Кузык Б.Н., Яковец Ю.В. Россия: стратегия перехода к водородной энергетике

Подождите немного. Документ загружается.

Россия: стратегия перехода к водородной энергетике

роста этого спроса обеспечат развивающиеся страны, прежде

всего Китай и Индия. Импорт нефти и газа в странах ОЭСР

и развивающихся азиатских странах будет расти еще быстрее,

чем спрос, что повышает уязвимость экономики по отноше-

нию к скачкам цен и нестабильности поставок. Серьезную

тревогу у специалистов вызывает и то обстоятельство, что

рост по требления традиционных энергоресурсов вызовет уве-

личение глобальной эмиссии двуокиси углерода на 55% – до

уровня в 40 Гт в 2030 г., что на 14 Гт больше, чем в 2004 г.

По мнению экспертов Международного энергетического

агентства, альтернативой этим тенденциям является переход

к новой государственной политике в области энергетики

Сценарий, который может обеспечить более устойчивое раз-

витие, предполагает реализацию рассматриваемых сегодня

в разных странах мер по повышению эффективности исполь-

зования энергоресурсов и переходу к альтернативным источ-

никам энергии. Согласно такому сценарию, прогнозируется

уменьшение глобального спроса на энергоресурсы к 2030 г.

на 10%, что эквивалентно объему потребления энергии

в Китае в настоящее время. При этом эмиссия СО

сократит-

ся на 16% (в том числе за счет более эффективного использо-

вания топлива на транспорте – на 36%, более эффективного

использования электроэнергии – на 30%, более эффектив-

ного производства энергии – на 13%, применения возобнов-

ляемых источников энергии и биотоплива – на 12% и расши-

рения использования атомной энергии – на 10%).

Большинство рассматриваемых сегодня сценариев развития

энергетики опирается на гипотезу об эволюционном характе-

ре происходящих технологических изменений. Такая модель

предполагает постепенное замещение традиционных энергоре-

сурсов по мере исчерпания их запасов, роста мировых цен или

обострения ситуации с состоянием окружающей среды. Однако

World Energy Outlook-2006. Представлен 7 ноября 2006 г. http://www.iea.org

ГЛАВА 2

плавный ход развития событий может быть нарушен в резуль-

тате появления принципиально новых и оправданных с эко-

номической точки зрения источников энергии. Сегодня одним

из наиболее вероятных направлений, способных качественно

изменить сложившуюся ситуацию в мировой энергетике, во

многих странах считается переход к водородному топливу.

Интерес к использованию водорода в качестве альтерна-

тивного вида топлива проявляется за рубежом уже не одно

десятилетие. Однако только в самые последние годы этот

интерес нашел воплощение в долгосрочных стратегиях раз-

вития и специально создающихся для их реализации крупных

национальных и транснациональных программах, а также

государственно-частных партнерствах, нацеленных на дости-

жение инновационного прорыва в области энергети-

ки. Это обусловлено как достигнутым за последнее время

технологическим прогрессом в рассматриваемой области,

так и новыми условиями, возникшими в связи с повышением

цен на ископаемые энергетические ресурсы, политическими

аспектами формирования рынка энергоносителей и другими,

уже отмечавшимися выше глобальными проблемами.

Работы по развитию водородной энергетики ведут в насто-

ящее время многие индустриальные страны мира, включая

США, страны ЕС, Японию, Китай, Индию, Канаду, Австралию

и новые индустриальные страны. Их суммарные расходы на

эти цели уже превышают 1 млрд долл. в год. Накопленный

в этой области опыт представляет несомненный интерес для

России как с точки зрения возможных изменений на миро-

вом рынке традиционных энергоносителей, так и в контексте

разработки собственной программы развития водородной

энергетики.

2.1.2. Водородная программа США

По прогнозам экспертов США, спрос на нефть на внутрен-

нем рынке этой страны увеличится к 2025 г. примерно на 50%.

