Как избыток возобновляемой энергии снизит стоимость зеленого водорода на 20%

Использование избыточной возобновляемой энергии, которая в противном случае была бы потеряна из-за ограничений пропускной способности сетей, может снизить стоимость производства зеленого водорода на 15–20 процентов в регионах с частыми перегрузками. Таков вывод нового исследования, опубликованного в журнале Joule. Ученые из Университета Виктории в Новой Зеландии смоделировали сценарии, при которых электролизеры работают только в периоды избытка энергии от ветряных и солнечных станций, что позволяет сократить операционные расходы и приблизить зеленый водород к конкурентоспособности с серым водородом из природного газа.

Избыток энергии как ресурс для электролиза

Производство зеленого водорода методом электролиза требует огромных объемов электроэнергии, что делает его дорогим по сравнению с серым водородом, получаемым из природного газа. Ученые давно ищут способы снизить затраты, и одним из перспективных направлений считается использование избыточной возобновляемой энергии, которая возникает, когда ветряные или солнечные станции вырабатывают больше энергии, чем может пропустить инфраструктура. Такие излишки часто приводят к отключению генерации или отрицательным ценам на электроэнергию. Используя эту дешевую энергию, можно снизить операционные расходы на производство водорода.

Исследователи смоделировали сценарии, при которых электролизеры работают только в периоды избытка возобновляемой энергии. Модель учитывала данные по ветровой и солнечной генерации, а также стоимости электролизеров и их эксплуатации. Оказалось, что в некоторых регионах, например в Техасе, где часты перегрузки сетей, такой подход может сократить стоимость зеленого водорода на 15–20 процентов по сравнению с непрерывным производством. Однако выгода сильно зависит от частоты и продолжительности периодов избытка энергии.

Почему избыток возобновляемой энергии часто пропадает?

Проблема перегрузки электросетей становится все более актуальной по мере роста доли возобновляемых источников энергии. Ветряные и солнечные станции часто вырабатывают больше энергии, чем может быть передано или потреблено, особенно в удаленных районах. Это приводит к срезке генерации и потерям. Использование этих излишков для производства водорода могло бы решить сразу две задачи: утилизировать избыточную энергию и снизить себестоимость водорода. Ветровая энергия, как правило, дает более длительные периоды избытка, чем солнечная, что делает ее более подходящей для прерывистого электролиза.

Предыстория и контекст

Зеленый водород считается ключевым элементом декарбонизации промышленности и транспорта, но его высокая стоимость тормозит внедрение. Традиционно электролизеры работают круглосуточно, используя энергию из сети, что делает их зависимыми от средних цен на электроэнергию. Идея использовать периоды избытка возобновляемой энергии обсуждается давно, но до сих пор не было точной экономической оценки. Новое исследование впервые предоставляет детальный анализ затрат с учетом реальных данных о генерации и стоимости оборудования.

Как это работает на практике?

Электролизеры, работающие в прерывистом режиме, могут запускаться только при наличии дешевой электроэнергии. Однако это требует более сложного управления и дополнительных затрат на оборудование, которое должно выдерживать частые циклы включения-выключения. Кроме того, производительность электролизера в таком режиме может быть ниже, чем при непрерывной работе. Исследователи учли эти факторы в своей модели, показав, что при определенных условиях экономия все равно возможна. Ключевой фактор — стоимость электролизера: если она продолжит снижаться, как прогнозируется, то прерывистый режим станет более выгодным.

Технические и экономические детали

Модель оценивает уровень приведенной стоимости водорода (LCOH) для различных сценариев. В базовом сценарии с непрерывным питанием от сети LCOH составляет около 5 долларов за килограмм. При использовании только избыточной энергии LCOH снижается до 4–4,5 долларов в регионах с частыми перегрузками. Однако в регионах с редкими излишками затраты могут даже вырасти из-за низкой загрузки оборудования. Важна продолжительность периодов избытка: чем они дольше, тем эффективнее использование электролизера. Ветровая энергия, как правило, дает более длительные периоды избытка, чем солнечная.

Кого затронет и как

Для производителей водорода этот подход открывает возможность снизить себестоимость, но требует инвестиций в гибкие электролизеры и системы управления. Для энергокомпаний это способ утилизировать избыточную мощность и избежать штрафов за срезку генерации. Для потребителей — потенциально более дешевый зеленый водород, но пока лишь в регионах с развитой возобновляемой энергетикой и перегруженными сетями. В России, где есть проекты по зеленому водороду, например на Кольском полуострове с ветровой энергией, результаты исследования могут быть актуальны. Однако инфраструктурные ограничения и цены на электроэнергию отличаются, поэтому необходимы локальные расчеты.

Что будет дальше

Исследователи планируют уточнить модель, включив в нее реальные данные о ценах на электроэнергию и стоимости электролизеров. Также необходимо изучить долгосрочное влияние прерывистой работы на износ оборудования. В ближайшие годы можно ожидать пилотных проектов, особенно в Техасе, Дании и других регионах с высокой долей ветровой энергии. Если стоимость электролизеров упадет ниже 500 долларов за киловатт, как прогнозируется, экономика зеленого водорода из избытков станет еще привлекательнее.

Итог

Использование избыточной возобновляемой энергии от перегрузок сетей может снизить стоимость зеленого водорода на 15–20 процентов в благоприятных регионах. Однако этот путь не универсален и требует тщательного анализа локальных условий. Тем не менее, он представляет собой многообещающий способ ускорить переход к водородной экономике без дополнительных инвестиций в генерацию.