Мир нацелен на замещение ископаемого топлива водородом, – именно об этом свидетельствуют государственные стратегии

В 2021 году была принята Водородная стратегия Украины, внедрение которой будет происходить в три этапа: 2021-2025 годы, 2025-2030 годы и после 2030 года. В ходе каждого из этих этапов предполагается определение основных задач и сфер деятельности, развитие инфраструктуры, создание нормативно-правовой базы и реализация пилотных проектов и направлений для сотрудничества. Однако предпосылками для ее разработки стала заинтересованность водородной энергией различными странами мира. В частности, в 2019-2020 годах было принято Водородную дорожную карту Европы, Австралийскую национальную водородную стратегию, Национальную водородную стратегию Германии, Водородную стратегию для климатически нейтральной Европы.

В октябре 2022 года стартовал исследовательский проект NPHyСo (Nuclear Powered Hydrogen Cogeneration) продолжительностью 2,5 года, посвященный атомной водородной когенерации. Цель проекта – исследовать возможности производства низкоуглеродного водорода на атомных электростанциях, чтобы обеспечить по доступной цене его достаточное количество для таких секторов, которые трудно поддаются декарбонизации. Проект финансируется Европейским Союзом в рамках программы по исследованиям и обучению Euratom на 2021-2025 годы.

Лидером проекта является подразделение Covalion компании Framatome, занимающееся водородными технологиями. Над различными рабочими пакетами и подзадачами, кроме специалистов Framatome, также работают специалисты компаний Ansaldo, CEA, CVR, European Comission, Nucleareurope, NRG, TUD и Tecnatom. Партнером в этом проекте стала и украинская компания Energy Safety Group, которая является лидером 5-го направления “Подготовка дорожной карты внедрения”. Редакция вебсайта Uatom.org пообщалась с техническим директором Александром Мазурком о работе над проектом NPHyCo, водородной энергетике, перспективах производства водорода на украинских атомных электростанциях (АЭС), внедрении водородных станций в Украине и мире.

– Александр, для начала давайте выяснять, что такое водородная энергия и в каких сферах ее можно будет применять?

Это энергия, произведенная из водорода, то есть обратный процесс преобразования водорода.

Водород можно использовать для заправки транспорта, производства удобрений и даже в тяжелой промышленности. Его использование активно развивается в мире, при этом технологии удешевляются, а мощности производства растут. Например, в Чешском институте ядерных исследований ÚJV Řež уже более 5 лет курсирует автобус на водородной энергии, а именно на водородных топливных элементах. Считаю, что объем применения водородной энергии будет увеличиваться с годами, как раньше росли объемы солнечной энергетики, а стоимость каждого “солнечного” киловатта из года в год уменьшалась.

– Сможет ли водород конкурировать с природным газом и заменить его и нужно ли это?

Ошибочно думать, что водород может конкурировать. Он уже конкурирует. Прежде всего в инвестиционном секторе и исследовательских разработках. В частности Германия заинтересована в водороде, произведенном в Украине, для замены природного газа на объектах тяжелой промышленности. Это определенная диверсификация, которая может снизить зависимость от россии и в целом от нефти и газа, как углеродных ископаемых. Сейчас информационные источники сообщают о росте цен на нефть в мире, в связи с войной в Израиле, соответственно, подорожает и бензин. Если бы двигатели автотранспорта работали на водороде, то влияние было бы меньше, хотя это еще нужно исследовать. ЕС уже давно работает над нормативной базой по водородным технологиям, над модернизацией инфраструктуры и тому подобное. Украина только на первой стадии, ведь водородная стратегия разработана недавно и есть много открытых вопросов, требующих решения.

– По вашему мнению, почему только сейчас все начали говорить о водородной энергетике? Почему она приобрела такую огласку и популярность сегодня?

Если под водородной энергетикой вы имеете в виду как производство, так и использование водорода, то я соглашусь, что о ней, действительно, последние годы говорят значительно интенсивнее. Но для начала расскажу об отдельном случае относительно огласки и популярности водородной энергетики. В конце сентября я делал доклад по проекту NPHyСo на конференции “Перспективы внедрения инноваций в атомную энергетику” и был удивлен интересом научного и практического сообщества по внедрению водородных технологий на АЭС. Важно, что в вопросах во время доклада и обсуждениях в кулуарах я не заметил скепсиса, наоборот, только заинтересованность. Возможно, это что-то новое для всех, как когда-то были малые модульные реакторы, однако с каждым годом все труднее придумывать инновации и внедрять их. В целом весь мир движется к максимально возможному объему производства и использования водорода. Это реализуется только со стремлением достичь максимальной декарбонизации и является невозможным без атомной и возобновляемой энергетики.