Россия: стратегия перехода к водородной энергетике

Одновременно вырастет зависимость от импорта: если в насто-

ящее время за счет покупаемой за рубежом нефти удовлетво-

ряется примерно 55% внутренних потребностей американской

экономики, то к 2025 г. этот показатель превысит 68%

В январе 2007 г. в ежегодном обращении к Конгрессу

«О положении в стране» Президент США Дж. Буш поставил

амбициозную задачу – сократить в ближайшие 10 лет потреб-

ление бензина на 20%

. Три четверти этого снижения предпо-

лагается достичь за счет увеличения использования альтерна-

тивных и возобновляемых источников энергии. Среди таких

источников энергии наряду с этиловым спиртом, метанолом,

бутанолом, биодизельным топливом называется и водород.

Активные целенаправленные усилия по освоению водород-

ной энергетики начались в США в 2003 г., когда президент

Буш в аналогичном обращении к Конгрессу «О положении

в стране» провозгласил «Инициативу в области водородного

топлива». Программа предусматривает выделение в течение

пяти лет (2004–2008 гг.) на работы в области водородной

энергетики в общей сложности 1,2 млрд долл., из которых

720 млн предназначены на проведение научных исследований

и разработок.

Работа по данной программе осуществляется под руководс-

твом Министерства энергетики. Оно организует и координи-

рует усилия других министерств и ведомств, университетов

и научных институтов, разъясняет политику правительства

в рассматриваемом направлении частному сектору и различ-

ным общественным организациям.

Министерство энергетики на предварительной стадии раз-

работало и представило 12 ноября 2002 г. долгосрочное нацио-

нальное в

дение перехода к водородной экономике, получив-

шее название «Национальная дорожная карта технологий

http://www1.eere.energy.gov

2007. State of the Union Policy Initiatives. Twenty In Ten: Strengthening America’s

Energy Security.

ГЛАВА 2

водородной энергетики» (National Hydrogen Energy Technology

Roadmap). В этом документе поставлены цели научных иссле-

дований, разработок и демонстраций, сформулированы задачи

по обеспечению параллельного развития норм, правил и стан-

дартов, позволяющих интегрировать новые технологии в ком-

мерческие энергетические системы, а также задачи в области

пропаганды новых подходов и обучения руководителей на

уровне местных органов власти, от которых будет во многом

зависеть в конечном итоге судьба новых разработок.

В феврале 2004 г. Министерство энергетики США опуб-

ликовало первый интегрированный план проведения НИОКР

и демонстраций в области водородной энергетики (Hydrogen

Posture Plan), который охватывает проблемы производст ва

водорода, формирования необходимой инфраструктуры (вклю-

чая доставку и хранение водорода) и производства топливных

элементов для стационарных и транспортных применений.

В 2005 г. приняты Закон об энергетической политике

(Energy Policy Act) и Стратегический план Министерства

энергетики, нацеленные на расширение спектра использу-

емых нацио нальных энергоресурсов. В 2006 г. президент

выступил с «Инициативой в области перспективных источни-

ков энергии» (Advanced Energy Initiative). Смысл этой новой

инициативы – ускорить научные исследования и создание

технологий, которые позволят в ближайшем будущем сокра-

тить потребление нефти на транспорте, в том числе за счет

применения более совершенных аккумуляторных батарей для

автомобилей на гибридном топливе и этаноле, а также при-

дать новый импульс «Инициативе в области водородного топ-

лива», ориентированной на более долгосрочную перспективу.

В декабре 2006 г. появился подготовленный совместно

министерствами энергетики и транспорта новый интегриро-

ванный план проведения НИОКР и демонстраций в области

водородной энергетики (Hydrogen Posture Plan). Он учиты-

вает результаты, достигнутые с момента утверждения пер-

Россия: стратегия перехода к водородной энергетике

вого плана, увязан с Законом об энергетической политике

от 2005 г. и содержит дальнейшую скоординированную про-

грамму НИОКР и демонстраций по получению водорода из

различных источников (ископаемого топлива, ядерных уста-

новок и возобновляемых ресурсов), формированию необ-

ходимой инфраструктуры (включая доставку и хранение)

и созданию топливных элементов для транспорта и стацио-

нарных установок.

Цель новой водородной программы – повысить эффектив-

ность и результативность усилий правительства в этой облас-

ти. Задачи программы – разработка методов производства,

доставки и хранения водорода и создание технологий водо-

родных топливных элементов, которые дадут автомобильным

и энергетическим компаниям возможность принимать реше-

ния о коммерческой целесообразности развития транспорта

на основе водородных топливных элементов и соответствую-

щей инфраструктуры к 2020 г.

