Водородная стратегия ФРГ

Вопрос перехода к «зеленой энергетике» на основе водорода занимает одно из центральных мест в сфере реформирования энергетического сектора ФРГ. Серьезность намерений федерального правительства по развитию национальной водородной энергетики подкреплена принятием соответствующей стратегии в июне 2020 г. На финансирование водородной отрасли выделено 9 млрд евро.

В июле 2020 г. уже на уровне ЕС были приняты «Водородная стратегия для климатически нейтральной Европы» и программный документ «Обеспечение климатически нейтральной экономики: стратегия ЕС по интеграции энергетических систем». Таким образом, лидерская роль Германии, которая одобрила национальный документ по развитию водородной энергетики практически за месяц до соответствующего решения ЕС, демонстрирует готовность властей ФРГ вкладывать обширные средства в формирование новой энергетической инфраструктуры.

Обширную исследовательскую работу в части развития водородной энергетики и ее адаптации к национальной экономике наряду с другими национальными институтами осуществляет Немецкий аэрокосмический центр (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, DLR). Среди приоритетов DLR указаны исследования в сфере электролиза и солнечной энергетики как наиболее перспективных направлений для получения зеленого «водорода» (то есть экологически чистого) в промышленных масштабах. Немецкий аэрокосмический центр проводит системную и комплексную работу по изучению возможностей перехода национальной энергетической системы на водород, а также по направлениям практической интеграции водородной энергетики в повседневную жизнь граждан.

Федеральное Министерство экономики и энергетики Германии уже заявило, что будет работать над установлением партнерских отношений с другими странами в области водородной энергетики. Предпосылки для такого сотрудничества с регионами, где имеется высокой потенциал солнечной или ветрогенерации, должны быть созданы уже в 2021 году.

По данным Национальной организации по водородным технологиям и топливным элементам (NOW), для перехода на водородную экономику необходимо увеличение установленной мощности электролизера до 137–275 ГВт к 2050 году. Для этого требуются как небольшие децентрализованные системы электролиза (например, на заправочных станциях), так и центральные крупномасштабные электролизеры с особенно высоким уровнем эффективности. Развитие внутреннего рынка позволит обеспечить значительную генерацию необходимой энергии, а также станет катализатором для экономического роста.

Для российских газовых компаний перепрофилирование существующей немецкой трубопроводной сети под водород, а также использование соответствующих хранилищ, открывает определенные перспективы, особенно в контексте поставок «голубого» и «бирюзового» водорода (то есть получаемого из органического топлива, а не путем электролиза воды).

Вопрос перехода к «зеленой энергетике» на основе водорода занимает одно из центральных мест в сфере реформирования энергетического сектора ФРГ. Серьезность намерений федерального правительства по развитию национальной водородной энергетики подкреплена принятием соответствующей стратегии в июне 2020 г. На финансирование водородной отрасли выделено 9 млрд евро.

В июле 2020 г. уже на уровне ЕС были приняты «Водородная стратегия для климатически нейтральной Европы» и программный документ «Обеспечение климатически нейтральной экономики: стратегия ЕС по интеграции энергетических систем». Таким образом, лидерская роль Германии, которая одобрила национальный документ по развитию водородной энергетики практически за месяц до соответствующего решения ЕС, демонстрирует готовность властей ФРГ вкладывать обширные средства в формирование новой энергетической инфраструктуры.

Обширную исследовательскую работу в части развития водородной энергетики и ее адаптации к национальной экономике наряду с другими национальными институтами осуществляет Немецкий аэрокосмический центр (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, DLR). Среди приоритетов DLR указаны исследования в сфере электролиза и солнечной энергетики как наиболее перспективных направлений для получения зеленого «водорода» (то есть экологически чистого) в промышленных масштабах.

Константин Суховерхов:
«Зелёная сделка» ЕС — угроза для России?

Принцип электролиза — то есть расщепление воды на водород и кислород с помощью электричества — известен уже более 200 лет. На текущий момент немецкая экономика располагает примерно 30 МВт электроэнергии для электролиза. Очевидно, что этих мощностей не хватит для массового перехода на водород в качестве основного источника энергии. Согласно исследованию, проведенному компанией Energy Brainpool, к 2035 году потребуется 107 ГВт электролизных мощностей, чтобы обеспечить все районы Германии достаточным количеством «зеленого» водорода.