Еще до подачи в этот проект и до полномасштабного вторжения рф в Украину мы имели обсуждения и определенные соглашения с компанией Framatome, которая занимается водородными технологиями, а также совещания с ГП “НАЭК “Энергоатом”. То есть, 4-5 лет назад уже говорилось о важности этой технологии для АЭС. Над этой технологией работала Европа, в частности, в Америке на действующей АЭС был установлен пилотный электролизер мощностью 1 МВт, а в Канаде выделено финансирование на развитие технологии. Это все происходило параллельно с заявлениями о zero emission от ядерной энергии. Однако в Украине это не двигалось. Тогда это не было выгодно из-за достаточного количества ископаемых и дешевых цен на них, отсутствия политических рычагов влияния.

Я знаю, что были созданы рабочие группы, которые исследовали вопросы транспортировки водорода, разработаны водородные стратегии для возобновляемых источников электроэнергии. Сейчас о водородной энергетике упоминается в Энергетической стратегии Украины и Водородной стратегии Украины. Но все больше о водородной энергии заговорили после российской агрессии, когда Европа поняла, что без природного газа ей будет трудно.

– Расскажите, пожалуйста, подробнее о проекте

NPHyСo – это исследовательский проект, посвященный исследованию потенциала применения крупномасштабных мощностей по производству водорода на атомных электростанциях. В целом проект рассчитан на два с половиной года, в течение одного из которых мы уже работаем и имеем первые результаты. Цель проекта – продемонстрировать добавленную стоимость выработки водорода как альтернативу традиционной отдачи произведенной на АЭС электроэнергии в сеть. Проще говоря, нужно понять, что выгоднее оператору АЭС – продавать электроэнергию или водород.

– Если мы уже имеем представление о производстве электроэнергии атомной электростанцией, то каким образом можно производить водород на АЭС?

Водород производится путем электролиза, но для этого нужно получить доступ к атомной электростанции, которая имеет избыток определенных ресурсов в мирное время и производит электроэнергию. Если построить водородную станцию в пределах АЭС, то можно использовать электроэнергию и определенные ресурсы: очищенная вода, сточные сооружения, азотно-кислородная станция. В этом проекте мы как раз это и анализируем.

Если, например, вы будете строить водородную станцию в чистом поле, то вам нужно гораздо больше ресурсов, в частности: площадка, административный ресурс (учитывая инженеров, юристов, бухгалтерию, руководство и т.д.), электролизер, распределительное устройство для питания, вода, компрессор для сжатого воздуха, азот, система охлаждения (сухие градирни или контуры циркуляции из реки, пруды-охладители), ведь во время электролиза выделяется много энергии. С точки зрения инвестиций, это большое капиталовложение, зато у нас есть построенная атомная электростанция, вся инфраструктура и часть необходимой среды. АЭС может использовать электроэнергию, которую производит на хозяйственные нужды, которыми и может быть водородная станция. Даже ремонтные работы могут проводиться силами АЭС.

То есть цель проекта – максимально интегрировать водородную станцию в инфраструктуру АЭС, чтобы уменьшить капиталовложения в строительство и чтобы ГП “НАЭК “Энергоатом” мог эффективно использовать излишки электроэнергии, способности штатных систем энергоблоков и административный ресурс. Использование инфраструктуры АЭС является крайне важным конкурентным рычагом при внедрении водородных технологий, поэтому создавать водородную станцию “в чистом поле” значительно дороже и более рискованно с точки зрения бизнеса.

– В рамках проекта NPHyСo, ваша компания работает по направлению “Подготовка дорожной карты внедрения”. Объясните, что означает дорожная карта и в чем заключается Ваша работа?

Проектом предусмотрено 6 рабочих пакетов (некоторые из них называются дорожная карта), начиная с поиска концептуальных решений, разработки технической, экономической, лицензионной дорожной карты и создания пилотного проекта. Чтобы не только принять участие в проекте по своему направлению, но и реализовать его потом на практике, мы участвуем в подзадачах по всем направлениям.

