Моделирование МАГАТЭ показывает, что в условиях высоких цен на природный газ оптимальные возможности по производству водорода связаны с ядерной энергией

Согласно новому исследованию МАГАТЭ, в котором подчеркивается, что для успешного перехода к экологически чистой энергетике важно применять самые разные низкоуглеродные источники энергии в их сочетании, в условиях, когда цены на природный газ значительно превышают низкие уровни, преобладавшие на рынке в течение последнего десятилетия, наиболее экономичным вариантом производства чистого водорода будет использование мощностей ядерной энергетики.

Используя новый разработанный в МАГАТЭ инструмент для моделирования энергетических систем (FRAMES), исследователи установили, что по мере роста цен на газ оптимальное сочетание технологий для производства водорода с минимальными выбросами двуокиси углерода смещается от использования установок на природном газе с системами улавливания и хранения двуокиси углерода в сторону ядерной и возобновляемой энергии. Хотя исследование касалось ситуации в конкретной стране, его результаты в общем могут быть применимы и к другим энергетическим рынкам.

«Этот сдвиг происходит при значительно более низких ценах на природный газ — порядка 10–15 долларов США за миллион британских тепловых единиц — чем те цены, которые в последнее время можно наблюдать на торгах в Европейском союзе, Великобритании и в некоторых частях Азии», — рассказывает Франческо Ганда, инженер-атомщик из МАГАТЭ, проводивший это исследование. Он ссылается на недавние рекордные спотовые цены на газ на этих рынках, которые составляли от 35 до 40 долларов США за миллион британских тепловых единиц — показатель, используемый во многих странах мира для измерения энергоемкости природного газа.

В преддверии Конференции ООН по изменению климата, которая состоится в следующем месяце, МАГАТЭ проведет несколько мероприятий, ставящих своей целью подчеркнуть вклад ядерной энергетики в достижение целей Парижского соглашения и Повестки дня в области устойчивого развития на период до 2030 года. В качестве ключевого звена для перехода к чистой энергетике и компонента надежного энергетического портфеля с малым уровнем выбросов все чаще рассматривается экологически чистый водород.

Для целей исследования на основе FRAMES в качестве ориентировочного показателя средней цены было принято 6 долларов США за миллион британских тепловых единиц — приблизительная цена на природный газ на таких рынках, как Европа, фиксировавшаяся еще сравнительно недавно, весной прошлого года, до нынешнего скачка цен. Такая же цена фигурировала в недавно выпущенном компаниями URENCO/Aurora исследовании рынка Соединенного Королевства на период до 2050 года «Decarbonising Hydrogen in a Net Zero Economy» («Производство водорода без выбросов двуокиси углерода как элемент экономики с нулевым уровнем выбросов»), которое продемонстрировало, что использование ядерной энергии в комбинации с возобновляемыми источниками энергии позволяет снизить общие системные затраты на производство водорода.

Водород является наиболее распространенным элементом во Вселенной, но его получение в чистом виде для промышленных нужд — от производства синтетического топлива и нефтехимикатов до полупроводников и электромобилей на топливных элементах — является энергоемким процессом и в настоящее время почти полностью основывается на сжигании ископаемого топлива, в основном природного газа, в так называемых установках парового риформинга метана. Чтобы уменьшить воздействие на окружающую среду, которое оказывает ежегодное производство водорода в объеме 90 миллионов тонн, а также стимулировать дальнейшее развитие этого направления для достижения целей в области борьбы с изменением климата, несколько стран изучают варианты производства водорода в крупных масштабах и по конкурентоспособным ценам на основе ядерных технологических процессов.

Проведенное с помощью инструмента FRAMES исследование показывает, что в условиях, когда цены на природный газ поднимаются выше 20 долларов США за миллион британских тепловых единиц, оптимальной стратегией производства водорода становится сочетание электролизных методов с использованием электроэнергии, которая генерируется на основе комбинирования возобновляемых источников и обычных атомных электростанций, и термических методов, которые в конечном итоге могут быть реализованы на базе усовершенствованных высокотемпературных ядерных реакторов (HTR).

Международный интерес к HTR растет, так как предполагается, что они смогут обеспечить не только экономически эффективную генерацию электроэнергии, но и выработку высокотемпературного тепла для промышленных применений. В настоящее время разработка ректоров этого типа ведется в нескольких странах, а впервые они были внедрены в Германии еще в 70-х годах; значительный прогресс в этой области отмечается в Японии и в Китае, где в провинции Шаньдун недавно состоялся пуск первого энергоблока с реактором HTR. Китай планирует в конечном итоге ввести в строй еще несколько реакторов HTR на этой площадке и в других провинциях, чтобы объединить выработку электроэнергии и технологического тепла для промышленных нужд и других применений, включая производство водорода.

Инструмент FRAMES в настоящее время используется в МАГАТЭ для выполнения собственными силами анализа комплексных энергетических систем. Он позволяет количественно проанализировать потенциальные преимущества ядерной энергетики в контексте существующих и будущих электроэнергетических систем, что представляет особый интерес для стран, которые стремятся к внедрению ядерной энергетики или рассматривают ее как элемент своей стратегии по достижению нулевого уровня выбросов.