Хай би які суперечки не точилися щодо практичного боку застосування водню в енергетиці України, в частині передачі його по газорозподільним мережам випробування вже тривають і мають перші результати. “Регіональна газова компанія” відзвітувала про завершення першого етапу водневих випробувань на полігонах РГК у п’яти областях України, під час яких моделі газових мереж було випробувано на сумісність із воднем 99-відсоткової концентрації. 

Компанія також приступила до випробувань із газосумішшю 50-відсоткового водню. Наразі експеримент лише виявляє “тонкі місця” системи, однак за його фінальними підсумками має стати зрозуміло, як модернізувати мережу з урахуванням її майбутнього використання для прокачки газових сумішей з воднем або синтетичними газами. Про подробиці експерименту, а також про запобігання підвищеній небезпеці при використанні водню в ГРМ – у матеріалі “Української енергетики”.

Репортаж з І етапу випробувань можна почитати тут.

Кліматичні зміни диктують умови

 

Презентація Європейської водневої стратегії (EU Hydrogen Strategy) відбулася у Брюсселі в липні. За словами міністра закордонних справ України Дмитра Кулеби, ЄС сподівається на Україну як на одного з пріоритетних партнерів у постачанні водню до Європи.

EU Hydrogen Strategy є частиною Європейського зеленого курсу, у рамках якого ЄС планує щорічно скорочувати викиди СО2 на 100 млн тонн та до 2050 року відмовитися від викопних видів палива. Внутрішнє оподаткування викидів двоокису вуглецю в Україні може доповнитися введенням у ЄС у 2021-2022 роках нового механізму вуглецевого коригування імпорту. 

Як зауважив президент енергетичної асоціації “Українська воднева рада” Олександр Рєпкін, вуглецевий податок на імпорт має зрівняти правила гри для виробників з країн ЄС та поза його межами, та має стимулювати компанії знижувати викиди СО2, бо інакше вартість товарів підвищуватиметься при ввезені на ринки ЄС. “Нового збору українські виробники зможуть уникнути, якщо впроваджуватимуть кліматичні стандарти, аналогічні європейським”, – сказав він.

Чи можливо передавати водневі суміші по існуючим ГРМ

 

Це, безумовно, реально, вважає голова Експертної Ради з питань розвитку газової промисловості та ринку природного газу Леонід Уніговський. “Питання полягає, по-перше, у тому, яка концентрація водню в цих сумішах, по-друге, що треба зробити, щоби посилити безпеку постачання, і по-третє, коли і як будуть розроблені нормативні документи, які дозволять це робити в Україні”, – прокоментував він “УЕ”. Але при цьому експерт застережив, що це не буде завтра: “Об’єктивно я бачу застосування таких сумішей не раніше ніж у 2026- 2027 роках”. Він також зауважив, що для того, аби це відбулося навіть у названі терміни, треба пройти значну частину теоретичних та експериментальних досліджень і провести велику роботу вже зараз.  

Директор енергетичних та інфраструктурних програм Центру Разумкова Володимир Омельченко оцінює перспективи практичного застосування водневих сумішей у реальних ГРМ як далекі, наголошуючи на тому, що відповідне питання потребує глибокого вивчення на базі практичних випробувань. 

Перші підсумки експерименту

 

Якщо узагальнити результати з п’яти полігонів і 15 випробувань РГК, які вже проведені, можна сказати, що українські мережі наразі не герметичні для чистого водню. Негерметичність для водню спостерігалася на рівні зниження тиску в розмірі не менше ніж 2,5% на добу.

Про це розповів “УЕ” керівник водневого проєкту, директор департаменту стратегічного планування РГК Станіслав Казда. Варто нагадати, що ці висновки стосуються статичної фази експерименту на чистому водні (99%).

“Не всі матеріали ГРМ, які використовувалися при будівництві – а більшість мереж побудована 30-40 років тому і відповідає держстандарту (ГОСТ – рос.), а не європейським стандартам, які застосовуються сьогодні – можуть бути використані для водню чи газосумішей”, – зауважив він.

За інформацією керівника проєкту, протягом одного тижня на кожному полігоні втрачалося приблизно 50% тиску (46% за 14 днів). Отже, було втрачено близько половини обсягу чистого водню, який закачали в трубу. В динамічній стадії експерименту очікуються ще більші втрати.

“Були дві основні причини втрати газу, – пояснив Казда, – по-перше, класичні негерметичності на з’єднаннях. Але цим пояснюється лише частина падіння тиску. Деяка частина його зниження відбувалася за рахунок проникності водню матеріалами. Це означає, що або водень насичував собою матеріали, або матеріал труби насичував газ”.