В рамках первого рабочего пакета по концептуализации мы выбираем наиболее подходящее решение, тип электролизеров. Сейчас выбрано три типа электролизеров, два из которых используют водородный электролиз и один – паровой электролиз. На европейских станциях, возможно, оптимальным решением будет паровой электролиз, но мы уже получили результат, что для украинских АЭС этот вариант невозможен. Далее выбирается локация возле АЭС. Лучше всего, чтобы водородная станция располагалась в санитарно-защитной зоне, ведь она должна стать частью атомной электростанции.

Работая над экономической дорожной картой, мы анализируем ресурсы, цены и нам нужно не только выбрать решение, но и показать, выгодно это или нет.

В технической дорожной карте мы собрали исходные данные, разработали специальные опросники, провели ряд итераций со специалистами атомных электростанций. Наша задача проанализировать различные сценарии интеграции и показать, что будет, если строить водородную станцию в поле, а что – при условии 100% интеграции в среду АЭС. Кроме того, мы рассматриваем разные варианты и коммуницируем при этом с АЭС. Если мы не можем интегрироваться в определенном месте, мы ищем другие возможности, проводим определенные исследования. Например, мы выбираем площадку, но оказывается, что строить водородную станцию на ней нельзя, поскольку там находятся системы охлаждения и это может нарушить тепловой баланс АЭС, тогда мы прорабатываем сухие градирни для охлаждения. АЭС не может дать сжатый воздух – технически подбираем компрессор. То есть нас интересуют только реалистичные сценарии для практической реализации.

Цель дорожной карты внедрения – подготовить один или несколько реальных пилотных проектов на реальных станциях в выбранных локациях с подключением к реальным системам энергоблоков АЭС. И это все, основываясь на результатах предыдущих рабочих пакетов, в которых определяются концепции, технологии производства, сценарии и уровни интегрирования водородных станций на АЭС, технических проработках и экономических расчетах, а также на возможностях и проблематике лицензирования размещения таких опасных объектов в пределах санитарно-защитных зон АЭС в максимальной близости к энергоблокам.

Последнему предшествует рабочий пакет, направленный на обеспечение коммуникации и взаимодействия с общественностью, в рамках которого мы создали веб-сайт для распространения информации и коммуникации. Также мы планируем проводить обучение и курсы в институтах и уже имеем запрос, чтобы на базе полномасштабного тренажера создать модель водородной станции.

– Расскажите о команде Energy Safety Group, которая работает над этим проектом

Постоянно над проектом работают 5 инженеров, но на отдельные задачи/ направления привлекаются специалисты дополнительно. Все в этом проекте, как и вообще в компании, опытные, амбициозные и профессиональные инженеры, которые имеют опыт работы в атомной энергетике или на атомных электростанциях. Кто-то строил или эксплуатировал АЭС, кто-то работал в Госатомрегулировании и ГНТЦ ЯРБ, поэтому внутри компании мы уже получаем определенную экспертизу. Именно опыт реализации разноплановых и сложных проектов строит нашу команду, на мой взгляд, – одну из лучших в отрасли.

– Как полномасштабное вторжение рф в Украину повлияло на работу компании в этом проекте?

Сразу после полномасштабного вторжения рф в Украину Евросоюз задал вопрос, будет ли наша компания продолжать работать в этом проекте дальше и остается ли лидером по направлению “Подготовка дорожной карты внедрения”.

До старта основных задач по направлению внедрения мы взяли паузу на полгода, чтобы понять, сможем ли мы работать и каким образом. Однако в компании с начала существования создана специальная облачная система управления проектами, что позволяет работать даже из Антарктики и объединять команды в разных странах. Это очень помогло нам во время пандемии COVID и помогает сейчас во время полномасштабной войны.

Наши офисы есть не только в Украине, но и в Чехии, Венгрии и Словакии. После 24 февраля 2022 года мы несколько добавили задач коллегам из чешского офиса, который помог прежде всего в коммуникации и дал возможность остаться в проекте, ведь в первые месяцы в Украине было трудно что-то делать и прогнозировать. Также это позволило снизить риски реализации проекта, связанные с отсутствием электроэнергии и интернета, необходимостью оставлять рабочее место во время воздушной тревоги и тому подобное. Хотя, конечно, есть и экофлоу, и старлинки. Отмечу, что в проекте работают военнообязанные инженеры, которые не могут выезжать за границу, поэтому чешский офис приобщается и к офлайн-совещаниям. Например, в октябре прошлого года была стартовая встреча в Европе, в конце сентября 2023 года – совещание в Германии с отчетом за год. Двое наших инженеров из чешского офиса принимали в нем участие, докладывали о результатах. Поэтому проект продолжается, европейские партнеры видят, что мы работаем, несмотря на войну.

