Останні три роки багато країн заявляє про прийняття національних водневих стратегій. У березні 2021 року було представлено проєкт Дорожньої карти для виробництва та використання водню і в Україні. Наразі у Міністерстві енергетики за підтримки міжнародних партнерів розробляють Водневу стратегію України. Проте бізнес уже зараз представляє проєкти, які можуть зацікавити вітчизняних та іноземних інвесторів. В яких галузях девелопери пропонують розвивати "зелений" водень, дізнавалася "Українська енергетика"

 

Чому саме "зелений" водень?

 

Водень (Н₂) у вільному стані практично не зустрічається. Тому він не є прямим джерелом енергії, а, подібно електриці, виступає енергоносієм. На відміну від електрики, водень – джерело хімічної енергії.  Потенціал Н₂  проявляється у вигляді засобу накопичення енергії, особливо при використанні в нестабільних енергосистемах з використанням енергії сонця та вітру. Саме водень, який виробляється з ВДЕ, називають "зеленим", "чистим" або відновлюваним воднем.

У звіті "Майбутнє водню"  від Міжнародного енергетичного агентства (МЕА) йдеться, що "чистий" водень в даний час користується серйозною підтримкою з боку урядів і бізнесу по всьому світу, а кількість політик і проєктів швидко зростає.

За інформацією МЕА, є кілька напрямів використання водню. Основні галузі промисловості, що потребують значних об’ємів Н_2,: нафтопереробка; виробництво аміаку; метанолу та сталі. Наразі водень у промислових масштабах виробляється з використанням викопного палива, тому МЕА наголошує на потенціалі скорочення викидів за рахунок переходу на "чистий" водень.

На транспорті конкурентоспроможність автомобілів на водневих паливних елементах залежить від вартості паливних елементів і заправних станцій, а також вартості доставки самого водню, пояснили в МЕА. При цьому, судноплавство й авіація мають обмежені варіанти використання низьковуглецевого палива, що відкриває можливості для водневого палива.

У будівлях водень можна використовувати у сумішах з природним газом, експлуатуючи існуючі мережі. Найбільший потенціал – у багатоквартирних і комерційних будівлях, особливо у густонаселених містах, в той час як більш довгострокові перспективи можуть включати пряме використання водню у водневих котлах або паливних елементах.

Важливу місію, як відмічають аналітики МЕА, виконує водень у виробництві електроенергії. Водень – один з провідних варіантів зберігання відновлюваної енергії, а водень і аміак можна використовувати в газових турбінах для підвищення гнучкості енергосистеми. Аміак можна також використовувати на електростанціях для спільного спалювання з вугіллям, хоча ці технології ще у зародку.

Ці доводи розділяють розробники проєкту Дорожньої карти для виробництва та використання водню в Україні. Фахівці вважають, що масштабне виробництво та використання водню в Україні у комплексі з потужним розвитком відновлюваної енергетики дозволить декарбонізувати енергетичний сектор, інфраструктурну  галузь та промисловість. 

Увагу міжнародній водневій економіці приділяють і українські промисловці. Наприклад, влітку 2020 року ДТЕК першою з українських компаній  приєдналася  до асоціації Hydrogen Europe. Асоціація обіцяє в найближчі пару років організувати пілотний проєкт з використанням водню для подальшого розвитку технології. Наразі Hydrogen Europe об’єднує 27 національних асоціацій та більш як 260 компаній.

Крім того, зацікавлення з боку європейських інвесторів  "зеленим" воднем активізувало українські компанії, які займаються девелопментом об’єктів генерації енергії з ВДЕ. Наразі вони працюють над розробкою пропозицій для інвесторів щодо застосування відновлюваного водню для енергетики і промисловості.

 

Перший водневий проєкт українських дослідників

 

Цікаво, що перший вітроводневий комплекс в Європі мав запрацювати  в Україні ще в 1994 році. Це був дослідницький проєкт науковців Київського політехнічного інституту (КПІ). 

Член-кореспондент НАНУ, директор Інституту відновлюваної енергетики НАН України Степан Кудря розказав, що 27 років тому в пілотному вітропарку з восьми вітрогенераторів загальною потужністю 160 кВт на науково-дослідному полігоні "Десна" КПІ науковці досліджували різні системи акумулювання.

Вчені випробовували лужні та кислотні акумулятори, а також вивчали схеми акумулювання на основі водневих технологій.  Електролізер для отримання водню було виготовлено у Харкові. Обладнання експериментального вітроводневого комплексу мало підтримувати стабільне енергозабезпечення з ВДЕ. Потужність установки мала задовольнити потреби локального споживання - кількох лабораторних споруд. 