По данным Национальной организации по водородным технологиям и топливным элементам (NOW), для перехода на водородную экономику необходимо увеличение установленной мощности электролизера до 137–275 ГВт к 2050 году. Для этого требуются как небольшие децентрализованные системы электролиза (например, на заправочных станциях), так и центральные крупномасштабные электролизеры с особенно высоким уровнем эффективности. Развитие внутреннего рынка позволит обеспечить значительную генерацию необходимой энергии, а также станет катализатором для экономического роста.

Согласно данным Государственной ассоциации возобновляемых источников энергии федеральной земли Северный Рейн-Вестфалии (LEE NRW), если к 2030 году Германия будет располагать 25 ГВт электролизных мощностей, то будет создано более 200 тыс. рабочих мест и сформируется цепочка добавленной стоимости почти в 10 млрд евро.

Основной принцип стратегии DLR в этом вопросе — формирование комплексной инфраструктуры по выработке водорода за счет использования как установок промышленного типа (электролизеров или заводов по производству водорода), так и привлечения сравнительно небольших мощностей, интегрированных в городскую инфраструктуру и даже частные домохозяйства.

Ключевой вопрос здесь — интеграция всех источников генерации в одну комплексную систему, которая в совокупности может обеспечить требуемый объем выработки экологически чистой энергии на основе водорода. Первые шаги здесь уже предприняты. Так, в частности, вблизи Гамбурга (Шлезвиг-Гольштейн) и Лингена (Нижняя Саксония) строятся два завода по производству экологически чистого водорода.

Возле Гамбурга электролизный завод создается на площадях нефтеперерабатывающего предприятия Raffinerie Heide GmbH. Предполагается использовать для производства водорода излишнюю энергию, вырабатываемую ветрогенераторами, которую не может поглотить действующая электросеть. Отмечается, что это приводит к простою ветряков в 45% случаев, даже при сильном ветре. По подсчетам экспертов, в результате теряется электроэнергия, рыночная стоимость которой составляет более 300 млн евро. Соответственно, запуск водородного производства должен компенсировать указанные убытки. Первоначальная мощность электролизного производства водорода оценивается в 30 МВт, к 2030 году ожидается увеличение до 700 МВт.

RWE Generation планирует построить 100-мегаваттную электролизную установку на месте своей газовой электростанции в Лингене. Ожидается, что крупнейшая установка такого типа в Германии будет производить 2 т/ч «зеленого» водорода с 2024 года. Вырабатываемый водород должен попасть в существующие трубопроводные сети транспортировки природного газа, преобразованные в будущем для перекачки водорода, на нефтеперерабатывающий завод BP в Гельзенкирхене, в химический парк Evonik, а также, при необходимости, к другим потребителям.

Для реализации данного проекта водородный консорциум RWE (Германия), BP (Великобритания), Evonik (Германия), Nowega (Германия) и OGE (Германия) подал заявку на финансирование в инновационный фонд ЕС.

Другое направление усилий DLR — это оценка и разработка технологий по выработке водорода на основе солнечной энергии. Здесь ожидается большая эффективность с точки зрения генерации, но для этого нужны и соответствующие площади, которых в Германии недостаточно.

Как заключает член Исполнительного совета DLR Карстен Леммер, «мы не сможем производить столько «зеленого» водорода, сколько требуется для энергетики, промышленности и мобильного использования в Германии. Нужны международные решения. В солнечных странах необходимо наладить крупномасштабное производство водорода. Солнечные тепловые процессы обладают наибольшим потенциалом для резкого снижения производственных затрат. После этого необходимо создать глобальную логистику водорода для распределения».

Федеральное Министерство экономики и энергетики Германии уже заявило, что будет работать над установлением партнерских отношений с другими странами в области водородной энергетики. Предпосылки для такого сотрудничества с регионами, где имеется высокой потенциал солнечной или ветрогенерации, должны быть созданы уже в 2021 году.

План такого развития разработан Федеральным обществом международного сотрудничества (GIZ) совместно с Немецкой ассоциацией водорода и топливных элементов (DWV), и носит название H₂ Global.

Основой проекта H₂ Global является фонд с капиталом 1,5 млрд евро. Отмечается, что такие компании, как BASF, Bayer, Thyssen-Krupp, и Lufthansa, являются «заинтересованными сторонниками» этого проекта.

