Влітку 2020 року в ЄС презентували водневу стратегію – довгостроковий план розвитку енергетичного сектору країн континенту з курсом на низьковуглецеву економіку.

Хорошою новиною для України є те, що Єврокомісія розглядає Україну як одного з ключових партнерів у виробництві і транспортуванні водню.

А це – інвестиції у чисті джерела енергії, нова ніша для експорту, наповнення бюджету, зменшення впливу на природу, енергетична та політична незалежність від Росії.

Також це означає, що в перспективі українські споживачі газу повинні готуватися до можливого переходу на газо-водневі суміші або навіть чистий водень.

Українські газотранспортні компанії повинні готувати інфраструктуру для його транспортування, зважаючи на всі особливості водню. Такі дослідження в Україні вже почалися і триватимуть найближчі кілька років.

Водневий потенціал України

Оскільки йдеться про "зелений" водень, то цифра чітко прив'язана до потужностей відновлювальних джерел енергії в Україні.

За інформацією ПрАТ "НЕК "Укренерго", встановлена потужність ВДЕ лише за рік зросла у два рази (з 2,9 ГВт у червні 2019 року до 5,8 ГВт у червні 2020 року), а в кінці листопада 2020 року перевищила 6,3 ГВт.

У той же час, за повідомленнями "Укренерго", енергетична система України може прийняти близько 3 ГВт енергії з відновлюваних джерел без наслідків. Через це ще на початку року компанія не раз вдавалася до обмежень генерації ВДЕ.

При цьому держава все одно зобов'язана платити виробникам за енергію з ВДЕ за "зеленим" тарифом, що створило дисбаланс між обсягом енергії ВДЕ та часткою грошей, які вона забирає з ринку.

Усе це влітку 2020 року спричинило кризу неплатежів. Навіть після часткового врегулювання проблеми шляхом укладання меморандуму борги продовжують накопичуватися. 9 грудня сума боргу становила майже 23 млрд грн.

У такій ситуації складно говорити про подальше збільшення частки ВДЕ, що є обов'язковою умовою для генерації "зеленого" водню.

Утім, якщо переорієнтувати потужності ВДЕ на генерацію водню, то це нівелює вплив нових потужностей на енергосистему України та, за умови інвестиційної привабливості сектору, дозволить збільшити обсяги чистої генерації в десятки разів.

Наприклад, у деяких країнах ЄС створюють вітропарки та сонячні електростанції спеціально для генерації водню. В Україні поки немає навіть у планах жодного об'єкта ВДЕ, який би генерував електроенергію спеціально для електролізних установок. 

Однак потенційно такі об'єкти можна будувати без шкоди для природи на узбережжі та в мілководному Азовському морі, на шельфі Чорного моря. Великий потенціал мають дахові сонячні електростанції.

У 2019 році вчені з Інституту відновлюваної енергетики НАНУ спільно з Українською водневою радою та Українським інститутом майбутнього презентували "Атлас енергетичного потенціалу відновлюваних джерел енергії України 2019".

У цьому дослідженні автори вперше розрахували можливі обсяги виробництва "зеленого" водню в Україні.

За їх оцінками, Україна має технічний потенціал для створення 500-700 ГВт потужностей на базі відновлюваної енергетики, що може забезпечити виробництво близько 500 млрд куб м (45 млн тонн) водню.

Екологічний і дуже дорогий

Цифри щодо потенціалу виробництва водню красиво виглядають лише в теорії. Однак на практиці створення таких генеруючих потужностей потребує значних капіталовкладень, що навряд чи можна реалізувати в найближче десятиліття.

Вартість водню залежить від багатьох факторів – навіть якщо брати до уваги лише виробництво з відновлювальних джерел енергії. Це, зокрема, ККД установок ВДЕ, який щороку росте, а вартість обладнання знижується.

Ринок електролізних установок тільки почав розвиватися, тому складно прогнозувати динаміку їх ефективності та вартості на найближче десятиліття.

До прикладу, різке здешевлення сонячних панелей за десять років зробило сонячну енергію доступнішою та дешевшою за деякі традиційні види енергії, якщо враховувати середню собівартість упродовж всього терміну служби.

За даними IRENA, у 2019 році вартість енергії, виробленої за допомогою сонячних панелей, впала на 82% порівняно з 2010 роком.

Завдяки масовості, державній підтримці та швидкому розвитку технологій вартість водню до 2050 року може знизитися значно суттєвіше, ніж прогнозується нині.

У звіті Міжнародної ради з чистого транспорту (ICCT) дослідники розглянули кілька сценаріїв генерації водню з різних "зелених" джерел та із застосуванням різних способів електролізу.

За найбільш оптимістичним сценарієм (підключення електролізерів напряму до ВДЕ), до 2050 року середня вартість виробництва водню у США знизиться з теперішніх 10,61 дол за кг до 5,97 дол за кг, а мінімальна ціна впаде з 4,56 дол за кг до 2,44 дол за кг.

У Європі мінімальна ціна буде ще нижчою – 2,23 дол за кг при теперішніх 4,06 дол за кг, а середня ціна знизиться з 19,23 дол за кг до 10,02 дол за кг.

У дослідженні також були проаналізовані останні прогнози, зроблені BloombergNEF, Міжнародним енергетичним агентством (IEA) та Міжнародним агентством з відновлюваних джерел енергії (IRENA).

Наприклад, BloombergNEF очікує, що ціна на "зелений" водень впаде до 1,4-2,9 дол за кг до 2030 року та до 0,8-1 дол за кг до 2050 року.

