Фото: Кольская АЭС

О водородной энергетике

На промышленной площадке Кольской АЭС в ближайшие годы планируется возведение стендового испытательного комплекса (СИК) по производству водорода. Это необходимо для того, чтобы «обкатать» процесс его получения посредством нового электролизёра. Всё понятно, но возникают вопросы: почему, зачем и для чего это нужно? Давайте разбираться.

Начнём с самого начала, откуда, что называется, дует ветер. Самой главной причиной обратить пристальное внимание к водороду, как к альтернативному источнику энергии, стало глобальное изменение климата, и это серьёзная проблема для нашей планеты.

Многие страны озаботились тем, как уменьшить выбросы парниковых газов в атмосферу. Одним из способов борьбы с изменением климата стал активный поиск технологий, которые не загрязняют окружающую среду.

Возможность использования в качестве экологически безопасного энергоносителя в виде водорода стало импульсом для развития нового слова в энергетике. Так появилось понятие «водородная энергетика».

Сказать откровенно, её история началась ещё в первой половине 19-го века. Именно тогда был создан прототип водородного топливного элемента, что стало экспериментальным доказательством возможности его использования для выработки энергии. Тем не менее практического применения водорода в энергетике пришлось ждать целое столетие.

 

Что такое водородная энергетика?

Это технология производства энергии с помощью водорода. Водород может быть использован для получения электричества или как топливо для различных видов транспорта.

Принцип работы водородной энергетики заключается в процессе электролиза воды, в результате которого выделяется водород и кислород. Водород затем может быть использован в топливных элементах, которые конвертируют химическую энергию в электрическую.

Помимо экологического преимущества в виде сокращения выбросов углекислого газа и снижения загрязнённости воздуха в городах, водородная энергетика также позволит уменьшить зависимость от нефти и газа, что тоже немаловажно.

Преимущества водородной энергетики включают высокую эффективность, низкую стоимость топлива и отсутствие выбросов вредных веществ в атмосферу.

Транспорт является одной из наиболее перспективных отраслей, где можно использовать водород в качестве топлива. На данный момент уже существуют автомобили, поезда и даже летательные аппараты, работающие на водороде.

Промышленность также может использовать водород для производства электричества, хранения энергии и производства удобрений. В жилых зданиях водород может быть использован для отопления и горячего водоснабжения. Это позволит значительно уменьшить выбросы вредных веществ и зависимость от нефти и газа.

 

Технологический лидер

Сегодня Росатом выступает одним из технологических лидеров водородных проектов. Госкорпорация утвердила свою стратегическую программу развития этого направления. Уже сейчас реализуются проекты по производству водорода и водородному поезду на Сахалине, а также по созданию стендового испытательного комплекса по производству водорода на Кольской АЭС.

Очевидное конкурентное преимущество РФ в данном направлении – дешевизна электроэнергии и воды, которые необходимы для производства этого химического элемента.

За многие десятилетия в Росатоме накоплен большой научно-технологический потенциал, который позволяет решать самые сложные задачи. В госкорпорации разработана и сделана новая электролизная установка по производству водорода в контейнерном исполнении, которая, кстати, будет использована на стендовом испытательном комплексе по производству водорода на Кольской АЭС.

Что касается Сахалина, то там корпорация уже приступила к созданию «водородного кластера». В него войдут общественный транспорт на водороде, заправочная инфраструктура, производственные мощности по изготовлению и сжижению водорода.

Полученный водород в объёме до 100 тысяч тонн в год пойдёт на экспорт в Японию и Южную Корею. Для этого потребуется от 450 до 550 мегаватт мощности. Поэтому Росатом уже рассматривает вариант установки на Сахалине модернизированных плавучих энергоблоков с ядерными реакторами по 100 мегаватт.

Мало того, специалисты «Центротеха» (предприятие топливного дивизиона Росатома) разработали и испытали опытные образцы металлокомпозитных баллонов разного объёма для хранения и транспортировки водорода с рабочим давлением 700 атмосфер.

Эксперты прогнозируют, что к 2030 году потребление водорода вырастет в 3-5 раз, и композитные баллоны сверхвысокого давления будут стандартным и общепринятым решением для хранения водорода. В целом, использование водорода как источника энергии имеет большой потенциал для создания устойчивой и экологически чистой энергетической системы в будущем.

Кольская АЭС — единственная атомная станция России, которая примет непосредственное участие в реализации новой энергетической повестки — строительстве стендового испытательного комплекса и получении водорода.



В 2021 году атомная станция выбрана пилотной площадкой для создания стендового испытательного комплекса (СИК) по производству водорода. Выбор Кольской АЭС неслучаен, для этого существует несколько объективных причин: наличие значительного резерва по электроэнергии, её низкая стоимость (кстати, самая низкая в Европе), а также наличие всей необходимой инфраструктуры и опыта по производству водороду.