“Підтвердилося наше припущення, що доведеться дещо змінювати архітектуру українських ГРМ у тому, що необхідно буде прибирати різьбові та фланцеві з’єднання, – зазначив він. – Проблематика ущільнення роз’ємних з’єднань обумовлена тим, що розмір молекули водню і його сумішей менше ніж природного газу, метану і домішок. Одним з основних моментів буде рішення про перехід на мінімальну кількість роз’ємних з’єднань. Їхня велика кількість може бути у майбутньому принциповою проблемою герметичності ГРМ не лише для сумішей водню, а й для синтетичних газів”.

Випробування триматиме довше

 

У випробуваннях буде глибоко досліджена взаємодія водню з матеріалом самої труби, а не лише з’єднань, на що потрібно набагато більше часу. Як зауважив пан Казда, особливої уваги потребують деякі матеріали, які відповідають ГОСТам і не мають при цьому аналогів у європейських нормах.

“Наразі готується методика експерименту, який почнеться до кінця року, – розповів керівник проєкту. – Вони триватимуть близько трьох років”. За інформацією компанії, планується дослідити вплив водню на певний матеріал через 1, 3, 6, 12 та 36 місяців за кількома параметрами, але основних буде два: у сталевих матеріалів - це вплив на внутрішню корозію при довготривалому використанні водню, а для поліетилену – насичення матеріалу воднем і вплив на крихкість матеріалу.

Йдеться, знову ж таки, про 99-відсоткову суміш водню. “Нам треба зрозуміти найбільш критичний варіант, адже розуміючи межу, можна вже буде працювати з меншими концентраціями”, – наголосив С. Казда.  

Основна проблема - вибухонебезпечність 

 

Можливість утворення воднем вибухонебезпечних сумішей робить його набагато небезпечнішим за природний газ. Витоки, які утворювалися під час експерименту, навмисно не усувалися (окрім тих, які загрожували безпеці експлуатації полігону), тому що було завдання встановити статистику втрат. У межах випробувань до рівня небезпечної концентрації втраченого водню практично не доходили, крім кількох випадків. До того ж полігон – це відкритий простір.

Але виникає питання щодо безпеки в умовах реальних мереж, у разі, скажімо, закритого простору або поза безпосередньої участі та пильного контролю з боку команди фахівців, як це відбувалося в полігонних умовах. 

Як розповів очільник водневого проєкту, по-перше, до початку запуску будь-якого обсягу водню в мережу необхідно буде провести масштабну кампанію по навчанню споживачів - аж до того, що кожен підпише документ про ознайомлення з ризиками роботи з таким видом газу, який є більш вибухонебезпечним через більш легке утворення небезпечної  концентрації і т.ін. На його думку, таке навчання буде повинна організувати держава, із залученням фахівців, здатних говорити з кожним і пояснювати складні речі зрозумілою мовою. Потреба у подібному навчанні не є особливістю лише України. 

По-друге, одна з основних вимог по експлуатації водню – датчики загазованості в кожному приміщенні, де буде встановлений споживчий прилад. “З моєї точки зору, єдиний варіант – це мати такі датчики з виводом на централізований пункт контролю, щоб ті передавали інформацію по загазованості, не чекаючи, поки хтось зателефонує”, – пояснює Казда. На його думку, це можуть бути датчики з виходом через GSM-мережі. Також розглядається застосування віддаленого клапана-відсікача поставки водню в конкретне приміщення.

“Необхідно розробити нову методику експлуатації, – узагальнює він, – і це є однією з наших цілей, зробити перший проєкт нових правил експлуатації ГРМ”. 

“Те що ми повинні навчитися з цим жити – це факт, резюмує Казда. – Те що проблем не буде на низьких сумішах 2-3-5% – це теж сьогодні вже зрозуміло. Те, що може бути проблема при великих обсягах водню - 20-30% – поки не підтверджено, але передбачається поява специфічних проблем, які потребуватимуть додаткових заходів”. При цьому він наводить європейський досвід, згідно з яким при концентрації водню у суміші до 10%-20% більшість мереж можуть працювати нормально. Більша концентрація вже потребує додаткових заходів безпеки.

Основні витрати спрямовуються на наукову частину 

 

Вартість експерименту до половини 2022 року, яку порахували в РГК, становить близько 1 млн євро. “Бюджет на ці три роки на більше ніж 100 експериментів – близько 30 млн грн, що відповідає 300 тис. грн на експеримент, – каже Казда. – Більшість коштів йде на наукові роботи, частина – на придбання водню, залишкова частина йде на технічні роботи на полігонах”.

