Атомные станции США для производства безуглеродного водорода

Ядерная энергетика сейчас находится под сильным ценовым давлением со стороны возобновляемых источников энергии, а также газа. Но вместо того, чтобы отбросить десятилетия инвестиций и знаний, Министерство энергетики США (DOE) запускает три первых в своем роде проекта, направленных на повышение долгосрочной экономической конкурентоспособности атомной энергетики. Три коммерческих электрических предприятия и Национальная лаборатория штата Айдахо были выбраны для адаптации установок для получения водорода путем электролиза, без 100% углерода. В случае успеха, водород будет использоваться для первичной энергии, транспортировки и хранения. В настоящее время большая часть водорода производится для промышленного и сельскохозяйственного использования, и почти никто не производит без углерода. Эти проекты могут также решить еще одну большую угрозу для бизнес-модели nuclear: когда цены на энергосистемы низки, атомные станции должны отключаться.

Министерство энергетики США выбрало три ядерных предприятия в качестве партнеров Национальной лаборатории штата Айдахо для начала производства водорода для коммерческого использования.

В случае успеха проект окажет положительное влияние на финансовое состояние коммунальных предприятий.

Участники программы: компания Akron, штат Огайо, является лидером отрасли FirstEnergy Solutions, которая владеет и управляет атомной электростанцией Davis-Besse; Xcel Energy, энергетическая компания из Миннеаполиса, которая владеет и управляет двумя атомными станциями в Миннесоте; и
Arizona Public Service (APS), утилита Феникс, штат Аризона, которая управляет генераторной станцией Palo Verde.

В рамках двухлетнего проекта FirstEnergy Solutions будет развернута установка низкотемпературного электролиза мощностью от 1 до 3 МВт для производства коммерческих количеств водорода. Первая площадка, запланированная на 2020 год, — это атомная электростанция FirstEnergy Solution Davis-Besse недалеко от Толедо, штат Огайо.

Водород из Davis-Besse может первоначально использоваться для снабжения парков общественного транспорта в Огайо, в новых заводах прямого восстановления железа, строящихся для производства стальных изделий, или для других коммерческих продуктов.

Проект продемонстрирует, как водород из коммерческих ядерных операций может быть использован для производства «зеленых» продуктов и товаров в значительных количествах для внутреннего использования и для экспорта на международные рынки. Например, в Германии сейчас ходят пригородные пассажирские поезда, работающие на водороде.

Вторая площадка, запланированная на 2021 год, будет располагаться на атомной площадке Xcel Energy и использовать технологии производства водорода, которые могут быть использованы для снижения воздействия на окружающую среду ряда промышленных процессов и, возможно, также в транспортном секторе.

Демонстрационный проект в Xcel Energy поможет определить, может ли производство водорода увеличить растущий углеродный след компании. Перенаправление ядерной энергии с производства электроэнергии на производство водорода может помочь сбалансировать электрическую сеть с увеличением количества энергии ветра и солнца в системе.

Компания также тестирует гибкие операции на своих атомных станциях, но водород может создать совершенно новый поток создания ценности. Xcel Energy планирует сократить выбросы углекислого газа на 80 процентов на верхнем Среднем Западе к 2030 году (с уровня 2005 года) и преследует цель обеспечить электроэнергию из 100 процентов безуглеродных источников к 2050 году.

Третье место, запланированное на 2020-2022 годы, будет располагаться на генерирующей станции APS Palo Verde недалеко от Финикса, штат Аризона. Это позволит использовать аналогичные или более передовые технологии производства водорода. Водород из Palo Verde может использоваться в качестве накопителя энергии для использования в реверсивном электролизе или пиковых газовых турбинах в течение дня, когда фотоэлектрические источники солнечной энергии недоступны, а запасы энергии на юго-западе США низки.

Он также может быть использован для поддержки рынка транспортировки водородного топлива. Опыт осуществления этого пилотного проекта позволит получить ценную информацию о методах гибкого перехода между миссиями по производству электроэнергии и водорода на рынках электроэнергии с преобладанием солнечной энергии. Кроме того, он может продемонстрировать, как водород может использоваться в качестве накопителя энергии для обеспечения электроэнергией в рабочие периоды, когда солнечная энергия недоступна.

В то время как некоторые отраслевые аналитики спрашивали, почему Министерство энергетики США назвало бы этот проект “демонстрацией”, другие указали на то, что это может быть стратегией устранения необходимости и проблемы атомной электростанции, чтобы сделать нагрузку следующей с более дешевым, но прерывистым возобновляемым поколением.

Вместо того, чтобы снижать нагрузку, когда возобновляемые источники энергии находятся на номинальной мощности, нагрузка будет перенесена на производство водорода, и реактор будет поддерживаться на полной мощности, тем самым устраняя хорошо известные эксплуатационные проблемы, связанные с нагрузкой. Другими словами, это форма «замены нагрузки», чтобы облегчить работу по обеспечению совместимости атомных электростанций в сети с прерывистым характером возобновляемых источников энергии.

First Energy запланировала закрытие Davis-Besse вместе с заводом Perry в Огайо из-за невозможности конкурировать с низкой ценой на природный газ. Новый проект может повысить доходность коммунальных услуг и сохранить завод открытым. Проект DOE стоит $ 11,5 млн, из которых $9 млн будет выделено на усилия Davis-Besse.

Производство водорода может стать новой энергетической альтернативой, которая сохранит конкурентоспособность атомных электростанций в течение многих лет.

Затраты на проект будут распределены между федеральными агентствами, отраслевыми командами и государственными и частными лабораториями. Министерство энергетики США инвестирует $ 9,184,229, в то время как не-DOE партнеры будут инвестировать $2,299,391, в общей сложности $11,483,620. В соответствии с этим предложением FirstEnergy Solutions разработает гибридную энергетическую систему реактора на легкой воде (LWR) для установки в Davis-Besse.

Соединенные Штаты производят более 10 миллионов тонн водорода, что составляет почти одну седьмую мировых поставок, в первую очередь для переработки нефти и производства удобрений.

Елизавета Коробкова

Редактор ЭНЕРГОСМИ.РУ