Как одно нестандартное решение в сфере энергетики способно решить сразу 4 стратегические задачи! | AccordКак одно нестандартное решение в сфере энергетики способно решить сразу 4 стратегические задачи!
Как одно нестандартное решение в сфере энергетики способно решить сразу 4 стратегические задачи!
Текущая ситуация, сложившаяся в экономике Украины, требует от правительства неотложного решения широкого спектра стратегических задач. К числу наиболее важных можно отнести необходимость декарбонизации экспортно-ориентированных отраслей промышленности, сокращение зависимости от импортных поставок энергоносителей, замещение традиционных видов ископаемого топлива - возобновляемыми, создание внутреннего рынка зелёного водорода (которое является непременным условием партнёрства Украины с ЕС в сфере водородной энергетики).
Предлагаемое стратегическое решение не требует от государства дополнительных финансовых ресурсов, но позволяет, пускай лишь частично, решить все упомянутые выше задачи уже в ближайшие годы.
Как уже все читающие эти строки догадались, речь идёт о зелёном водороде. Причём не о зелёном водороде вообще, а о внутреннем рынке зелёного водорода, создание которого поставили условием сотрудничества с Украиной в данной сфере наши европейские партнёры.
Как известно, основных сфер потенциального использования зелёного водорода всего несколько: промышленность, транспорт, коммунальный сектор и энергетика.
Проделанный ранее анализ возможных сфер применения зелёного водорода, результаты которого были озвучены в июне на конференции "Проблемы Экологии и Управления Объектами Энергетики", показал, что наиболее близкими по экономической целесообразности сферами применения зелёного водорода в Украине на текущем этапе являются транспортный сектор и аммиачная промышленность. Однако, в отличие от транспортного сектора, требующего создания новой инфраструктуры (заправочные станции, системы хранения, специальный транспорт), производство аммиака имеет ряд особенностей, делающих возможность его "озеленения" менее болезненной и более реальной:
1. Отсутствие необходимости (в отличие от металлургической индустрии) коренной и дорогостоящей модернизации существующих предприятий
2. Высокая зависимость от стоимости природного газа
3. Высокий уровень выбросов двуокиси углерода
4. Большие объёмы экспортных поставок и, как следствие, надвигающаяся угроза неконкурентноспособности на внешних рынках вследствие обложения налогом CBAM при импорте в страны ЕС
Остановимся на перечисленных выше факторах более подробно.
Технологический процесс синтеза аммиака (представлен на рисунке) включает в себя первоначальное получение исходных химических компонентов - водорода и азота, за которым следует их синтез и получение газообразного аммиака. Водород на аммиачных заводах получают сегодня из природного газа и воды при помощи технологии парового риформинга, а азот извлекают из воздуха, в котором он является основным компонентом. Добавление, либо полная замена производимого серого водорода зелёным практически не требуют изменения существующих технологических процессов.
Для производства 1 тонны аммиака на предприятиях Украины сегодня расходуется, в среднем, 1000 куб. м природного газа. В 1 тонне аммиака содержится 17 - 18% водорода ~ 177 кг). Производственные мощности 5 азотных заводов Украины по производству аммиака (ПАО "Одесский припортовый завод", ЧАО "Северодонецкое объединение Азот", ПАО "Азот", ПАО "ДнепАзот", ПАО "Ривнеазот") составляют ~ 4,5 млн тонн в год. Для производства которых потребовалось бы ~ 4,5 млрд. куб. м природного газа. Либо ~ 800 000 тонн водорода.
В действительности, аммиака в Украине производится более, чем в 3 раза меньше. Так, Одесский припортовый завод в 2020 году произвёл аммиака ~ 560 тыс. тонн, Ривнеазот ~ 400 тыс. тонн, Северодонецкий Азот ~ 200 000 тонн
Для производства 1 кг зелёного водорода электролизом воды требуется примерно 60 квт*час зелёной электрической энергии. В 2020 году всеми ВИЭ Украины её было выработано ~ 10 млрд. кВт*час. При использовании этого объёма зелёной электроэнергии для производства зелёного водорода электролизом воды можно было бы произвести ~ 167 000 тонн зелёного водорода, которых хватило бы для производства ~ 943 000 тонн зелёного аммиака. То есть позволило бы называться зелёным аммиаку, произведенному в 2020 году тремя вышеназванными предприятиями химической промышленности Украины. А также практически полностью выполнить домашнее задание ЕС по требуемому объёму внутреннего рынка зелёного водорода.
