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

Подождите немного. Документ загружается.

Россия: стратегия перехода к водородной энергетике

стратегическую и социально-экономическую оценку

энергетической системы будущего;

предложения по стратегии развертывания;

синхронизацию действий DS с целями и временными

рамками SRA.

На базе полученных технологических, стратегических

и социально-экономических оценок были проанализированы

проблемы, которым следует уделить особое внимание в ходе

дальнейшего осуществления стратегии развертывания (gap

analysis) новых технологий. В табл. 2.4 представлены выяв-

ленные DS основные барьеры на пути развития водородной

энергетики в Европе.

В результате был сделан вывод о необходимости совмест-

ных действий государственного и частного секторов для

ликвидации существующего разрыва между современным

состоянием исследований или демонстрируемых прототипов

и массовым продвижением на рынок водородных технологий

и топливных элементов.

Одновременно были сформулированы общие требования

к основным стадиям работ в области водородной энергетики.

Они сводятся к следующему.

На стадии разработки прототипа, когда проверяет-

ся обоснованность концептуального подхода, достаточно

использовать небольшое число образцов/средств транспорта

(около 10). В демонстрационных проектах количество

опытных образцов/средств транспорта должно быть увели-

чено до нескольких сотен. Задача этой стадии – ускоренное

распространение опыта использования быстро прогрессиру-

ющих технологий. Параллельно должны быть начаты работы

по подготовке промышленных стандартов и их утверждению.

На предкоммерческой стадии для апробации новой тех-

нологии должно использоваться несколько тысяч образцов/

средств транспорта. К концу этой стадии должны вступить

в силу промышленные стандарты.



ГЛАВА 2

На стадии производства новый продукт уже подготовлен

к массовому выпуску, однако в первые годы необходима опре-

деленная поддержка усилий для вывода его на рынок.

Таблица 2.4

Основные барьеры на пути освоения водородных технологий в Европе

Сектор (технология,

применение)

Основные барьеры на пути развития

Водородная энергетика

в целом (общие рамоч-

ные условия развития)

• Отсутствие в ЕС достаточно проработанного общего свода

норм регулирования, правил и стандартов для применения

мобильных и стационарных применений;

• отсутствие в ЕС широких фискальных стимулов для разви-

тия водородной энергетики;

• остается в значительной мере открытым вопрос о правовом

статусе и страховании практических применений на основе

использования водорода и топливных элементов

Производство и рас-

пределение водорода

• Стоимость получения водорода из возобновляемых источ-

ников в 3–8 раз выше, чем у традиционных видов топлива;

• затраты на распределение (доставку) водорода составляют

значительную долю в увеличении общей себестоимости;

• нет возможности дешевого производства водорода непос-

редственно у потребителей;

• возобновляемые ресурсы Европы ограничены

Производство

и поставка топливных

элементов (материалы,

компоненты, подсис-

темы)

• Слабые позиции европейских поставщиков на рынке низко-

температурных мембран для топливных элементов;

• отсутствие инвестиций в производственные мощности для

организации низкозатратного производства

Хранение водорода

для мобильных

применений

• Требуется увеличение плотности хранения в 1,5–2 раза;

• слабые позиции европейских поставщиков на рынке хране-

ния сжатого водорода

Стационарные

применения

• Требуется увеличение срока жизни и продолжительности

работы топливных элементов в 2–5 раз (на основе достиже-

ния времени жизни стэков (stack) до 40 тыс. ч);

• необходимо снизить стоимость системы топливных

элементов в 10 раз

Мобильные приме-

нения

• Требуется увеличить срок службы топливных элементов

в 2–5 раз (в расчете на время жизни стэков 5 тыс. ч);

• необходимо снизить стоимость системы топливных элемен-

тов в 10 раз (в 100 раз при современном уровне развития тех-

нологии и нынешних низких потребностях в производстве);

• необходимо увеличить эффективность двигателя внутрен-

него сгорания в 1,5–2 раза

Россия: стратегия перехода к водородной энергетике

На основе имеющегося опыта промышленности по разра-

ботке прототипов управляющий комитет DS пришел к выво-

ду о необходимости осуществления практических действий

в такой последовательности:

осуществление крупномасштабных демонстрацион-

ных проектов, которые позволяют запустить производство

небольшими сериями. В полностью интегрированных проек-

тах некоторые элементы могут находиться на стадии НИОКР

и демонстраций, тогда как другие могут перейти уже на ста-

дию коммерциализации (что не дает оснований для их госу-

дарственного финансирования и финансовой поддержки со

стороны ЕС). В этом случае промышленность должна взять

на себя инициативу по разъяснению значения новых техноло-

гий для широких слоев общества (сфокусированные крупно-

масштабные демонстрационные проекты);

