Зеленый водород – это водород, производимый с использованием возобновляемых источников энергии и нулевых выбросов. С падением стоимости возобновляемых источников энергии (таких как солнечная энергия) зеленый водород рекламируется как одна из частей энергетического баланса, которая приведет к декарбонизации.
Интересно, что область применения водорода варьируется от потребительских и промышленных источников питания до транспорта и космических полетов. К 2050 году спрос США на водород может подскочить от 22 миллионов до 41 миллиона метрических тонн в год, по сравнению с 10 миллионами сегодня, согласно исследованию, опубликованному в этом месяце Национальной лабораторией возобновляемых источников энергии Министерства энергетики США.
По данным Bank of America, после десятилетий ложных стартов водородная технология готова показать стремительный взлет, чему способствуют снижения производственных издержек, технологические усовершенствования и глобальный толчок к устойчивому развитию.
Финансовая организация считает, что это принесет $2,5 трлн прямых доходов – или $4 трлн, если считать доходы от сопутствующих продуктов, таких как автомобили на топливных элементах, — а общий потенциал рынка достигнет $11 трлн к 2050 году.
Крупные фирмы, такие как BP, Siemens Energy, Shell и Air Liquide заинтересованы в производстве зеленого водорода, но часть проблемы заключается в том, где хранить энергию, чтобы она была «под рукой» в случае необходимости. Вот где такой проект, как ACES, может помочь.
Калифорнии потребуется почти 25 гигаватт новых возобновляемых мощностей, включая около 8900 мегаватт хранилищ, к 2030 году. Проект в Юте мог бы помочь достичь этих целей.
Проект Advanced Clean Energy Storage (ACES) направлен на строительство хранилища чистой энергии мощностью 1000 мегаватт, частично за счет размещения водорода в подземных соляных пещерах.
В прошлом году Mitsubishi Hitachi Power Systems (MHPS), производитель газовых турбин, и Magnum Development, владеющая соляными пещерами для хранения жидкого топлива, объявили, что проект объединит такие технологии, как возобновляемый водород, твердооксидные топливные элементы и хранение энергии сжатого воздуха. Первоначально в хранилище должно быть достаточно энергии, чтобы обеспечить энергией 150 000 домашних хозяйств в течение одного года.
Хранение топлива в Соляных пещерах не ново, но растущая роль водорода в декарбонизации оживила интерес к этой концепции. Стратегический нефтяной резерв США долгое время хранил аварийную сырую нефть в подземных соляных пещерах на побережье Мексиканского залива. Сейчас отмечается, что такие хранилища стоят в 10 раз меньше, чем наземные резервуары, и в 20 раз меньше, чем шахты с твердыми породами. В заповеднике есть 60 огромных пещер, обычно 200 футов в диаметре и 2500 футов в высоту, и одна «достаточно большая пещера, чтобы Чикагская башня Уиллиса поместилась внутри с запасом места».
Пещеры могут быть созданы путем бурения в соляном куполе и впрыскивания в породу воды, которая растворяет соль. Полученный рассол извлекают, оставляя большую полость. Следующий шаг – хранение водорода в пещере. Водородные электролизеры могут преобразовывать воду в водород, используя возобновляемую энергию из солнечных и других источников. Затем водород может быть сохранен и при необходимости преобразован в электричество.
В рамках проекта ACES некоторые из них будут питать соседний межгорной энергетический проект – угольную электростанцию, управляемую Департаментом воды и энергетики Лос-Анджелеса. Энергия будет преобразована в водород и природный газ, который производит почти половину углекислого газа угля, к 2025 году. Планируется, что к 2045 году он будет полностью зеленым водородом. Если начальная фаза проекта будет успешной, то огромные мощности соляного купола можно будет использовать и дальше.
Пласт имеет потенциал для создания до 100 пещер, каждая из которых способна удерживать 150 000 МВтч энергии. Хранения такого количества энергии в каждой пещере потребуется 40 000 контейнеров с батареями.
Несмотря на их потенциал хранения, низкие эксплуатационные расходы и тот факт, что подземное распределение соли хорошо известно, только несколько соляных пещер были созданы для хранения водорода. Однако эта концепция быстро набирает обороты в Европе. Еврокомиссия видит, что доля водорода в энергетическом балансе стран вырастет с менее чем 2% в 2019 году до 13-14% к 2050 году.
Немецкое правительство и альянс HYPOS (100 компаний и учреждений) стремятся построить соляную пещеру в Центральном химическом треугольнике Германии в Саксонии (Анхальте) с примерно 150 000 МВтч энергии от ветроустановок, генерируемых водородом. Регуляторы сейчас пересматривают планы, и когда начнется заполнение в 2023 или 2024 году, это может быть первая в континентальной Европе пещера для хранения водорода. Такое мнение выразил Стефан Бергандер – руководитель проекта HYPOS.
Тем временем французская газовая компания Teréga и Hydrogène de France договорились запустить пилотный проект HyGéo в заброшенной соляной пещере на юго-западе Франции в регионе Нувель (Аквитания). В ней будет храниться около 1.5 ГВт-ч энергии, достаточно для 400 домохозяйств в течение года.
«Подземное хранение, в Соляных пещерах или в пористых средах (то есть в водоносных горизонтах или на истощенных нефтяных и газовых месторождениях) – это единственный способ справиться с большими объемами хранения», - говорит Луи Лонде, технический директор французской компании Geostock, специализирующейся на подземных хранилищах.
«Многие проекты водородных пещер для хранения энергии процветают в Европе. В настоящее время они находятся на стадии проектирования. Неудивительно, что ведущие страны – это те, где соль присутствует больше всего: Германия, Великобритания, Ирландия, Франция, Нидерланды» - сказал Лонде.
Согласно исследованию, опубликованному в этом году в Международном журнале водородной энергетики, Европа имеет достаточно соляных пластов на шельфе и на суше, чтобы теоретически хранить около 85 петаватт-часов водородной энергии.
Эта цифра гипотетична и не учитывает экономику, но, например, 1 петаватт-часа водорода достаточно, чтобы обеспечить сегодняшний спрос на электроэнергию в Германии в течение целого года, говорит Дилара Гульчин Каглаян, ведущий автор исследования и ученый немецкого исследовательского центра Forschungszentrum Jülich’s Institute of Energy and Climate Research.