Хочу отметить значительный вклад в проект оператора ГП “НАЭК “Энергоатом”, который очень внимательно подошел к сотрудничеству, создав рабочую группу с участием специалистов дирекции, АПИ, НТЦ и АЭС. На момент подачи заявки в проект NPHyСo мы рассматривали Запорожскую АЭС как пилотную, но после оккупации и акта ядерного терроризма мы не прекратили работу, а вместе со специалистами ГП “НАЭК “Энергоатом” выбрали другие АЭС. На сегодня мы уже получили значительный объем необходимых исходных данных, которые помогают в реализации дорожной карты внедрения, а также в работе над другими рабочими пакетами, которые ей предшествуют. Можно уверенно утверждать, что именно ГП “НАЭК “Энергоатом” является наиболее заинтересованным во внедрении водородных технологий среди всех операторов европейских атомных электростанций, плодотворно сотрудничает и участвует в заседаниях советников (advisory board meeting), на которых обсуждаются результаты проекта. То есть оператор видит за этим будущее, а не относится со скептицизмом.

Считаем, все это помогло, чтобы украинская компания и украинские АЭС остались в проекте. Мы доказали партнерам и Европейскому Союзу, что мы оставляем пилотные энергоблоки в Украине, заменив их на энергоблоки Ровенской и Хмельницкой АЭС, куда потом в первую очередь планируем имплементировать все наработки.

– Расскажите о первых результатах вашей работы в рамках этого проекта

Как я уже говорил, мы участвуем во всех рабочих пакетах проекта, потому что наша цель – не только научные исследования, но и практическое внедрение водородных технологий в будущем.

Первые результаты я пытался представить на конференции “Перспективы внедрения инноваций в атомную энергетику”. За год от начала проекта мы наладили коммуникацию с ГП “НАЭК “Энергоатом”, ведь нам нужно было получить исходные данные, разрешение для дальнейшей работы с операторами АЭС, дирекцией, Атомпроектинжиниринг, научно-техническим центром. Далее мы начали сотрудничать с партнерами по каждой из подзадач.

При поддержке ГП “НАЭК “Энергоатом” собраны исходные данные на Ровенской и Хмельницкой АЭС. Определены ресурсы, которые может предоставить атомная электростанция и которыми нужно обеспечить автономно. Проанализирована возможность лицензирования станций в пределах санитарно-защитных зон и тому подобное.

Учитывая то, что площадки Ровенской и Хмельницкой АЭС существенно отличаются, то нужно было проработать различные технические аспекты, ведь это европейский проект и матрицы, которые будут использоваться для выбора решений, должны быть применимы для любой АЭС в пределах Европы.

Вместе с участниками проекта выбрали 3 технологии электролизеров, продемонстрировали их принципиальные схемы операторам АЭС, при этом отсеяли решение по паровому электролизеру. Рассмотрели возможные сценарии внедрения водородных станций в среду атомных электростанций, проработав подключение к электрическим схемам АЭС, техническую документацию, включая анализ нормативно-правовых актов и определение изменений, которые необходимы в документации.

Мы столкнулись с тем, что нормативно-правовая база вообще не готова к внедрению водородных технологий. Речь идет не только об атомной энергетике, ведь мы рассматриваем, что водородная станция также будет относиться к объектам химической промышленности. В атомной отрасли есть определенные НПА (например, НП 306.2.106-2005 “Требования к проведению модификаций ядерных установок и порядка оценки их безопасности”), согласно которым мы должны разработать предварительный отчет по анализу безопасности с соответствующим обоснованием. Есть также требования к размещению объектов в санитарно-защитной зоне и использовании электрической энергии, в которых говорится о застройках, которые могут там размещаться, и в каких случаях может использоваться электроэнергия для хозяйственных и собственных нужд. Чтобы во время практической реализации не столкнуться с тем, что технология разработана, однако она не соответствует украинскому законодательству и нужны изменения в нормативно-правовой базе, то необходимо начать с этим работать уже сегодня.