в тесном взаимодействии заинтересованных бизнес-

групп и финансовых кругов осуществляется разработка

программ по выведению новой продукции (технологии) на

рынок и снижению ее себестоимости (проводится парал-

лельно с крупномасштабными демонстрационными проек-

тами);

разрабатываются нормы регулирования, правила и стан-

дарты, позволяющие проводить полевые испытания и ран-

ний выход на рынок компонентов и систем на основе новых

технологий (проводится параллельно с крупномасштабными

демонстрационными проектами);

готовятся политические рамочные программы, стиму-

лирующие развертывание новых технологий и способствую-

щие государственному и частному инвестированию в новые

технологии, представляющие практическое руководство для

определения политики в отношении этих технологий на уров-

не отдельных стран и регионов с целью обеспечения четкой

согласованности между общеевропейским видением и стра-

тегиями поддержки на местном уровне;



ГЛАВА 2

подготавливается вывод новых технологий на ран-

ние и узкие нишевые рынки, необходимый для построения

«моста» между демонстрационной деятельностью и форми-

рованием самостоятельно развивающихся рынков.

После выработки стратегии развития водородной энерге-

тики Консультативный совет в 2005 г. одобрил новую струк-

туру Европейской технологической платформы (HFP). Ее

главной целью стала теперь подготовка к реализации наме-

ченной стратегии. В связи с этим два управляющих комитета

были объединены вместе с инициативными группами в один

Комитет по осуществлению программы (Implementation

Panel, IP). В него вошел 121 представитель из 18 стран.

Новая структура Европейской технологической платфор-

мы показана на рис. 2.3.

При подготовке 7-й Рамочной программы ЕС в августе

2006 г. европейские промышленные круги выступили с ини-

циативой реализации в рамках Европейской технологической

платформы в области водородной энергетики и топливных

элементов новой Совместной технологической иници-

ативы (Joint Technology Initiative, JTI). Ее цель – созда-

ние на европейском уровне нового механизма государствен-

но-частного партнерства в области водородной энергетики

и топливных элементов, нацеленного на коммерциализацию

новых технологий в период 2010–2020 гг. Правовой формой

такого партнерства могут стать совместные предприятия,

принад лежащие ЕС (представленному Европейской комисси-

ей) и промышленным компаниям. Предполагается, что новая

инициатива будет первоначально действовать в течение семи

лет, начиная с 1 января 2007 г., с возможностью последую-

щей пролонгации в зависимости от достигнутых результатов.

Суммарный объем государственного финансирования работ

в области водородной энергетики в странах ЕС оценивается

сегодня на уровне 320–350 млн евро в год. Значительная

часть исследований и разработок в этой области поддержива-



Россия: стратегия перехода к водородной энергетике

ется через рамочные программы ЕC. Начиная с 1980-х годов

на эти цели было израсходовано около 500 млн евро, в том

числе в ходе реализации 6-й Рамочной программы (2002–

2006 гг.) – 300 млн евро. Ожидается, что общие расходы госу-

дарственного и частного секторов стран ЕС на реализацию

принятой в 2006 г. стратегии развития водородной энергетики

на период 2007–2015 гг. составят около 6734 млн евро.

Помимо интеграции усилий в рамках ЕС страны-члены

осуществляют ряд программ в области водородной энергети-

ки и топливных элементов на национальном и региональном

уровнях.

В частности, Министерство транспорта Германии объяви-

ло в 2006 г. о намерении инвестировать в течение десяти бли-

Координационная группа Комитета по осуществлению Программы

ЕВРОПЕЙСКАЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ПЛАТФОРМА (HFP)

Группа представителей

стран-участниц

(mirror group)

Консультативный совет,

включая Исполнитель-

ную группу

Европейская комиссия

Секретариат HFP

Рабочая группа

JTI

Транспорт

Стационар-

ные приме-

нения

Переносные

применения

Доставка

водорода

Смежные

проблемы

Реализация Платформы (новые и продолжающиеся проекты и инициативы

на уровне ЕС, национальном, региональном и местном уровнях)

Генеральная ассамблея

Рис. 2.3. Структура Европейской технологической платформы (HFP)

после 2005 г.