Фонд, спонсирующий H₂ Global, направлен на стимулирование производства «зеленого» водорода в промышленных масштабах во всем мире. Цель состоит в том, чтобы способствовать формированию консорциумов, которые строят и эксплуатируют электролизеры и производство возобновляемой энергии для производства «зеленого» водорода в соответствующих странах-партнерах.

В качестве потенциальных площадок для солнечной генерации водорода рассматриваются территории таких европейских государств, как Испания, Греция или Италия. Также в фокусе внимания находятся страны Северной Африки и Ближнего Востока. В частности, по расчетам консалтинговой компании Arthur D. Little, солнечная панель, расположенная в Африке, вырабатывает в среднем в два раза больше энергии, чем такой же модуль в Германии.

Соответственно, на первый план в таком случае выходят вопросы транспортировки полученного водорода. Это формирует новые серьезные вызовы, поскольку доставка водорода на большие расстояния представляет определенные риски для инфраструктуры и транспорта. Кроме того, сохраняется зависимость от импорта энергоресурсов.

Константин Корнеев:
Политика Японии в области развития возобновляемой энергетики

С точки зрения экспертов DLR, вопросы логистики водорода включают в себя как собственно транспортные маршруты от глобальных производственных площадок до распределительных узлов в странах-импортерах водорода, так и внутренние коммуникации по снабжению потребителей экологически чистой энергией.

Единого подхода относительно вида транспортировки еще нет, но доминирует мнение, что на пути к конечному потребителю водород будет сжижаться или сжиматься в виде газа.

Для перевозки могут быть использованы грузовики. В то же время гораздо больший потенциал с точки зрения эффективной логистики может предоставить существующая газораспределительная сеть на территории ФРГ — в случае ее постепенной трансформации в водородную сеть. По имеющимся оценкам, газовая сеть Германии состоит из транспортной сети протяженностью 40 тыс. км и распределительной сети протяженностью 470 тыс. км.

Кроме того, большой интерес представляют подземные хранилища газа, особенно в северных районах Германии, где отмечается высокая концентрация соли в соответствующих геологических формациях. Такие хранилища могут быть использованы для накопления водорода с последующим распределением по мере необходимости.

Следует отметить, что для российских газовых компаний перепрофилирование существующей немецкой трубопроводной сети под водород, а также использование соответствующих хранилищ, открывает определенные перспективы, особенно в контексте поставок «голубого» и «бирюзового» водорода (то есть получаемого из органического топлива, а не путем электролиза воды).

Еще одно направление исследований DLR — это разработка специальных топливных элементов, водородных резервуаров для мобильного использования и их интеграция в конструкцию автомобилей, автобусов, грузовиков, поездов, самолетов и кораблей.

При этом легковые автомобили на водородном двигателе уже доступны. По оценкам экспертов, общее количество таких транспортных средств в Германии составляет около 800 машин.

Ведутся успешные разработки и в железнодорожном машиностроении. Так, Siemens и Deutsche Bahn работают над созданием водородного регионального поезда и инфраструктуры для него: производства «зеленого» водорода и мобильных заправок. Уже в 2024 году они собираются испытывать технику в реальных условиях. Водородные поезда считаются особо экологичными — вместо СО₂ они выделяют водяной пар.

Водородный поезд Siemens будет создан на платформе Mireo. Это новое поколение электропоездов концерна, первые экземпляры были сданы в эксплуатацию летом 2020 года, они идут на смену модели Desiro, хорошо известной в России под названием «Ласточка».

Водородный поезд Mireo Plus H будет иметь дальность пробега 600 км и сможет развивать скорость до 160 км/ч, а инновационная технология обеспечит заправку всего за 15 минут — примерно столько же требуется и дизельному тепловозу. Цена поезда типа Mireo Plus H, производимого для Deutsche Bahn, составит от 5 до 10 млн евро в зависимости от комплектации.

В Институте морских энергетических систем DLR проводятся исследования по использованию водорода для энергоснабжения судов, в том числе по созданию установок, которые одновременно вырабатывают электричество и обеспечивают поддержание низкой температуры (охлаждение) в некоторых помещениях. Кроме того, ведутся научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы по созданию корабля с водородным двигателем и топливными элементами.

Немецкий аэрокосмический центр проводит системную и комплексную работу по изучению возможностей перехода национальной энергетической системы на водород, а также по направлениям практической интеграции водородной энергетики в повседневную жизнь граждан.