Исследование эффективности производства товарного водорода на АЭС. Сравнение с автономным производством малой мощности

В связи с увеличением доли энерговыработки атомных электростанций и появлением новых требований системного оператора Единой энергетической системы (ЕЭС) РФ встает вопрос о повышении эффективности работы АЭС на переменном режиме. При этом работа АЭС экономически целесообразна с максимальным коэффициентом использования установленной мощности по причине значительных капиталовложений при низкой цене на ядерное топливо. Возможным решением регулирования отпускаемой электроэнергии во внепиковые часы энергопотребления является направление ее избытка на производство водорода с дальнейшей его реализацией потребителям без уменьшения мощности энергоблока АЭС. Согласно проведённому анализу, большинство предприятий, являющихся потенциальными потребителями водорода с АЭС, имеют собственные модульные установки для его производства. В работе проведен сравнительный анализ централизованного производства водорода на АЭС и на местах его потребления. Суточный период производства водорода на АЭС ограничен ночным периодом, когда есть избыток генерирующих мощностей в энергосистеме. При этом местное производство водорода может осуществляться равномерно в течение суток. Это приводит к удорожанию производства водорода на АЭС за счет более объемной системы хранения и увеличения числа компрессорных и электролизных установок. Для АЭС потребуются значительные затраты на транспортировку генерируемого газа. При этом фактором преимущества АЭС становится стоимость потребляемой электроэнергии, принятой на уровне себестоимости ее производства. Для промышленных потребителей тариф на электроэнергию значительно выше. В работе проведена сравнительная оценка себестоимости производства водорода на АЭС и на месте его потребления с учетом диапазона системных условий. Дополнительно принята сбытовая надбавка к себестоимости производства водорода на АЭС. Выделены зоны конкурентной эффективности реализации водородного комплекса на АЭС, в которых производство водорода на месте его потребления требует больших затрат, чем покупка товарного водорода с АЭС. На основе определенного конкурентного диапазона сбытовой надбавки к цене продажи водорода на АЭС и принятых исходных условий проведена оценка накопленного чистого дисконтированного дохода и срока окупаемости установки по производству водорода при его реализации на АЭС на продажу.

1. Юрин В. Е., Егоров А. Н. Первичное регулирование частоты тока в энергосистеме атомными электростанциями на основе водородно-теплового аккумулирования // Альтернативная энергетика и экология. – 2021. – № (01-03). – С. 21-33

2. Yurin V. E., Egorov A. N. Multi-channel general reservation of NPP own needs on the basis of combination with autonomous hydrogen energy complex. International Journal of Hydrogen Energy. – 2024. – V. 60. – pp. 1068-1076. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2024.01.225

3. Egorov A. N., Yurin V. E. Comprehensive methodology for identifying tariff zones of efficiency of hydrogen-thermal accumulation system at the NPP // International Journal of Hydrogen Energy. – 2021. – V. 46. – I. 69. – pp. 34097-34104. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2021.08.030

4. Байрамов А. Н. Оценка эффективности перспективных вариантов схем комбинирования АЭС с водородным комплексом // Энергетик. – 2023. – № 2. – С. 8-13.

5. Bayramov A. N. Comprehensive assessment of system efficiency and competitiveness of nuclear power plants in combination with hydrogen complex // International Journal of Hydrogen Energy. – 2023. – V. 48. – I. 70. – pp. 27068-27078

6. Li Y. Life cycle cost and sensitivity analysis of a hydrogen system using low-price electricity in China // International Journal of Hydrogen Energy. – 2017. – V. 42. – I. 4. – pp. 1899-1911

7. Stoots C. M. High-temperature electrolysis for large-scale hydrogen production from nuclear energy – Experimental investigations // International Journal of Hydrogen Energy. – 2010. – V. 35. – I. 10. – pp. 4861-4870

8. Rosner F., Papadias D., Brooks K. Green steel: design and cost analysis of hydrogen-based direct iron reduction // Energy Environ. Sci. – 2023. – V. 16. pp. 4121-4134. DOI: 10.1039/D3EE01077E

9. Воробьев Н. И. Технология связанного азота и азотных удобрений: – Минск: БГТУ, 2011. – 216 с.

10. Информация о компании // АО «Апатит»: официальный сайт. Режим доступа: https://www.phosagro.ru/about/holding_balakovo/

11. Информация о компании // АО «Балтекс»: официальный сайт. Режим доступа: https://www.newbaltex.ru/

12. Информация о компании // ООО «Саратоворгсинтез»: официальный сайт. Режим доступа: https://saratov.lukoil.ru/ru/About/GeneralInformation

13. Тендер от компании «Саратоворгсинтез» на закупку технических газов – № 48682624. – Т-112

14. Информация о компании // ПАО «Саратовский НПЗ»: официальный сайт. Режим доступа: https://sarnpz.rosneft.ru/about/Glance/OperationalStructure/Perera-botka/sarnpz

15. Информация о компании // АО «Саратовстройстекло»: официальный сайт. Режим доступа: https://xn--80aagmthhtbendhfdjde.xn--p1ai/

16. Ланин А. В., Голант К. М., Николин И. В. Взаимодействие молекулярного водорода с легированным кварцевым стеклом сердцевины оптических волокон при повышенных температурах // Журнал технической физики. – 2004. – Т. 74. – № 12. – С. 61-66.

