“Трансформація вугільних регіонів України: час для “зеленого водню””

У середині травня поточного року Міністерство енергетики України та Міжнародна консалтингова компанія ERM анонсували план підготовки до пілотного проекту з трансформації вугільних регіонів України. А сьогодні прем’єр-міністр Денис Шмигаль публічно пообіцяв: транформацію планують розпочати вже цьогоріч. Що стоїть за цим висловом “трансформація вугільних регіонів України”. Є документ, який увібрав у себе майже з десяток попередніх концепцій, стратегій і планів розвитку та реформування вугільної галузі країни, починаючи з 2005 року.

Щоправда, поки остаточно не зрозуміло, що саме буде запропоновано зробити для справедливої трансформації вугільних регіонів нашої держави і особливо Донбасу. Аноносоване закриття шахт несе цілу купу не тільки соціальних, політичних, економічних ризиків, а й загрозу справжньої екологічної катастрофи, передусім через підтоплення великих площ землі забрудненими шахтними водами та небезпеку зсувів і провалів.

Сподіваємося, що проект включатиме досвід провідних країн світу і буде, передусім, направлений на розвиток у регіоні альтернативної енергетики. Наприклад, водневої. Але як перетворити закриття шахт на нові можливості? Які перспективи ховаються у відробленому просторі? І до чого тут водень? Експерти НАДПУ спробували у цьому розібратись.

Сонце, вітер та тепло надр як джерело енергії для виробництва “зеленого водню”. Схід України згідно з дослідженнями Національного інституту стратегічних досліджень за кліматичними умовами і специфікою господарювання в цілому, сприяють освоєнню альтернативних джерел енергії та розвитку альтернативної енергетики, яка є пріоритетом Європи у виробництві “зеленого” водню. Загалом технічний енергетичний потенціал нетрадиційних відновлювальних джерел енергії (НВДЕ) складає: 3,34 млн тонн у Донецькій області та 2,57 млн тонн у Луганській області.

Тільки потенціал сонячної енергетики у регіоні складає 0,27 млн тонн умовного палива на рік. При ефективній експлуатації геліоенергетичного (традиційні сонячні панелі) обладнання 5 місяців на рік і фотоенергетичного (фотоелектричні сонячні панелі )упродовж цілого року. Що є досить високим показником.

Донбас – це території великої кількості за площею земель низької якості, які належать до степової кліматичної зони. А отже характеризуються підвищеним вітровим потенціалом, який просто не можливо ігнорувати. За даними Міжгалузевого науково-технічного центру вітроенергетики Інституту відновлюваної енергетики НАН України у Донецькій області придатними для впровадження вітрових електростанцій (ВЕС) визнано понад 10 % території з високим вітроенергетичним потенціалом, тобто 13250 га. Тут вважається цілком реальним будівництво ВЕС загальною потужністю 2000 МВт.

Потенціал застосування вітрогенераторів у Луганській області оцінюється у 747,5 тис. тонн умовного палива на рік. Середньорічна швидкість вітру тут коливається від 5 до 5,5 м/сек. Вона здатна забезпечити виробництво електроенергії від 2810 до 7230 кВт/год.

Довідково: Вітрогенератори здатні ефективно працювати у районах із середньорічною швидкістю вітру 3,5 м/сек., а від 7 м/сек. – забезпечувати підтримку зовнішнього освітлення, нагріву води та опалювання. За приблизними розрахунками, вартість електроенергії, виробленої вітрогенераторами, може бути у 2 рази нижче, ніж вартість традиційної електроенергії. І всю цю енергію можна використовувати для гідролізу водню!

Ще одним видом енергії з відновлювальних джерел може слугувати геотермальна енергія, тобто теплова енергія надр. Про неї говорять дуже давно. У Німеччині вже реалізовано тисячі аналогічних розробок, зокрема на шахтах Рура. Коли теплі шахтні води використовують для опалення та гарячого водопостачання локалізованих біля шахти об’єктів інфраструктури. При цьому спостерігається значний економічний ефект. Адже, відпадає потреба у бурінні спеціальних геотермальних свердловин. До енергії надр добралися виробки шахт. Вже на глибині 1000 м спостерігається збільшення температури до 40оС, що поступово збільшується з глибиною. А глибина шахт на Донбасі подекуди перевищує 1500 м. Це колосальна енергія, яку ми поки що не використовуємо.

Як бачимо, джерел альтернативної енергії, необхідної для виробництва “зеленого” водню достатньо. І тут постає ряд питань. Де розмістити виробничі водневі потужності і як зберігати водень?

Шахтні виробки – готовий простір для зберігання водню. Шахта – це промисловий об’єкт, який включає наземний технологічний комплекс і мережу підземних гірничих виробок, які пов’язані між собою спусковим і підйомним обладнанням. Поверхневий комплекс включає ряд виробничих, адміністративних, побутових, ремонтних, ангарних приміщень, а також розгалужену транспортно-конвеєрну мережу, що дозволяє доставляти вантажі на глибину. Як правило, кожна шахта має окрему електричну підстанцію. По суті, все це ефективно можна перепрофілювати під виробничі потужності для водню. При цьому, заощадивши значні кошти на капітальному будівництві об’єктів промислової інфраструктури.