Новый интегрированный план проведения НИОКР

и демонстраций в области водородной энергетики построен

исходя из следующих основных установок:

программа фокусируется на НИОКР, необходимых для

преодоления барьеров на пути создания водородных техноло-

гий, конкурентоспособных с альтернативными источниками

энергии;

для текущей оценки возможностей, сроков использова-

ния и себестоимости технологий будут использоваться учеб-

ные демонстрации. Выявленные при этом проблемы будут

учитываться в режиме обратной связи в программе НИОКР.

На основе этих испытаний Министерство энергетики гото-

вит информацию для Конгресса и широкой общественности

о состоянии водородной энергетики в данный момент времени;

коммерческие демонстрации и выход на рынок будут

проводиться только в том случае, если найдут подтверждение

возможности и необходимая длительность использования



ГЛАВА 2

новых технологий. Решение о коммерциализации новых тех-

нологий возлагается полностью на частный сектор. При этом

решения производителей автомобилей на топливных элемен-

тах не привязываются к выводам Министерства энергетики

о готовности новых технологий к коммерческому применению

и могут быть приняты как раньше, так и позднее;

в случае подтверждения работоспособности новых техно-

логий в реальных условиях правительство может взять на себя

функции «раннего пользователя» путем покупки или аренды

водородных топливных установок и автомобилей на водородном

топливе с целью содействия их широкому распространению.

Разработанный план предполагает четыре основных этапа

полного перехода к водородной энергетике к 2030–2040 гг.

Первый этап (Technology Development) предусматривает

проведение исследований и отработку технологий c учетом

их себестоимости, требований потребителей и возможнос-

ти достижения критериев коммерциализации. Второй этап

(Initial Market Penetration) связан с подтверждением рабо-

тоспособности переносных и стационарных или транспортных

энергетических систем и началом инвестирования в инф-

раструктуру водородной энергетики в рамках проводимой

правительством политики. На третьем этапе (Expansion of

Markets and Infrastructures) реализуются инфраструктур-

ные бизнес-кейсы для отдельных водородных энергетичес-

ких и транспортных систем. В ходе четвертого этапа (Fully

Developed Market and Infrastructure) водородные энергетичес-

кие и транспортные системы станут коммерчески доступными

во всех регионах страны, будет сформирована национальная

инфраструктура водородной энергетики.

Основные этапы развития водородных технологий в США

представлены на рис. 2.1.

В соответствии с планом Министерства энергетики феде-

ральное правительство будет играть ключевую роль в освое-

нии новых технологий в краткосрочной перспективе, поддер-



Россия: стратегия перехода к водородной энергетике

живая НИОКР, необходимые для преодоления критических

технологических барьеров. В среднесрочной перспективе

федеральное правительство возьмет на себя функции по

ранней адаптации новых технологий и выработку политики,

которая будет способствовать развитию возможностей про-

мышленности по обеспечению поставок на рынок значитель-

2000 2010 2020 2030 2040

III

Ведущая роль

государства

в обеспечении НИОКР

Проведение НИОКР и демонстраций

Выход на рынок по мере готовности

технологий

Рыночная экспансия и формирование

инфраструктуры

Зрелый рынок и инфраструктура

Ведущая роль промышленности

в коммерциализации новых технологий

Источник: DOE Hydrogen Posture Plan. 2006. P. IV.

Рис. 2.1. Сценарий развития водородных технологий и формирования

соответствующего рынка

ГЛАВА 2

ных объемов водородного топлива. Роль промышленности

в освоении новых водородных технологий на более поздних

этапах начнет постепенно становиться доминирующей.

На стадии фундаментальных исследований все работы

выполняются за счет государственных ассигнований. В них

участвуют университеты, национальные и федеральные лабо-

ратории и исследовательские институты. На стадии приклад-

ных исследований и технологических разработок пре-

дусматривается разделение расходов с привлечением 20%

и более средств из внебюджетных источников. К этой рабо-

те привлекаются производители оборудования, национальные

и федеральные лаборатории, университеты, исследовательские

институты, организации, связанные с осуществлением регу-

лирования и выработкой стандартов. На стадии обучающих

демонстраций предполагается разделение расходов на уровне

50%. К этим работам планируется привлекать автомобильные

и энергетические компании, поставщиков газа для промышлен-

ности, производителей оборудования, обслуживающие компа-

нии, правительства штатов и местные органы власти.