У рамках проєкту з компанією співпрацюють українські інститути та їхні представники. Це Івано-франківський національний технічний університет нафти й газу, Інститут газу НАНУ, Інститут електрозварювання НАНУ, Фізико-механічний інститут НАНУ у Львові, Львівська політехніка та ін. ТОВ “Нафтогазбудінформатика” виступає координатором наукової частини. На науковий напрямок йде не менше 80% бюджету. 

Щодо вартості подальших етапів, у компанії сказати не взялися навіть орієнтовно, тому що при переході на “живі мережі”, треба буде привести ділянку у відповідність до вимог водню, і витрати залежатимуть від кількості кінцевих споживачів, труб і т. ін. 

Яке майбутнє чекає на ГРМ 

 

На думку керівника даного проєкту, перехід на чистий водень – це не химера, а цілком реальна ціль. “Ми почали зі 100% водню і будемо знижувати його рівень, аби зрозуміти, де та межа суміші, на якій українські ГРМ можуть працювати, –  сказав він, – Якщо в Європі кажуть, що їхні ГРМ можуть працювати на 10-20% без змін, то ми ставимо собі питання, на яких рівнях концентрації можуть працювати українські ГРМ”.

“Ми почали тестувати інфраструктуру на суміш 50% водню і 50% природного газу, щоб порівняти чистий водень із сумішшю з природним газом. Щоб зрозуміти, чи матиме водень мажоритарний вплив на поведінку труби, – розповів Казда. – Метрологічно експерименти вже в підготовці, їх будуть запускати до кінця цього року в польових лабораторіях. Конкретних результатів поки немає”.

“Наша мета – створити рекомендацію по стратегії переходу від існуючої ГРМ до ГРМ, готової передавати синтетичні гази”, – підсумував він. За словами Казди, для цього знадобиться великий набір експериментів, основна частина яких розрахована до половини 2022 року, і туди входить більше 100 випробувань на різних рівнях водню із симуляцією різних сценаріїв. Окрім низки технічних моментів потрібно зрозуміти питання хімічного складу газу.

“Один з принципових моментів – те, що в майбутньому в ГРМ відбуватиметься змішування різних видів газу і оператор ГРМ зрештою буде відповідальним за те, щоб надати безпечну суміш кінцевому споживачеві, і за те, щоб правильно порахувати енергетичну складову суміші, яка була передана, тому що облік буде не в кубах, а в одиницях енергії. – зазначив Казда. – Облгаз повинен розуміти, що входить у кожен конкретний будинок”.

На його думку, Україна унікальна тим, що має великий обсяг відходів з агропромисловості та інших відходів, які не спалюються, а просто викидаються. Плюс альтернативні джерела електроенергії, надлишкова енергія яких може використовуватися для виробництва водню. За певної підтримки цей напрямок може дуже швидко розвинутися.

“Є два шляхи: або Україна буде дотримуватися цього напрямку, щоби бути готовою до посилення обмежень викидів метану, або не буде робити нічого і чекати штрафів, зниження економічної оцінки держави і необхідності діяти терміново”, – сказав Казда.

При цьому аналітикиня DIXI Group Дарина Кулага зазначила, що розвиток сфери водню в Україні не обов’язково означає крок до кліматичної нейтральності. “Хоча безпосереднє використання енергії з водню не призводить до викидів парникових газів, його необхідно спочатку виробити, – сказала вона. – У процесі виробництва може використовуватись електроенергія з викопних джерел палива, ВДЕ та інших низьковуглецевих джерел, наприклад, енергії атому. Відповідно, водень може бути “сірим”, “зеленим” або “синім””. На думку аналітикині, ЄС не буде зацікавлений в імпорті “брудного” водню, тому Україні потрібно розвивати відновлювану енергетику. Виробництво «зеленого» водню могло би вирішити деякі проблеми, з якими стикається галузь ВДЕ, такі як брак маневрених потужностей та накопичувачів енергії. “Поки що в Україні пропонують задіяти атомні потужності для виробництва водню, що має право на життя в якості перехідного періоду, оскільки атомна енергія є низьковуглецевою”, – зауважила експертка.

З огляду на те, що система ГРМ зношена приблизно на 80%, фахівці РГК говорять про доречність модернізувати її з урахуванням використання мережі для передачі водневих сумішей в майбутньому. Низка досліджень, які наразі тривають, має зрештою дати розуміння, в якій пропорції можна використовувати водень в українських ГРМ та як перебудувати мережу, аби зробити таку експлуатацію безпечною.

Олеся Натха, спеціально для “Української енергетики”