На жаль, пілотний проєкт з відновлюваного водню не змогли запустити в Україні. Тодішнє керівництво НАНУ в останній момент відмовилось від ідеї, аргументуючи невизначеністю, на їх думку, рівня безпеки водневого проєкту.

Але розробка зацікавила Данський центр з відновлюваної енергії Folkecenter, де також досліджували комплексне використання ВДЕ.

"Ми запропонували втілити станцію на базі їх центру. Це був перший досвід роботи електролізера з вітрогенератором, тобто перша в Європі вітроводнева станція, – розказав Степан Кудря. – Українські спеціалісти поставили для неї електролізер та виконали монтаж установки".

  

Перша в Європі вітроводнева станція у Фолькецентрі . Джерело – ive.org.ua

Науковці продовжують активно працювати над практичними водневими технологіями. Наприклад, зараз спеціалісти ІВЕ НАНУ досліджують використання трекерних сонячних установок для приватних будинків, які у комплексі з водневими рішеннями для акумулювання енергії дозволяють вирішувати задачі автономного енергозабезпечення.

За розрахунками експертів НАНУ, Україна має значний природний потенціал для виробництва енергії з ВДЕ, що дозволяє виробляти відновлюваний водень. Загальний потенціал середньорічного виробництва "зеленого" водню становить близько 505 млрд кубометрів.

 

Розподіл потенційного середньорічного виробітку відновлюваного водню в Україні. Джерело – ІВЕ НАНУ 

Представлені дані свідчать, що територія України може стати майданчиком для виробництва відновлюваного водню не тільки для власних потреб у чистій енергії, але й для експорту на ринок Євросоюзу. 

Щодо сучасних перспективних промислових  проєктів, Степан Кудря розповів, що на Одещині обирають майданчик для побудови електролізного заводу. Установка зможе виробляти відновлюваний водень на експорт в комплексі з майбутньою офшорною ВЕС у Чорному морі. На думку вченого, дуже цікава розробка представлена також  у пілотному проєкті на Рівненщині, де на промисловій вітростанції планується виробництво водню для отримання "зеленого" аміаку.

 

Пілотний проєкт "вітер-водень-аміак"

 

Вітровий проєкт з виробництва "зеленого" водню в Україні, потужності якого побудують на півночі Рівненської області, анонсували у квітні 2021 року. Під час конференції  "Перехід від "зеленого" тарифу до ринкових умов" проєкт представила компанія MCL, яка займається розробкою об’єктів генерації електричної енергії з ВДЕ.  

Реалізацію проєкту саме в форматі "вітер-водень-аміак" фахівці презентували, як вирішення проблем, пов’язаних з балансуванням, диспетчерськими обмеженнями та реалізацією переходу ВДЕ-генерації від "зеленого" тарифу до ринкових умов.

Майбутній вітропарк "Володимирець" складатиметься з 12 інноваційних вітротурбін по 6 МВт кожна, загальною потужністю 72 МВт. Генератори буде розташовано біля села Довговоля Вараського району Рівненської області. Спеціалісти MCL інформують, що прогнозоване виробництво електроенергії складатиме біля 230 ГВт-год на рік.

Обслуговування вітровимірювальної щогли в с. Довговоля, фото Миколи Герасименка

За допомогою електричної енергії, яку вироблятимуть вітрогенератори, воду в промислових електролізерах розподілятимуть на кисень та водень. Далі отриманий "зелений" водень планують зріджувати та транспортувати споживачам.

Наразі девелопери проєкту проводять техніко-економічні розрахунки виробництва "зеленого" водню, а саме обирають тип та потужність основного (електролізеру) та інфраструктурного технологічного обладнання (в т.ч. системи накопичення та зберігання електроенергії), триває вибір земельної ділянки з урахуванням оптимальної логістики. 

Оскільки процес електролізу потребує значних обсягів води, наразі у двох потенційних локаціях, де планується розміщення майбутнього заводу, проводять гідрогеологічні дослідження запасів підземних вод.

Концепція проєкту передбачає 100%-у реалізацію "зеленого" водню. Таким партнером може бути, наприклад, ПАТ "Рівнеазот". Крім одного з основних українських підприємств із виробництва аміаку та аміачних добрив, споживачами водню можуть стати інші галузі промисловості, у тому числі і  ГТС України.

Фахівці компанії інформують, що розробку проєкту дільниці з виробництва "зеленого" водню проводять спільно з представниками кількох європейських компаній, що працюють у цій галузі. Це дозволить перейти від теорії до вже реалізованої практики.

