Перспективы замены традиционного топлива для теплоснабжения Мурманской области водородным топливом

В последние годы практически во всех странах мира наращивается генерация тепловой и электрической энергии с использованием технологий ВИЭ. Это связано с удорожанием или истощением традиционных источников энергии, необходимостью надежного и эффективного энергоснабжения удаленных, труднодоступных и изолированных регионов. Водородное топливо может стать альтернативой традиционным источникам энергии, поэтому привлекает все большее внимание в качестве топлива. Производство водородного топлива с помощью электроэнергии, полученной на ВИЭ, имеет самые низкие вредные выбросы, поэтому получает наибольшее распространение. В данном исследовании рассмотрена перспектива производства «зеленого» водорода в арктической зоне. Мурманская область для теплоснабжения использует устаревшее оборудование котельных, работающих на низкокачественном топливе – мазуте. Водород может частично заменить традиционное топливо в виде мазута, если учесть транспортировку мазута до котельной, то стоимость водорода будет конкурентоспособная. Предложены схемы получения водорода: вблизи источника электроэнергии и на площадке промышленного предприятия. В исследовании показана перспективная схема сжигания водорода в действующих водогрейных котлах.

1. Гонсало Х. Сото, Сюань-Хоа Нгьем, Хавьер Мартинес-Кобас. Анализ роли основных политик перехода к энергетике при проникновении возобновляемой энергии в ЕС: оценка энергетической производительности и низкоуглеродной экономики. Индикаторы окружающей среды и устойчивости. – Том 25. – 2025, 100573.

2. Мохадесех Шабани, Сохраб Кордростами, Монирех Джахани Сайяд Новейри. Анализ эффективности возобновляемой энергии с использованием нечеткой динамической модели направленной функции расстояния в условиях естественного и управленческого размещения // Прикладная энергетика. – Том 352. – 2023, 121940.

3. Дж. Р. Чжу, Ихуа Цзинь, Вэйхун Чжу, ДонгКун Ли, Навид Бохлули, Многоцелевое планирование микросетевой системы с учетом возобновляемой энергии и систем хранения водорода с реагированием на спрос // International Journal of Hydrogen Energy. – Том 48. – Выпуск 41. – 2023, – Стр. 15626-15645.

4. Шуджун Ли, Пэн Ван, Цянь Чжан, Цзяшуо Ли, Чжи Цао, Вэнь Ли, Вэй-цян Чен, Мониторинг используемых запасов солнечных электростанций Китая и потенциала переработки материалов с использованием географических данных из нескольких источников // Ресурсы, сохранение и переработка. – Том 212. – 2025, 107920.

5. Юйсинь Инь, Динсян Чжан, Мэнъе Чжу, Хуавей Чжан, Дачуань Лю, Ян Сунь, Хуаци Чжун, Мужэнь Жэнь, Пу Ван. Повышение эффективности землепользования солнечной энергии в Китае и последствия для политики // Солнечная энергия. – Том 280. – 2024, 112867.

6. Зверева Э. Р., Марьин Г. Е., Ахметова И. Г., Зверев Л. О. Перспективы получения зеленого водорода на мини-ГЭС для транспорта // International Journal of Hydrogen Energy, 97, с. 291-298.

7. Мэнди Цзи, Цзяньлун Ван. Обзор и сравнение различных методов производства водорода на основе показателей оценки затрат и воздействия на жизненный цикл // International Journal of Hydrogen Energy. – 2021. – Том 46. – Выпуск 78. – С. 38612-38635.

8. Анна Корппоо, Юрки Луукканен, Ярмо Вехмас, Мия Киннунен. Что идет вниз, должно подняться? Тенденции промышленного использования электроэнергии на Северо-Западе России // Энергетическая политика. – 2008. – Том 36. – Выпуск 9. – С. 3588-3597.

9. Хуан Юй, Линь Го, Мэнгнан Ма, Салах Камель, Вэньюань Ли, Симин Сун. Оценка рисков интегрированных электрических, газовых и централизованных систем теплоснабжения с учетом солнечных тепловых ТЭЦ и электрических котлов // Международный журнал электроэнергетических и энергетических систем. – 2018. – Том 103. – С. 277-287.

10. Шилей Лу, Хаошуан Вэй, Яньбин Цзя, Ран Ван, Юнцзюнь Сан, Цихан Ян. Метод управления системой аккумулирования тепла с изменением фазы электрического котла на основе модели прогнозирования нагрузки в двух временных масштабах // Журнал хранения энергии. – 2025. – Том 107, стр. 114959.

11. Диана Бёттгер, Марио Гётц, Мирто Теофилиди, Томас Брукнер. Управление подачей электроэнергии с помощью установок по производству электроэнергии в теплосистемах с высокой долей возобновляемых источников энергии – Иллюстративный анализ для Германии на основе использования электрических котлов в сетях централизованного теплоснабжения // Энергия. – 2015. – Том 82. – С. 157-167.

12. Сырбу Н. С., Снайдер Г. Т., Шакиров Р. Б., Холмогоров А. О., Жарков Р. В., Цуногай У. Геохимическое распределение гелия, водорода, углекислого газа и метана в грязевых вулканах, горячих источниках и холодных просачиваниях острова Сахалин // Журнал вулканологии и геотермальных исследований. – 2022. – Том 431, 107667.