ГЛАВА 2

жайших лет 500 млн евро в разработку транспортных средств

на водородном топливе. Правительство поддерживает

партнер ство по развитию новых технологий (Clean Energy

Partnership), в которое входят четыре крупнейших автопроиз-

водителя (DaimlerChrysler, BMW, Ford и GM-Opel).

Норвегия планирует построить в 2009 г. «водородную

дорогу» протяженностью 580 км между городами Осло

и Ставангер. Реализацией этого проекта занимается государ-

ственно-частное партнерство HyNor. Ожидается, что к 2012 г.

инфраструктура этой дороги войдет в сеть водородных запра-

вочных станций на юго-западе Скандинавии, в создании кото-

рой примут участие Швеция и Дания.

В Исландии функционирует совместное предприятие по

содей ствию использованию водорода в качестве топлива на

транспорте с участием правительства и академических инсти-

тутов (51%), компаний Shell Hydrogen (16%), DaimlerChrysler

(16%) и Norsk Hydro (16%).

2.1.4. Водородные программы Японии и других

стран Азиатско-Тихоокеанского региона

Япония поддерживает работы в области водородной энер-

гетики с начала 1980-х годов. В 1993 г. она провозгласила

свою национальную программу в области водородной энер-

гетики (World Energy Network, WE-NET), которая осущест-

влялась вплоть до 2002 финансового года. В рамках этой

программы был выполнен ряд краткосрочных и долгосрочных

проектов в области отработки технологии производства, хра-

нения, транспортировки и использования водорода, а также

разработаны три типа заправочных станций. В 2002 г. нача-

лась реализация нового национального водородного проекта,

в задачи которого входят, в частности, отработка вопросов

безопасности применения водородных технологий, подго-

товка к коммерциализации транспортных средств на основе

Россия: стратегия перехода к водородной энергетике

водородных топливных элементов и формирование необходи-

мой для этого в краткосрочной перспективе инфраструктуры.

Конечная цель проекта – полная коммерциализация водо-

родных топливных элементов и создание необходимой для

этого инфраструктуры к 2020 г.

Согласно публиковавшимся оценкам, расходы Министер-

ства экономики, торговли и промышленности Японии (METI)

на НИОКР в области водородной энергетики и топливных

элементов увеличились со 107 млн долл. в 2001 г. до 324 млн

долл. в 2005 г.

В 1999 г. в целях координации усилий правительства, про-

мышленности, национальных исследовательских институтов

и академических кругов в Японии была учреждена Группа

советников по стратегии освоения и коммерциализации водо-

родных топливных элементов (Fuel Cell Strategy Advisory

Panel, FCSAP). Эта группа установила в качестве ориентиров

развития водородной энергетики в Японии следующие основ-

ные показатели, представленные в табл. 2.5.

В 2002 г. началось осуществление проекта по демонст рации

и испытанию транспортных средств и стационарных примене-

ний на основе топливных элементов (Japan Hydrogen and Fuel

Cell Demonstration Project). Для этого был построен специаль-

ный парк с демонстрационным залом, гаражом и заправочной

станцией. В 2003 г. в Токио и Йокогаме открылись пять запра-

Таблица 2.5

Целевые ориентиры развития водородной энергетики в Японии

Годы

Транспортные

средства на основе

топливных элемен-

тов (единиц)

Генерируемая мощ-

ность стационарных

установок на топлив-

ных элементах (MВт)

Время работы топливных

элементов

2005–2010 50 тыс. 2100

Для стационарного приме-

нения – более 40 тыс. ч

Для транспортного приме-

нения – более 5 тыс. ч

2010–2020 5 млн 10 000

ГЛАВА 2

вочных станций, использующих различные способы получения

водорода. В 2004 г. открыты еще три подобные станции.

Среди участников проекта – крупнейшие японские

и иностранные автомобильные производители: Toyota, Honda,

Nissan, General Motors и DaimlerChrysler. В 2003 г. к проекту

присоединились Mitsubishi Motors и Suzuki.

В Китае в 2006 г. создан первый легковой автомобиль

на водородных топливных элементах на основе разработок

J&K Technologies, университета Tsinghua и автомобильной

компании Chery. Участник китайской делегации на конфе-

ренции Национальной водородной ассоциации в Калифорнии

в 2006 г. заявил, что к 2020 г. в десяти крупнейших городах

страны будет эксплуатироваться 20 тыс. автобусов на топ-

ливных элементах. Созданный в 2001 г. 12-местный опытный

образец автобуса на основе полимерных электролитных мем-

бран развил предельную скорость 90 км/ч.