"Ці цифри ігнорують системні витрати, пов'язані із створенням установок для електролізу. Вони зосереджуються тільки на капітальних витратах електролізера і витратах, пов'язаних з купівлею електроенергії та води", – підкреслили в ICCT.

Виробити більше, ніж спожити

Для власних потреб Україні потрібно небагато водню. Розглянемо варіант часткової заміни природного газу воднем.

Загальний обсяг споживання газу в Україні – близько 30 млрд куб м. Близько половини припадає на споживання населенням (15,4 млрд куб м у 2019 році).

Повністю замістити природний газ воднем для населення неможливо з технічних причин. Для цього потрібно модернізувати не лише газотранспортну інфраструктуру, а й побутові прилади.

Більш імовірним варіантом є використання газо-водневих сумішей, для яких можна використовувати існуючу мережу.

Як показали дослідження, які проводила в Україні компанія РГК, максимально допустимою з точки зору безпеки при використанні на побутових газових приладах може бути 30-відсоткова частка водню в метані. Оптимальним є 20-відсоткове співвідношення.

Стан українських мереж низького тиску потребує ретельного вивчення та модернізації.

За словами директора із стратегії розвитку РГК Станіслава Казди, металеві газопроводи, які будувалися після 1995 року, можуть працювати з воднем. Проте є багато технічних нюансів щодо діаметра, товщини стінки і якості монтажу, а це проблема того часу. Тому можливо використовувати лише частину мереж.

"На жаль, ми не можемо сказати, що все, що побудоване після 1995 року, придатне до використання. Нам доведеться провести обстеження кожної ділянки перед запуском водню", – зазначив він.

Однак в Україні є мережі, які будувалися ще до 1945 року, для яких потрібні кардинальні рішення.

Доставляти водень населенню в Україні газовими мережами можна буде за п'ять-десять років. Для цього потрібно зробити відокремлені ділянки мереж та ретельно їх перевірити.

В інших країнах теж вивчають перспективи водню для опалення житлових будинків.

У Великобританії реалізовують проєкт щодо використання газової суміші з 20% водню для опалення університетського містечка.

У Нідерландах ввели в експлуатацію перший у світі побутовий котел для опалення житлового будинку, що працює на водні. Поки що це закриті експериментальні системи.

Ключовим документом щодо обсягів споживання водню в Євросоюзі є "Воднева стратегія ЄС", затверджена у серпні 2020 року. У документі йдеться про план будівництва в ЄС до 2030 року близько 40 ГВт потужностей для виробництва водню.

Близько половини потужностей планується встановити в країнах ЄС, іншу половину – у країнах, що межують з ними.

Зокрема, за оцінками експертів, в Україні є потенціал для встановлення 10 ГВт потужностей з виробництва "зеленого" водню в цьому проміжку часу. Україна може отримати до 20 млрд євро інвестицій у водневу енергетику.

Український оператор газотранспортної системи вже готується до перекачування газо-водневих сумішей.

Як зазначається у стратегії розвитку ОГТСУ на 2021-2030 роки, розглядаються різні концентрації водню в суміші з природним газом: 2%, 5%, 10%, 15%, 20%, 23%.

У відносно низьких концентраціях (2-5%) суміш можна транспортувати без істотного збільшення ризиків та проведення реконструкції. Граничний рівень концентрації водню, який можна транспортувати газопроводами без реконструкції, – 20%.

Вартість переобладнання для збільшення частки водню різні представлені стратегії оцінюють 10-30% від ціни прокладання нових труб.

За інформацією Міжнародного енергетичного агентства, додавання 20% водню в європейську газову мережу скоротить викиди CO2 на 60 млн тонн на рік (стільки ж вуглекислого газу виробляється в Данії за рік).

Найбільший акумулятор з підземних газосховищ

Як відомо, водень під час тривалого контакту з металом робить його крихким. Хоча йдеться про 10-20-річний проміжок часу, це друге ключове питання після високої вартості його виробництва, через яке водневі технології досі не стали масовими.

У країнах ЄС почали низку пілотних проєктів щодо зберігання водню в соляних печерах. Зокрема, такий проєкт планують реалізувати у 2022 році в печерах на південному заході Франції.

"Зберігання водню у великих кількостях буде одним з найбільших викликів для майбутньої водневої економіки, – йдеться у доповіді в BloombergNEF. – Кількість недорогих масштабних варіантів, таких як соляні каверни (печери), обмежена, а вартість використання альтернативних технологій зберігання часто може перевищувати вартість виробництва самого водню".

У той же час в Україні є третій за обсягом у світі комплекс підземних газосховищ, проєктна потужність яких становить 37,8 млрд куб м.

Підземні сховища газу – це виснажені родовища глибиною від 400 метрів до 2 тис метрів. Зберігати в них водень так само безпечно, як і природний газ. Крім того, після вичерпання ресурсів газу їх можна перетворювати на сховища для водню.

Це може бути хорошим рішенням для роботи з нестабільною і непостійною сонячною та вітровою енергією. У пікові години генерації її надлишок шляхом електролізу можна перетворювати на водень, а в періоди найбільшої потреби – генерувати з нього електроенергію.

Так само можна робити з атомною енергією замість того, щоб зменшувати потужність генерації, як це сталося 2020 року в Україні через зменшення споживання. Кількість ядерного палива, яка потрібна для роботи АЕС, не залежить від того, скільки енергії виробляє реактор.

Довгострокові запаси водню можуть стати головною конкурентною перевагою взимку, коли сонячні електростанції, на які, в основному, роблять ставку країни ЄС, видають найменшу потужність.

Крім того, вигідне географічне розташування, наявність газотранспортної інфраструктури та потенційні можливості для "зеленої" генерації роблять Україну привабливою для майбутніх європейських водневих проєктів.