при помощи электроэнергии, вырабатываемой на ВИЭ, стоит в четыре-шесть раз дороже, чем производство водорода из ископаемого топлива. Ожидается, что эти затраты будут снижаться по мере повышения эффективности электролиза, снижения затрат на возобновляемые источники энергии для их производства и экономии благодаря эффекту масштабирования, поскольку мощности по производству "зеленого" водорода будут строиться по всему миру. Но даже в этом случае достижение рентабельности будет проблемой. А малая плотность энергии в совокупности с высокой стоимостью трубопроводов может существенно усложнить его внедрение для отопления, приготовления пищи и других обычных видах использования природного газа в домах и на предприятиях.

Согласно исследованию, проведенному два года назад Институом Роки-Маунти, для большинства зданий электрификация является более эффективным направлением замены ископаемых топлив, чем внедрение водородных технологий.

Пилотные проекты и исследования

Некоторые газоснабжающие предприятия уже экспериментируют с добавлением водорода в газ. Так, британские операторы National Grid и Scottish Gas Network добавляют водород в трубопроводы снабжающие электростанции и промышленные предприятия, а также частные дома. Пока это делается в масштабах небольшой сети. Доля водорода в газовой смеси не превышает 20% и по отзывам пользователей это никак не отражается на работе оборудования. В перспективе в Великобритании рассчитывают перейти на "чистый" водород.

Аналогичные шаги предпринимаются в Континентальной Европе в контексте реализации целей Европейского Союза по внедрению экологически чистого водорода на ближайшее десятилетие. В Нидерландах, где планируется создание крупнейшего в мире центра по производству экологически чистого водорода с использованием энергии оффшорных ВЭС, промышленные предприятия в перспективе должны полностью перейти на чистый водород. Инвестировать в проекты связанные с этими планами, намерены крупнейшие компании нефтегазовой отрасли включая Shell, BP и Total.

Кроме Нидерландов аналогичные планы перевода ГТС на водород имеют Германия, Франция, Австралия, Южная Корея и Япония. В некоторых из этих стран также уже начаты пилотные проекты, изучающие влияние водородных смесей на ГТС.

В США на федеральном уровне выделено финансирование для изучения проблем, связанных с повышением концентрации водорода в существующих трубопроводах. С этой целью создан проект HyBlend, объединивший шесть лабораторий и более двух десятков представителей компаний и других научно-исследовательских учрежденный под руководством Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии (NREL). Проект рассчитан на два года и получит около $10 млн от Офиса по энергоэффективности и возобновляемым источникам энергии, а также финансирование от других спонсоров.

Проект направлен на изучение долгосрочных эффектов использования водорода в трубопроводах. Хотя, как был сказано выше, уже есть примеры добавления водорода в трубопроводную сеть, его воздействие на нее и на оборудование плохо изучено. Поэтому пока еще сложно планировать внедрение водорода в масштабах всей сети. Будет проведено исследование в трех направлениях. Во-первых, Национальные лаборатории Сандия и Тихоокеанская северо-западная национальная лаборатория изучат взаимодействие с водородом материалов газопроводной сети — металлов и пластиков. Полученные данные будут использоваться в математической модели оценки срока эксплуатации трубопроводов. Во-вторых, Аргоннская национальная лаборатория проведет анализ выбросов парниковых газов в течение жизненного цикла технологий при использовании водордно-газовых смесей (предполагается, что внедрять водородные технологии имеет смысл в контексте сокращения выбросов). Наконец, в третьих Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии оценит расходы на производство водорода и использование водородно-газовых смесей, те возможности, которые это дает и альтернативы — синтетического газа.

Газоснабжающие компании США стараются не отставать от европейцев в развитии пилотных проектов по добавлению водорода в газопроводы. Компания Entergy, работающая в регионе Мексиканского залива, объявила о планах использования существующих сетей газопроводов нефтяной промышленности и подземные соляные каверны для транспортировки и хранения водорода. Возле подземной пещеры в штате Юта может быть создан региональный комплекс по производству и хранению "зеленого" водорода. О таких планах заявил консорциум, включающий Mitsubishi Power, государственное агентство Intermountain Power Agency и Департамент водоснабжения и энергетики Лос-Анджелеса. В штате Нью-Йорк компания National Grid совместно с Управлением энергетических исследований и разработок штата и Институтом Стоуни-Брук запустили проект по изучению возможностей интеграции и хранения "зеленого" водорода в существующей газовой инфраструктуре.

В Калифорнии Southern California Gas и San Diego Gas & Electric, дочерние компании калифорнийской холдинговой компании Sempra Energy намерены в следующем году начать пилотный проект по тестированию использования в газопроводной системе смесей с содержанием водорода от 1 до 20 процентов. Водородные технологии рассматриваются как возможность запасать и использовать излишки возобновляемой электроэнергии при пиках выработки, например, энергии СЭС в середине дня. Таким образом, возобновляемая энергетика в совокупности с мощностями по выработке водорода станет более эффективной.

Таким образом, пока сложно сказать, в какой степени водород может заменить природный газ, который сейчас идет по газопроводам к отопительным системам, котлам, плитам и пр. Еще предстоит решить много проблем чисто технического характера, связанных с безопасностью трубопроводов, их модернизацией, меньшей плотности энергии водорода по сравнению с газом и других. Но ряд научно-исследовательских организаций и энергетических компаний в разных странах уже вплотную исследуют эти вопросы.

Copyright © ЦОИ «Энергобизнес», 1997-2021. Все права защищены
расширенный поиск
Close

← Выберите раздел издания

Искать варианты слов
 dt    dt