Производство водорода на основе энергии ветра уже сегодня может быть коммерчески выгодным. До сих пор считалось, что эта экологически чистая технология преобразования энергии в газ не может быть рентабельной. Экономисты Мюнхенского технического университета (TUM), Университета Мангейма и Стэнфордского университета описали, основываясь на рыночной ситуации в Германии и Техасе, как гибкие производственные мощности могут сделать эту технологию ключевым компонентом перехода энергетической системы.
При производстве удобрений, в качестве охлаждающей жидкости для электростанций или в топливных элементах для автомобилей: водород - универсальный газ. Сегодня большая часть водорода для промышленного применения производится с использованием ископаемого топлива, прежде всего природного газа и угля. Однако в экологически чистой энергетической системе водород мог бы играть другую роль: как важный накопитель и средство балансировки сетей распределения электроэнергии: избыточная энергия ветра и солнца может быть использована для производства водорода путем электролиза воды. Этот процесс известен как преобразование энергии в газ. Водород может восстанавливать энергию позже, например, вырабатывая электроэнергию и тепло в топливных элементах, смешивая водород с сетью трубопроводов природного газа или превращая его в синтез-газ..
Должен ли я продавать энергию или преобразовывать ее?
Однако технология преобразования энергии в газ всегда считалась неконкурентоспособной. Гюнтер Гленк с кафедры управленческого учета в ТУМ и профессор Стефан Райхельштейн, исследователь из Университета Мангейма и Стэнфордского университета, завершили анализ, демонстрирующий осуществимость рентабельного производства водорода с нулевым уровнем выбросов. Их исследование, опубликованное в журнале Nature Energy, показывает, что в текущих рыночных условиях в Германии и Техасе важен один фактор:
Концепция требует объектов, которые можно использовать как для подачи электроэнергии в сеть, так и для производства водорода. Эти комбинированные системы, которые еще не получили широкого распространения, должны оптимально реагировать на большие колебания выработки ветровой энергии и цен на рынках электроэнергии. «Оператор может в любой момент решить: продавать энергию или преобразовывать ее», - объясняет Штефан Райхельштейн.
Производство в некоторых отраслях уже сегодня было бы прибыльным
В Германии и Техасе до определенного уровня производства такие установки уже могут производить водород по себестоимости, конкурентоспособной с установками, использующими ископаемое топливо. В Германии, однако, цена, установленная правительством, должна быть уплачена за производство электроэнергии, а не за подачу ее в сеть.
«Для среднего и мелкосерийного производства эти объекты уже сейчас были бы прибыльными», - говорит Райхельштейн. Производство в таком масштабе подходит, например, для металлургической и электронной промышленности или для питания парка вилочных погрузчиков на производственной площадке. Экономисты прогнозируют, что к 2030 году этот процесс также будет конкурентоспособным в крупномасштабном производстве, например, для нефтеперерабатывающих заводов, производства аммиака, при условии, что затраты на ветровую энергию и электролит сохранят траекторию снижения, наблюдаемую в последние годы. «Также возможно использование в топливных элементах для грузовиков и кораблей», - говорит Гленк.
Источники энергии для интеллектуальной инфраструктуры
Модель экономистов предлагает схему планирования для промышленности и энергетической политики. Он может учитывать множество других факторов, таких как плата за выбросы углерода, и рассчитывать оптимальный размер двух подсистем. Это также применимо к другим странам и регионам.
«Электроэнергия-газ предлагает новые бизнес-модели для компаний в различных отраслях», - говорит Гленк. «Электроэнергетика может стать поставщиком водорода для промышленности. Производители, тем временем, могут участвовать в децентрализованном производстве электроэнергии с помощью своих собственных комбинированных мощностей. Таким образом, мы сможем разработать безопасную для климата и интеллектуальную инфраструктуру, которая оптимально свяжет производство электроэнергии, производство и транспорт».