"Пакет будівництва вітропарку вже готовий. Зараз проводимо розрахунки ТЕО для дільниці з виробництва "зеленого" водню. Наразі перед нами важливий етап залучення стратегічного партнера для співфінансуванню даного проєкту", –  уточнив Микола Герасименко, керівник MCL.

За оцінками спеціалістів компанії MCL, впровадження проєкту має відбутися протягом 2023-2025 років. Реалізація пілоту передбачається із залученням  іноземного капіталу, тому команда активно працює над пошуком інвестиційних партнерів. Наразі проєкт реалізується за власні кошти MCL. 

Перед встановленням вітротурбін на території парку "Володимирець" проводяться орнітологічні дослідження. Фото Миколи Герасименка

Розробники наголошують, що реалізація пілотного проєкту знизить фінансове навантаження на держбюджет за рахунок повного відходу від "зеленого" тарифу та забезпечить додаткові податкові надходження за рахунок міжнародних інвестицій та діяльності об’єкту. Зважаючи на це, девелопер очікує на державну підтримку проєкту в форматі лояльного законодавчого підґрунтя в майбутній "водневій" галузі та відсутності бюрократичних процесів під час отриманні необхідної дозвільної документації.

За словами керівника MCL, виробництво аміаку з відновлюваного водню має економічну доцільність і з точки зору оптимальної логістики, і високого попиту на аміак як сировини для виробництва органічних добрив.

Як повідомив Микола Герасименко, реалізація даного мультиформатного проєкту "вітер-водень-аміак" забезпечить інвестиції в галузь ВДЕ, надходження додаткових податків до державного та місцевого бюджетів, зменшить вплив на довкілля через скорочення викидів парникових газів. Крім того, екологізація процесу виробництва дозволить експортувати аміак, аміачні добрива та сільськогосподарську продукцію на ринки Європейського Союзу навіть після введення прикордонного вуглецевого податку з 2023 року.

"Введення прикордонного вуглецевого податку ЄС – важливе питання, оскільки вся продукція, що експортується з України в ЄС буде додатково оподатковуватися з розрахунком до викидів СО₂ під час її виготовлення, – прокоментував актуальність проєкту Микола Герасименко. – Очікування ринку говорять, що цей податок буде складати 40-50 євро за тонну викидів СО₂. Саме неготовність до нових умов української промисловості та сільськогосподарського виробництва, може стати своєрідним "холодним душем" для української економіки. Тому розробником проєкту був обраний саме такий механізм його реалізації".

 

Пілотний проєкт "сонце-водень-аміак"

 

Експерт у водневій енергетиці, директор ТОВ "Аргус Сервіс" Максим Сагдієв пропонує інвесторам розглянути проєкт сонячної станції потужністю до 125 МВт в Херсонській області. 

Мета проєкту – виробництво "зеленого" водню на півдні України за рахунок власної сонячної генерації та його постачання до ЄС та на внутрішній ринок.

Знайомство Максима Сагдієва з воднем відбулось три роки тому, спочатку у вигляді транспортного палива. В 2018 році він встановив світовий рекорд швидкості в США на соляному озері Бонневіль на мотоциклі ІЖ-49 з використанням бензину. Потім, за його словами, захотів спробувати для змагань більш прогресивне пальне і переобладнав мотоцикл на водень.

Соляне озеро Бонневіль (США), керівник Групи компаній "Аргус Сервіс" Максим Сагдієв з мотоциклом, переобладнаним згодом на водневе пальне. Джерело – фото автора

Згодом інженер-винахідник познайомився з фахівцями з водневих технологій Інституту матеріалознавства ім.Францевича НАН України. За три роки ентузіаст так занурився в тему водню, що зараз приймає участь в роботі Технічного комітету стандартизації 197 "Водневі технології", пише наукові статті про водневу енергетику та зібрав разом з головним партнером Сергієм Міроновим команду професіоналів, яка розробляє проєкти впровадження в економіку "зеленого" водню.

Інвесторам пропонується розглянути сонячний парк на площі 223 га в Херсонській області, з можливістю масштабування на подальших стадіях проєкту до 766 та 1500 га. Цей регіон характеризується достатньою інсоляцією (близько 1500 кВт-год на кв. м на рік) без високих температур. 

На першому етапі проєкту розробники пропонують виробляти електроенергію на СЕС потужністю від 100 МВт. За оцінками спеціалістів, електролізер на 50 МВт дозволить виробляти 6150 тонн "зеленого" водню на рік. 