Выбросы двуокиси углерода при классическом производстве аммиака составляют примерно 2 т СО2 на тонну NH3.
Таким образом, использование всего объёма электрической энергии, выработанной и поставленной в отечественную энергосистему операторами возобновляемых источников энергии в 2020 году при производстве зелёного аммиака, позволило бы сократить выбросы СО2 ~ на 1,9 млн тонн.
При этом общее сокращение потребления природного газа в Украине составило бы почти 1 млрд. куб. м, а производители зелёного аммиака утратили бы зависимость от непрерывных колебаний цен на рынке природного газа и от доступности внешних его поставок.
При экспортных поставках зелёный аммиак и произведенные из него азотные удобрения также могли бы считаться зелёными и не облагаться в странах ЕС углеродным налогом, который уже с начала его введения составил бы более 100 евро на тонну аммиака и величина которого будет значительно расти в соответствии с существующими прогнозами.
И, наконец, главный вопрос, от которого напрямую зависит реальность осуществления всего вышесказанного - экономическая целесообразность!
Без наличия которой ни одно из отечественных предприятий индустрии азотных удобрений просто отмахнётся от описанного перехода на зелёное производство.
Стандартная концепция производства зелёного аммиака предполагает строительство отдельного завода по производству зелёного водорода, включающего электролизный завод и парк ВИЭ (солнечные, ветровые, гидро, био или комбинированные электростанции). При этом выбор подходящей площадки становится весьма не простой, а иногда - даже не разрешимой задачей: место расположение должно быть максимально приближённым к заводу по производству азотных удобрений и к источникам необходимых объёмов пресной воды, иметь необходимые размеры и достаточно высокие параметры силы ветра и/или солнечной инсоляции.
В описанном классическом сценарии себестоимость производимого водорода оказывается очень высокой и все надежды возлагаются на существенное снижение в будущем стоимости необходимого оборудования и улучшение его технических показателей.
Предлагаемое концептуальное решение предполагает:
а) полный отказ от включения в состав водородного завода объектов возобновляемой генерации (солнечных и/или ветровых электростанций), работа которых характеризуется плохой предсказуемостью и неравномерностью, сказывающихся на низкой продуктивности работы электролизёров на протяжении года. Средний КИУМ ветропарков в Украине составляет 30-35%, солнечных электростанций 13-14%, требуя, в свою очередь, существенного завышения их установленной мощности и, как следствие, высочайших капитальных затрат;
б) приоритетная закупка заводами по производству аммиака зелёной электроэнергии по текущим аукционным ценам у Гарантированного Покупателя (~ 0,05 - 0,06 евро/кВт*ч)
в) равномерная и полноценная работа электролизёров на протяжении года с КИУМ не менее 90% (~ вдвое больше, чем в случае классического сценария);
г) Существенное снижение себестоимости зелёного водорода до величин, эквивалентных по стоимости и ниже существующих цен на замещаемые объёмы природного газа ( для чего, возможно, потребуется использование дополнительных, имеющихся у автора, концептуальных решений);
Предварительная оценка показывает возможность достижения себестоимости производства зелёного водорода в размере менее $3 за кг и, соответственно, менее $531 для производства 1 тонны зелёного аммиака (при текущей стоимости эквивалентного объёма природного газа > $550 ).
Для реализации предлагаемого концептуального решения требуется лишь техническое изменение регламента работы ГП "Гарантированный Покупатель" и становление в Украине рынка Гарантий Происхождения на вырабатываемую украинскими производителями возобновляемую энергию, которым в настоящее время занимается Госэнергоэффективности Украины.