13. Марьин Г. Е., Титов А. В., Ахметшин А. Р., Ишалин А. В. Повышение эффективности конверсионного газотурбинного двигателя путем добавления водорода в топливный газ // International Journal of Hydrogen Energy, 97, с. 649-656. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2024.11.304

14. Марьин Г. Е., Мингалеева Г. Р., Новоселова М. С., Ахметшин А. Р. Добавление водородного топлива в синтез-газ для возможности сжигания в газовой турбине // International Journal of Hydrogen Energy, 96, с. 378-384. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2024.11.305

15. Илюшин П., Симонов А., Суслов К., Филиппов С. Обеспечение устойчивой работы ветропарков, подключенных к распределительным сетям // Прикладные науки. – 2024. – Т. 14. – С. 9794.

16. Мохаммад Кианнеджад, Мохаммад Реза Салехизаде, Маджид Олуми-Буйги, Луис Баринго. Стохастический подход к предложению фотоэлектрических электростанций на рынках на сутки вперед и балансирующих рынках // Международный журнал электроэнергетики и энергетических систем. – 2023. – Том 147, 108841.

17. Фрэнк Кофи Овусу, Питер Амоако-Йиренки, Нана Кена Фремпонг, Акото Яв Омари-Сасу, Айзек Аджей Менсах, Генри Мартин, Аду Саки. Модель временных рядов, которая, по-видимому, не связана с прогнозированием пикового и краткосрочного спроса на электроэнергию: данные метода Монте-Карло с фильтрацией Калмана // Heliyon. – 2023. – Том 9. – Выпуск 8, e18821.

18. Дэвид Хопвуд. EWEC 2007: путь вперед для Европы // Renewable Energy Focus. – 2007. – Том 8. – Выпуск 4. – С. 34-37.

19. EWEC looking to winds of change // Refocus. – 2007. – Том 8. – Выпуск 2. – С. 8-12.

20. Ачитаев А., Суворов А., Илюшин П., Волкова И., Кан К., Суслов К. Продление срока службы преобразователей переменного тока в постоянный для водородных электролизеров, работающих в составе морских ветровых турбин // International Journal of Hydrogen Energy. – 2024. – Том 51. – С. 137-159.

21. Юйтун У, Гоцин Сюй, Цзюньбо Чжоу, Дапэн Цао. Прогресс в исследовании пористых мембран при электролизе щелочной воды для получения зеленого водорода // Chemical Engineering Journal. – 2025. – Том 505, 159291.

22. Joungho Park, Sungho Kang, Sunwoo Kim, Hana Kim, Hyun-Seok Cho, Jay H. Lee. Сравнительная технико-экономическая оценка щелочного и протонообменного мембранного электролиза для производства водорода в условиях нестабильности возобновляемых источников энергии // Energy Conversion and Management. – 2025. – Том 325, 119423.

23. Jingyi Wang, Jinbin Yang, Yu Feng, Jing Hua, Zhengjian Chen, Mei Liao, Jingran Zhang, Jiang Qin. Comparative experimental study of alkaline and proton exchange membrane water electrolysis for green hydro production // Applied Energy. – 2025. – Volume 379, 124936.

24. Younggeun Lee, Ung Lee, Kyeongsu Kim. A Compare techno-economic and quantitative risk analysis of hydro delivery infrastructure options // International Journal of Hydrogen Energy. – 2021. – Volume 46. – Issue 27. – Pр. 14857-14870.

25. Edward D. Frank, Amgad Elgowainy, Krishna Reddi, Adarsh Bafana. Life-cycle analysis of greenhouse gas emissions from hydro delivery: A cost-guided analysis // International Journal of Hydrogen Energy. – 2021. – Том 46. – Выпуск 43. – С. 22670-22683.

26. Сяоюань Чэнь, Чжоу Пан, Миншунь Чжан, Шань Цзян, Хуан Фэн, Боян Шэнь. Технико-экономическое исследование высокоэнергетической станции зарядки/заправки транспортных средств мощностью 100 МВт: использование 100% возобновляемых, жидководородных и сверхпроводниковых технологий // Преобразование энергии и управление. – 2023. – Том 276, 116463.

27. Марьин Г. Е., Осипов Б. М., Титов А. В., Ахметшин А. Р. Моделирование работы газотурбинной установки тепловой электростанции с системой производства водородного топлива // Международный журнал водородной энергетики. – № 48(12), с. 4543-4550.

28. Бойко Е., Бык Ф., Илюшин П., Мышкина Л., Суслов К. Методы повышения надежности и эксплуатационной гибкости путем интеграции гибридных коммунальных мини-сетей в энергосистемы // Energy Reports. – 2023. – Т. 9. – С. 481-494.

29. Leonardo Santana, Gustavo dos Santos, Ana Santos, Chrislaine Marinho, Artur Bispo, Hugo Villardi, Fernando Pessoa. Оценка экономического влияния источников воды на производство зеленого водорода: подход к анализу затрат // International Journal of Hydrogen Energy. – 2024. – Том 89. – С. 353-363.

30. Akhmetshin A., Marin G., Mendeleev D. Моделирование режимов работы асинхронного двигателя для правильного выбора устройств регулирования напряжения E3S Web of Conferences, 178, ст. № 01015.

31. Yuli Astriani, Wayes Tushar, Mithulananthan Nadarajah. Оптимальное планирование парка возобновляемой энергии для производства зеленого водорода с использованием подробных кривых стоимости и эффективности электролизера PEM // International Journal of Hydrogen Energy. – 2024. – Том 79. – С. 1331-1346.

32. Мостафа Резаев, Александр Акимов, Эван Мак А. Грей. Нормированная стоимость динамического производства зеленого водорода: исследование водородных хабов Австралии // Прикладная энергетика. – 2024. – Том 370, 123645.