Для транспортування газоподібний водень пропонують перетворювати в рідкий стан: аміак або толуол. Завод розташований недалеко від логістичних центрів, що забезпечує оптимальну доставку як до ЄС, так і на внутрішній ринок.

Візуалізація заводу з виробництва "зеленого" водню на півдні України за рахунок власної сонячної генерації. Джерело – "Портал водневих технологій"

Всі етапи виробництва, транспортування та доставки "зеленого" водню клієнту розробники збираються контролювати за допомогою блокчейну – прозорої технології управління за допомогою розподілених реєстрів.

Для транспортування "зеленого" водню компанія пропонує різні рішення: у газоподібному чи скрапленому стані, перетвореним на аміак (NH3) чи збереженим в рідких органічних носіях (LOHC). Компанія пропрацювала технологічні та економічні показники для всіх трьох варіантів, деталі надає інвесторам по запиту. Фахівці ТОВ "Аргус Сервіс" оцінюють "зелений" аміак як оптимальний водневий носій.

Крім того, фахівці пропонують масштабування проєкту зі 100 МВт СЕС на першому етапі, до 300 і 600 МВт на другій і третій стадіях проєкту з потужностями еліктролізерів 150 і 300 МВт відповідно. За рахунок масштабування розробники прогнозують знизити вартість продукту до 30%. 

У компанії впевнені, що поєднання передових технологій, що використовуються, повний ланцюжок створення виробництва "зеленого" водню, масштабованість зроблять проєкт економічно цікавим для інвесторів.

Вартість проєкту "зеленого" водню починається від 3,2 євро за кг на ранніх стадіях і знижується до 2,3 євро за кг на третій стадії масштабування", – запевняють розробники. 

Наразі завод з виробництва "зеленого" водню/аміаку знаходиться на стадії проєктування. Підібрано основне обладнання і виконано розділ ТЕО.

Максим Сагдієв ділиться спостереженнями щодо зростання уваги ринку до водневих рішень.

"Є зацікавлення з боку інвесторів. Перемовини ведемо одночасно з кількома компаніями. Всі теми, що ми обговорюємо, торкаються водневих технологій і проєктів", – уточнив керівник інжинірингової групи "Аргус Сервіс". 

 

Домашнє завдання для розвитку водневої економіки

 

Розробники проєктів з виробництва відновлюваного водню вважають, що Україна має активно готуватись до впровадження водневої енергетики. 

"Україна з воднем працює більше 100 років. Зараз прийшов час модернізувати технології і впроваджувати водневі технології для нових потреб. Їх нескінченна кількість, а наші спеціалісти креативні і технічно грамотні, – впевнений Максим Сагдієв. –  У нас достатньо можливостей для впровадження водневих технологій, а саме у металургії, на транспорті, в енергетиці, у фармації, нафтопереробці, харчовій промисловості".

Микола Герасименко наголосив, що водневий напрям дуже перспективний, зважаючи на світові тенденції екологізації бізнесів.

"Впровадження водневих проєктів дозволяє  диверсифікувати залежність українських виробників від природного газу, а також зменшить вартість української продукції на ринках ЄС з урахуванням вуглецевих мит", – нагадує він.

Директор Інституту відновлюваної енергетики НАН України Степан Кудря вважає, що для розвитку галузі країні необхідна довгострокова програма. Наразі для розробки Водневої стратегії України Міненерго залучає фахівців його інституту, а також представників Української водневої ради та Держенергоефективності. 

Степан Кудря прогнозує, що за умови сприятливої державної політики Україна здатна виробляти 1 млрд кубометрів відновлюваного водню до 2030 року, а до 2040 року цей показник може зрости до 5 млрд кубометрів.

"Науковці нашого інституту постійно вивчають потенційні можливості з виробництва водню. Українська воднева рада займається просуванням інтересів України в європейській енергетичній спільноті. Завдяки цій профільній асоціації нам вдалось представити наш звіт в європейській асоціації Hydrogen Europe, яка виділила на Україну 10 ГВт потужностей для встановлення електролізерів", – додав Степан Кудря.

Серед нагальних завдань експерт називає роботу над водневим законодавством. Степан Кудря інформує, що Інститут відновлюваної енергетики та Українська воднева рада виступили із законодавчою ініціативою інтеграції водневих і енергетичних рішень до законодавчої бази України. "Нормативна база по водню у нас на "нулі". Україні необхідно адаптувати 67 європейських стандартів", – уточнив науковець.

У свою чергу розробники проєктів також очікують на державну підтримку у вигляді гармонізованого з європейськими нормами законодавства та прозорих правил під час отримання необхідної дозвільної документації.

Лариса Білозерова, спеціально для "Української енергетики"