Тайвань ведет работы в области водородной энергетики

с 1989 г. В 2002 г. для адаптации новых технологий правитель-

ство и промышленность учредили совместное Партнерство

в области топливных элементов – Fuel Cells Partnership.

Большое внимание освоению возможностей водородной

энергетики уделяется в Индии. В частности, здесь принята

национальная дорожная карта освоения новых технологий

до 2020 г., для реализации которой формируются частно-

государственные партнерства. Создан и совершенствуется

ряд демонстрационных образцов водородных энергетических

установок различной мощности.

Республика Корея осуществляет Программу высокоэф-

фективного производства водорода (High efficient Hydrogen

Production Program). В июне 2003 г. был открыт Центр

НИОКР XXI в. в области водородной энергетики (21

Frontier

Hydrogen R&D Centre). Правительство разрабатывает нацио-

нальный план и стратегии по дальнейшему развитию техноло-

гий водородной энергетики и топливных элементов.

Россия: стратегия перехода к водородной энергетике

Таиланд финансирует НИОКР в области топливных

элементов с 1999 г. Правительство Малайзии учредило

Национальный институт топливных элементов при Уни-

верситете Kebangsaan.

Правительство Австралии выступило заказчиком нацио-

нального исследования в области водородной энергетики

и в настоящее время разрабатывает меры по выполнению

полученных рекомендаций. Одна из них предлагает создать

Австралийскую водородную организацию для развития

со трудничества всех заинтересованных институтов общества.

2.2. Долгосрочные прогнозы развития

водородной энергетики

О ставках в борьбе за лидерство на мировом рынке новых

технологий свидетельствует опубликованный в 2002 г. прог-

ноз PricewaterhouseCoopers, согласно которому глобальный

спрос на все виды водородных топливных элементов (для

стационарных и переносных применений, а также для при-

менения на транспорте) достигнет 46 млрд долл. к 2011 г.

и 2,5 трлн долл. к 2021 г.

Принимая во внимание возможность того, что энергетика

пойдет по качественно новому пути развития, специалисты

Международного института прикладного системного анализа

в Австрии и Токийской энергетической компании модифици-

ровали разработанную ранее и получившую широкую извест-

ность долгосрочную модель развития энергетики для оценки

последствий широкого распространения водородного топли-

ва. Результаты этих исследований опубликованы в 2002 г.,

еще до появления крупномасштабных программ США и ЕС

в области водородной энергетики

Baretto L., Makihira A., Riahi K. The Hydrogen Economy in the 21-th Century:

A Sustainable Development Scenario. The International Journal of Hydrogen Energy.

March, 2002.

ГЛАВА 2

В качестве базового был выбран сценарий В1–Н

, ори-

ентированный на постепенное сокращение использования

в глобальных масштабах традиционных ископаемых энерго-

ресурсов. Последние по сценарию сохранят свою доминиру-

ющую роль в качестве первичных источников энергии вплоть

до 2050 г., однако за это время произойдет структурный сдвиг

от нефти и угля в сторону газа.

Природный газ в свою очередь станет промежуточным

звеном к переходу во второй половине XXI в. к глобальной

энергетической системе нового типа, использующей аль-

тернативные источники. В этот период ожидаются значи-

тельные структурные изменения, связанные с распростра-

нением возобновляемых источников энергии, в особеннос-

ти биомассы, и децентрализацией энергетической системы.

Энергоемкость единицы ВВП будет ускоренно снижаться,

поскольку в экономике начнется сдвиг к менее энергоемким

и материалоемким видам деятельности, получат широкое рас-

пространение улучшенные и более эффективные технологии.

На глобальном уровне энергоемкость конечного потребления

энергии (final energy intensity) на отрезке времени с 1990 по

2100 г. будет снижаться в среднем со скоростью 2% в год.

По сравнению с традиционными энергоносителями водо-

род имеет два явно выраженных преимущества. Во-первых,

он является экологически чистым источником энергии,

во-вторых, его запасы в природе практически неисчерпа-

емы. На рис. 2.4 приведены основные источники водорода

для использования в промышленных целях в перспективе

до 2100 г. Лидирующую роль в обозримой перспективе

будут играть переработка природного газа и газификация

биомассы. Последний источник станет в завершающей

декаде XXI в. наиболее важным в глобальном масштабе.

Существенный вклад в получение водорода внесут также

технологии солнечной термальной энергии и в меньших мас-

штабах – газификации угля. Значительно меньшее значение