Уже после получения расчетов по влиянию взрыва по оценке безопасности мы сможем подтвердить локации с подключениями и далее перейти к исследованиям, которые станут частью отчетов по анализу безопасности. То есть нам нужно осуществить не только детерминистическую оценку для каждого энергоблока отдельно, но и провести вероятностный анализ для всей площадки.

Важно также, что, кроме технической и экономической, проект содержит коммуникационную составляющую – рабочий пакет “Коммуникация, информирование и повышение осведомленности общественности”, ведь, когда речь идет о внедрении чего-то нового, особенно на действующих АЭС, то на всех уровнях есть определенный скепсис. Именно поэтому мы сотрудничаем с украинским оператором ГП “НАЭК “Энергоатом”, обмениваемся информацией, предоставляем результаты наших исследований, получаем обратную связь и тому подобное. Кроме этого, важным является информирование общественности, научного сообщества и работников энергетической отрасли. Для этого у нас запланированы различные активности, в частности доклады, публикации, обсуждения, обучение, что позволит получить ответы на вопросы по внедрению водородных технологий и влияния на их жизнь, безопасность АЭС и тому подобное.

– Вы уже упоминали водородные стратегии и имеете первые результаты проекта, по вашему мнению, какие перспективы в Украине в производстве водорода?

Европейские наработки в этой области являются рыночно образующими, правильными и очевидными, вытекают из потребностей настоящего и перспектив. Именно благодаря таким решениям есть инвестиции в разработки, позволяющие поддерживать и развивать научное сообщество, а компаниям экономического сектора создавать проекты.

Читая различные водородные стратегии, возникает впечатление, что Украина будет экспортером, который удовлетворит потребности многих европейских потребителей, особенно в Германии. Для того, чтобы поставлять значительные объемы необходимой энергии, нужно застроить украинские земли возобновляемыми источниками энергии, в частности ветровыми и солнечными станциями, или новыми АЭС, которые будут работать только для производства водорода. В этих случаях стоимость произведенного водорода будет значительно больше, чем в случае производства на действующих АЭС, но если будет покупатель, то почему нет.

Как атомщик я не большой оптимист относительно возобновляемых источников. Нужно сохранять баланс, оценивать все показатели и риски. Учитывая то, что мы прорабатываем строительство водородных станций возле АЭС мощностью примерно 45 МВт с возможным масштабированием, а водородные стратегии из возобновляемых источников содержат мощности в десятки ГВт, то очевидно, что конкуренция пока отсутствует. И это еще не идет речь о транспортировке и инфраструктуре потребления. Это вызов и сложная задача.

– Как этот проект и его результаты повлияют на развитие вашей компании и какие перспективы откроются для вас?

Во-первых, мы позиционируемся как компания, которая работает от инжиниринга до ввода в эксплуатацию. И среди партнеров имеем репутацию, что доводим проекты до конца. Поэтому нашей компании интересны проекты, в которых мы можем участвовать с этапа инициализации, и которые с большой вероятностью будут внедрены на украинских и европейских атомных электростанциях.

Во-вторых, мы привыкли сотрудничать с иностранными компаниями, что позволяет внедрять мировой опыт применения современных технологий на АЭС Украины. Этот проект предусматривает не внедрение имеющихся технологий и опыта, а участие с самого начала и до имплементации на конкретных АЭС с решением конкретных экономических, технических и лицензионных вопросов.

У нас уже есть опыт, когда в 2016-17 годах мы участвовали в программе ДТЭК по замене старых электролизеров и предоставляли свои услуги, включая инжиниринг и проектирование. Тогда мы осуществили замену электролизеров советского образца СЭУ-20 на Бурштынской ТЭС на электролизер европейского образца. Сейчас это единственный такой объект, где заменено советское оборудование, даже на атомных электростанциях еще работает СЭУ-20.

В-третьих, каждая компания – это прежде всего персонал, который работает, поэтому происходит развитие кадрового потенциала. Постоянное взаимодействие с другими партнерами помогает поддерживать квалификацию наших сотрудников, в частности, повышать уровень владения английским языком, что очень важно, учитывая то, что иностранная поддержка и внедрение иностранных технологий максимально увеличиваются.

Следовательно, это направление очень перспективное, иначе, мы бы им не занимались. Мир нацелен на замещение водородом ископаемого топлива, – именно об этом свидетельствуют государственные стратегии. И мы уже смотрим в будущее как компания, которая сможет воплотить проект на действующих АЭС Украины.

Редакция вебсайта Uatom.org