17. Информация о компании // Саратовский резервуарный завод: официальный сайт. Режим доступа: https://sarrz.ru/

18. Информация о компании // Саратовский Жировой Комбинат: официальный сайт. Режим доступа: https://solpro.ru/about/companies/szk/

19. Информация о компании // Российские железные дороги: официальный сайт. Режим доступа: https://www.rzd.ru/

20. Григорович Д. Н. Формирование предложений по использованию водородного топлива на железнодорожном транспорте с учетом анализа зарубежного опыта бюллетень объединенного ученого совета ОАО РЖД. – 2013. – № 6. – С. 37-50.

21. Пресс-служба АО «РЖД»: Водород разгонит поезда // Гудок: официальный сайт. 2021. Режим доступа: https://gudok.ru/newspaper/?ID=1554543&archive=2021.02.26 26.06.2021. №32

22. Тендер от компании «Электросталь» на поставку установки по производству водорода – № 47853740

23. Тендер от компании «Стройстекло» на поставку установки по производству водорода – № 32110927105

24. Аминов Р. З., Байрамов А. Н., Шацкова О. В. Оценка эффективности водородных циклов на базе внепиковой электроэнергии АЭС // Теплоэнергетика. – 2009. – № 11. – С. 41-45

25. НТП 24-94. Нормы технологического проектирования производства водорода методом электролиза воды. – Москва, 1994. – 37 с.

26. Водородная энергетика. Дивизион Наука и инновации / Аналитический центр при правительстве РФ // Водородный бюллетень. – 2020. – № 89. – С. 22-23

27. Алексеева О. К., Козлов С. И., Фатеев В. Н. Транспортировка водорода. Альтернативное топливо. – 2011. – № 3(21). – С. 18-24

28. Cheng W., Cheng F. A techno-economic study of the strategy for hydrogen transport by pipelines in Canada // Journal of Pipeline Science and Engineering. – In Press. DOI: 10.1016/j.jpse.2023.100112

29. Oney F., Veziroglu T. N., Dulger Z. Evaluation of pipeline transportation of hydrogen and natural gas mixtures // Int. J. Hydrogen Energy. – 1994. – V. 19. – № 10. – pp. 813-822.

30. Reddi K. Techno-economic analysis of conventional and advanced high-pressure tube trailer configurations for compressed hydrogen gas transportation and refueling // International Journal of Hydrogen Energy. – 2018. – V. 43. – I. 9. – pp. 4428-4438.

31. . Bellotti D. Thermo-economic comparison of hydrogen and hydro-methane produced from hydroelectric energy for land transportation // International Journal of Hydrogen Energy. – 2015. – V. 40. – I. 6. – pp. 2433-2444.

32. Lahnaoui A. Optimizing hydrogen transportation system for mobility via compressed hydrogen trucks // International Journal of Hydrogen Energy. – 2019. – V. 44 – I. 35. – pp. 19302-19312.

33. Otto M. Optimal hydrogen carrier: Holistic evaluation of hydrogen storage and transportation concepts for power generation, aviation, and transportation // Journal of Energy Storage. – 2022. – V. 55. – Part D. – 105714.

34. Аминов Р. З., Байрамов А. Н. Комбинирование водородных энергетических циклов с атомными электростанциями. – М.: Наука, 2016. – 254 с.

35. Юрин В. Е., Егоров А. Н. Прогнозная экономическая эффективность комбинирования АЭС с автономным водородным энергокомплексом // Альтернативная энергетика и экология. – 2019. – № 13-15. – С.40-51

36. Егоров А. Н., Юрин В. Е. Комплексная методика выявления тарифных зон эффективности многофункциональной системы водородно-теплового аккумулирования на АЭС // Альтернативная энергетика и экология. – 2020. – № 25-27 (347-349). – С. 73-83

37. Юрин В. Е., Егоров А. Н., Москаленко А. Б., Муртазов М. А. Методика комплексного исследования эффективности путей совершенствования АЭС на примере сравнительного анализа автономного водородного энергокомплекса. Труды Академэнерго. – 2020. – № 2. – С. 77-96

38. Байрамов А. Н. Разработка научных основ повышения эффективности АЭС при комбинировании с водородным комплексом / Саратов: СГТУ им. Гагарина Ю. А., 2022. – 397 с.

39. Краснодарский компрессорный завод. Режим доступа: https://kkzav.ru/porshnevye-kompressory/gazy

40. Тарифы на электроэнергию для средних предприятий. Отчет компании ООО «Т2С-Энерго» за 2023 г. Режим доступа: https://time2save.ru/tarify-naelektroenergiu-dlya-srednih-predpriyatiy

41. Прогноз долгосрочного социально-экономического развития Российской Федерации на период до 2030 года. Order of the Government of the Russian Federation dated 06.10.2021 N 2816-р.