Кольская АЭС не раз становились пилотной площадкой для реализации разных инновационных проектов. С возведением СИК будет создана целая система обращения с водородом в промышленных масштабах — его получение, сжатие, хранение и транспортировка.

«Площадка для строительства определена. На сегодняшний день закончена разработка проекта стендового испытательного комплекса, — комментирует заместитель директора по развитию Игорь Маракулин. — На данном этапе проект проходит проверку, затем отправится на госэкспертизу, в том числе и экологическую. Первая часть экспертизы — рассмотрение и учёт воздействия комплекса на окружающую среду и общественные слушания по этому вопросу пройдут в марте 2024 года. Следующий шаг — заказать для нашего комплекса оборудование длительного цикла изготовления (продукция, срок изготовления которой в соответствии с технологией её производства составляет более шести месяцев). Мы планируем это сделать в текущем году. Генеральный директор концерна «Росэнергоатом» Александр Шутиков не так давно принял решение о реализации проекта сооружения стендового испытательного комплекса в два этапа. На первом этапе устанавливается только один электролизёр и создаётся в полном объёме вся остальная инфраструктура СИК. Электролизная установка в рамках первого этапа для нас разработана и уже изготовлена в рамках выполнения НИОКР на предприятии «НПО «Центротех» в городе Новоуральске Свердловской области. Это предприятие топливной компании Росатома «ТВЭЛ». Как вы понимаете, производство наше, российское. После полного цикла заводских испытаний и сертификации агрегат производительностью по водороду 50 Нм³/ч будет отправлен к месту своей новой «прописки» — на Кольскую АЭС. Эти работы мы планируем завершить к концу 2025 года».

По словам Игоря Владиславовича, второй этап будет завершён к концу 2027 года. Что в него входит? Установка ещё трёх электролизёров и доведение производительности СИК до проектных 200 Нм³/ч. Так как на первом этапе полностью будет выполнен весь инфраструктурный «ансамбль» комплекса, то заказать, привезти, установить и подключить к сетям ещё три электролизные установки не составит большого труда.

«Особо отмечу экологичность нового комплекса, — продолжает Игорь Владиславович. — В нём нет ничего, что может привести к загрязнению окружающей среды даже при каких-либо нештатных ситуациях. Судите сами: электролизёры работают исключительно на воде. Никаких едких и вредных щелочей, как это было раньше или ещё каких-либо опасных веществ мы не используем. Напомню, наши новые электролизные установки производят водород с использованием отечественных инновационных анион-проводящих мембран, где помимо воды нужна ещё только электроэнергия. Продукт, который мы производим — водород, а продукт побочного действия, который сбрасываем в атмосферу — кислород. Это абсолютно чистое «зелёное» производство, и первый чистый водород планируем получить по окончании первого этапа».

Игорь Владиславович рассказал, что водород, который необходимо произвести посредством новых электролизёров, должен быть ещё чище того, который мы получаем для охлаждения работы турбогенераторов атомной станции — 99,9% и 99,999%.

Казалось бы, какая в этих цифрах принципиальная разница? На взгляд простого обывателя — никакой. А вот с профессиональной точки зрения — разница огромная.

Дело в том, что для охлаждения турбины повышенная чистота водорода ни к чему, а для водородной энергетики, точнее для потребителей водорода в виде энергоносителя, это архиважно. Мало того, чистота в 99,999% определена по ГОСТу. Поэтому в новых электролизных установках в обязательном порядке чистота водорода на выходе будет проверяться стационарным хроматографом.

Чтобы более подробно узнать, что из себя будет представлять будущий стендовый испытательный комплекс по производству водороду_, мы обратились к инженеру отдела капитального строительства Владимиру Стугареву.

«В инфраструктурный «ансамбль» комплекса войдут четыре электролизёра, два ресивера (сосуды для накопления газа) с азотом для обеспечения безопасности работающих систем (продувки), — перечисляет Владимир Викторович. — Азот, кстати, мы будем брать собственного производства, который выдаёт азотно-кислородная станция Кольской АЭС. Продолжаем: один ресивер с водородом, модульное диспетчерское здание, две компрессорные установки для сжатия водорода в контейнерном исполнении, склад для хранения баллонов с водородом и небольшая постройка для поста контроля готовой продукции (товарного водорода). Там установят хроматограф для контроля чистоты получаемого водорода. Вся площадка СИК будет освещена по периметру и защищена металлическим ограждением, оборудование защищено молниеотводами. Естественно, без коммуникаций нам не обойтись. Будут проложены трубопровод, по которому пойдёт азот, канализация, водопровод, электрические кабели, а также сети связи и пожарной безопасности. Следует отметить, что всё основное оборудование будет выполнено в транспортабельном исполнении, что позволит, при необходимости, легко сменить площадку размещения СИК. Работа в этом направлении уже идёт».