У свою чергу, підземні виробки займають площу у тисячі гектарів. І це той корисний простір, який можна використовувати для зберігання водню, виробленого на поверхні. Так, для цього потрібно побудувати в першу чергу резервуари, що дозволять безпечно зберігати водень. А також мережу трубопроводів, через яку газ буде закачуватись під землю і навпаки, на “гора”. І вже там, на поверхні, можна розмістити і водневі заправні станції для водневого транспорту і перерозподільні водневі підстанції для перекачування водню по мережі трубопроводів до потенційних споживачів. До речі, подібний проект реалізовується на базі вугільної шахти “Евальда” у Німеччині, яка на сьогодні є Інноваційним центром водневих технологій, у якому іноземні та національні компанії мають можливість тестувати свої продукти у тісній співпраці з науково-дослідними інститутами та університетами.

Паливні комірки, метан вугільних родовищ Донбасу і водень – електрогенерація майбутнього. Паливна комірка є електрохімічним пристроєм, який, поєднуючи паливний газ (водень, будь-який вуглеводневий газ, сірководень шахтний метан чи металургійний газ, аміак чи його сполуки) з окиснювачем (кисень з повітря тощо), виробляє електрику, тепло, воду і гази – оксиди речовин, сполучених з воднем у паливі. По суті, паливна комірка є електричною батарейкою, яка не відпрацьовується та не потребує додаткової зарядки. Адже вона водночас і виробляє і зберігає електроенергію. Вона працює доти, доки до неї підводяться паливні та окиснювальні гази.
Крім того, використання паливних комірок є екологічно безпечною і при цьому високоефективною технологією. До того ж тихою і невибуховою.

Перетворення газів в електрику відбувається в комірці без спалювання. Паливний газ (наприклад, водень) порівняно повільно окиснюється, не вступаючи у прямий контакт з киснем.
Крім того паливна комірка виробляє постійний електричний струм, який виробляється лише тоді, коли він споживається, що також є однією з причин економії палива.

В залежності від виду електроліту, який використовується, відомо 11 видів паливних комірок. П’ять із них мають найбільше споживче значення. Це полімерні, лужні, розплавлено-карбонатні, фосфорно-кислотні та керамічні комірки.Розглянемо принципову схему роботи керамічної комірки, у якій використовується цирконієва плівка.

Принципова схема керамічної паливної комірки. Джерело: ecotown.com.ua

Саме керамічні паливні комірки мають широкий спектр застосування від стаціонарних масштабних станцій, транспорту до використання у побутових приладах. Відзначаються найвищою ефективністю виробництва електроенергії, не потребують платини і можуть споживати усі види органічного палива.

І саме в нашій країні є значні ресурси піску-циркону, необхідного для виготовлення цирконієвої кераміки. Ми є третьою країну у світі за запасами цієї сировини.

Водночас, ідеальною паливною сумішшю для таких комірок є водень у поєднанні з метаном (H2+CH4), перспективи видобування якого з вугільних родовищ Донбасу, діючих і закритих шахт значні. Про них НАДПУ писала у попередніх матеріалах.

А у поєднанні зі значними площами шахтних виробок Донбасу, у яких можна розміщувати такі паливні комірки, наші перспективи у цих технологіях навіть важко осягнути.

Паливні комірки – це не нова технологія. Вона має більш ніж сторічну історію і вагомі позитивні результати по всьому світу. Ще до 2000 року 75 % з них встановлені в Японії, 15 % – у Північній Америці і тільки 9 % – у Європі. В Японії вже працюють станції потужністю 11,5 і 1 МВт. У 1997 році російський “Газпром” теж придбав одну паливно-комірчану електричну станцію ONSI PS25, A United Technologies, USA, потужністю 200 кВт.

Більше того, Україна має власні наукові надбання і розробки, пов’язані з іменем видатного вченого Оганеса Карапетовича Давтяна. Він вперше у світі розробив середньо-температурну паливну комірку – базову складову сучасних електрохімічних генераторів струму. Є автором книги “Проблема безпосереднього перетворення хімічної енергії палива в електричну”, яка по суті є першою у світі монографією про паливні комірки.

До успішних розробок колективу вчених під керівництвом О.К. Давтяна можна віднести різноманітні генератори потужністю від 100 Вт до 5 кВт, демонстраційні моделі дитячого автомобіля, паливно-комірчаного двигуна до автомобіля в Черкасах, мопеду на Львівському мотозаводі. Його технології знайшли застосування у авіаційній і космічній галузях колишнього СРСР.

Зараз дослідження щодо паливних комірок у світі спрямовані на збільшення ефективності і потужності роботи паливних комірок у виробленні електроенергії. Мета – масштабне промислове впровадження виробництва електроенергії з використанням комірок.

І ми також можемо досягти успіху у цій сфері. Проте для цього нам потрібні не тільки розроблені чергові проекти розвитку того чи іншого сектору нашої держави, нам потрібна їх реалізація. Сподіваємося, що новий проект Міненерго щодо трансформації вугільних регіонів України, врахує водневі перспективи Донбасу у всіх можливих напрямках. І наша країна матиме шанс стати європейським центром електрогенерації майбутнього.

Марина Малова, спеціально для НАДПУ.

Поділитися на facebook
Facebook
Поділитися на twitter
Twitter
Поділитися на linkedin
LinkedIn

Схожі записи