Бюджетные расходы на реализацию программы «Инициа-

тива в области водородного топлива» за 2004–2007 финансо-

вые годы представлены в табл. 2.1. Планируемое процентное

распределение ассигнований по основным статьям расходов

в 2007 финансовом году приводится в табл. 2.2.

Ряд тесно связанных исследований, проводимых в интере-

сах водородной программы, осуществляется в 2007 финансо-

вом году в рамках других программ НИОКР Министерства

энергетики:

создание гибридных электромобилей – 109,8 млн долл.;

выделение углерода (фундаментальные исследования –

5,9 млн долл., прикладные НИОКР – 73,9 млн долл.);

исследования биомассы и создание систем биоочистки

(фундаментальные исследования – 15,4 млн долл., приклад-

ные НИОКР – 150 млн долл.);



Россия: стратегия перехода к водородной энергетике

исследования энергии ветра (фундаментальные исследова-

ния – 260 тыс. долл., прикладные НИОКР – 43,8 млн долл.);

исследования солнечной энергии (фундаментальные

исследования – 62,3 млн долл., прикладные НИОКР –

148,4 млн долл.);



Таблица 2.1

Бюджетные расходы США, связанные с реализацией президентской

программы «Инициатива в области водородного топлива»

Направление программы

Расходы на программу (млн долл.)

фин. год.

2004

(ассигнова-

ния)

2005

(ассигно-

вания)

2006

(ассигнова-

ния)

2007

(запрос)

Фундаментальные исследо-

вания

0 29,183 32,500 50,000

Производство и доставка

водорода

19,163 31,503 48,534 79,120

Хранение водорода 13,628 22,418 26,040 34,620

Конверсия (топливные

элементы)

53,954 55,759 33,336 57,075

Демонстрация технологических

возможностей

(technology validation)

15,648 26,098 33,301 39,566

НИОКР для производства,

связанного с водородным

топливом

(manufacturing R&D)

0 0 0 1,978

Безопасность, коды и стандар-

ты (Safety, codes and standards)

6,310 6,350 6,006 15,268

Образование 2,417 0 481 1,978

Системный анализ 1,429 3,157 4787 9,892

Распределяемые Конгрессом

фонды

43,967 47,236 47470 0

ВСЕГО: 156,516 221,704 232,455 289,497

Источник: United States Department of Energy. United States Department of Transportation. Hydrogen Posture

Plan. An Integrated Research, Development and Demonstration Plan. December, 2006.

ГЛАВА 2

создание высокотемпературных стационарных топлив-

ных элементов (63,3 млн долл.);

фундаментальные исследования биологических систем

производства водорода (50,6 млн долл.);

разработка и демонстрация автобуса на топливных эле-

ментах и создание соответствующей инфраструктуры (по про-

грамме Министерства транспорта, 28 млн долл.).

Затраты по статье «Исследования по производству

и доставке водорода» распределяются в 2007 финансовом

году (по запросу правительства) следующим образом:

производство водорода из природного газа – 4,2 млн

долл.;

производство водорода на основе переработки угля –

23,6 млн долл.;

производство водорода с использованием атомных уста-

новок – 18,7 млн долл.;



Таблица 2.2

Планируемое распределение бюджета по основным статьям расходов

в области водородной энергетики на 2007 финансовый год

(по запросу правительства)

Источник: DOE Hydrogen Posture Plan. 2006. P.15.

Статья расходов

Доля затрат в бюджете на реализа-

цию инициативы в области водород-

ного топлива, %

Производство и доставка водорода 27

Хранение 12

Фундаментальные исследования 17

Производственные процессы (Manufacturing) 0,7

Инфраструктурные проекты и демонстрация

достигнутых возможностей

Конверсия (топливные элементы) 20

Обеспечение безопасности, разработка норм

и стандартов

Системный анализ и интеграция 3

Образование 0,7