Технико-экономическое обоснование использования замкнутого водородного цикла для повышения эффективного регулировочного диапазона АЭС

В связи с ростом доли АЭС в энергосистемах возникает необходимость их привлечения к покрытию неравномерностей суточного энергопотребления, что может негативно сказаться на их экономической эффективности. Одним из перспективных направлений обеспечения экономической эффективности АЭС в складывающихся системных условиях является интеграция в состав энергоблоков АЭС водородного энергокомплекса, который позволяет накапливать энергию в виде водорода и кислорода во время разгрузки АЭС с целью повышения мощности энергоблока за счет сжигания накопленных газов во время повышенного спроса на электроэнергию. В статье исследуется энергокомплекс с замкнутым водородным циклом, позволяющий значительно повысить безопасность использования водородного топлива на АЭС. В связи с перспективностью данной технологии в статье ставится задача технико-экономического анализа водородного энергокомплекса в сравнении с альтернативными технологиями накопления энергии в условиях неравномерного графика электрических нагрузок: гидроаккумулирующими электростанциями, системами теплового аккумулирования на основе аккумуляторов фазового перехода, обратимыми топливными элементами. На основе полученных результатов построена номограмма для оценки технико-экономической эффективности водородного энергокомплекса в зависимости от требуемых исходных условий. Полученные результаты доказывают перспективность дальнейшего развития разработанной схемы комбинирования водородного энергокомплекса и энергоблока АЭС.

1. . РБК. В Испании начали судебное расследование причин блэкаута. Официальный сайт. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.rbc.ru/politics/29/04/2025/6810e66c9a794714ddd6d9da

2. . The conversation. Испания-Португалия: блэкауты: что произошло на самом деле и чему могут научиться Иберия и Европа? Официальный сайт. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://theconversation.com/spain-portugal-blackouts-whatactually-happened-and-what-can-iberia-and-europelearn-from-it-255666

3. . Power. Разбираемся в причинах блэкаута на Пиренейском полуострове в апреле 2025 года: предварительный анализ и извлеченные уроки. Официальный сайт. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.powermag.com/understanding-the-april2025-iberian-peninsula-blackout-early-analysis-andlessons-learned/

4. . Распоряжение Правительства РФ от 12.04.2025 N 908-р. «Об утверждении Энергетической стратегии Российской Федерации на период до 2050 г.»

5. . Правительство Франции. Закон № 2015-992 от 17 августа 2015 г. «О переходе на экологически чистую энергию для роста».

6. . Пахалуев В. М., Щеклеин С. Е., Матвеев А. В. Гелиосистема с сезонным аккумулятором теплоты // Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE). – 2018. – № (1-3). – С. 17-25. DOI: 10.15518/isjaee.2018.01-03.017-025.

7. . Габдерахманова Т. С., Директор Л. Б., Попель О. С., Тарасенко А. Б. Сравнительный анализ электрохимических накопителей энергии // Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE). – 2015. – № 23. – С. 184-195. DOI: 10.15518/isjaee.2015.23.023.

8. . Деньщиков К. К., Вараксин А. Ю. Гибридные технологии для создания систем накопления энергии // Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE). – 2019. – № (7-9). –С. 106-115. DOI: 10.15518/isjaee.2019.07-09.106-115.

9. . Панфилов А. А. Обоснование основных параметров ветроэлектрических установок с учётом природно-климатических условий Российской Федерации // Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE). – 2014. – № 11. – С. 49-55.

10. . Aminov R. Z., Egorov A. N., Ryzhkov A. A. Investigation of the Combustion of a H2–O2–H2О Fuel Mixture in a Combustion Chamber of a Hydrogen Steam Generator // High Temperature. – 2022. – V. 60. – I. 4. – Pp. 505-512. DOI: 10.1134/S0018151X22040174.

11. . Aminov R. Z., Egorov A. N. Experimental and theoretical study of combustion efficiency of hydrogen-oxygen mixture at pressure of 0.25 to 6.0 MPa // International Journal of Energy Research. – 2022. – V. 46. – I. 12. – Pp. 17682-17692. DOI: 10.1002/er.8383.

12. . Yurin V. E., Egorov A. N., Bashlykov D. O. The concept of autonomous hydrogen energy complex: Adaptation of large nuclear power units to uneven energy consumption schedules // Nuclear Engineering and Design. – 2024. – V. 426. – Pp. 113328. DOI: 10.1016/j.nucengdes.2024.113328.

13. . 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

14. . Aminov R. Z., Egorov A. N. Assessment of technical and economic efficiency of a closed hydrogen cycle at NPP // International Journal of Hydrogen Energy. – 2020. – V. 45. – I. 32. – Pp. 15744-15751. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2020.04.068

15. . Егоров А. Н., Юрин В. Е. Сравнительный анализ технико-экономической эффективности производства пиковой электроэнергии на АЭС с использованием электролизного водорода на базе замкнутого водородного цикла // Вопросы электротехнологии. – 2025. – № 4. – С. 55-60.

16. . Malyshenko S. P., Gryaznov A. N., Filatov N. I. High-pressure H2/O2 – steam generators and they possible applications // International Journal of Hydrogen Energy. – 2004. – V. 29. – Pp. 589-596.

17. . Development of Hydrogen-combustion Turbine. 1998. [Online]. Available: https://www.enaa.or.jp/WE-NET/report/1998/english/8_2.htm

18. . Aminov R. Z., Egorov A. N. Evaluation of the efficiency of combining wet-steam NPPs with a closed hydrogen cycle // IOP Conf. Series: Journal of Physics: Conf. Series. – 2018. – V. 1111. – Pp. 012022. DOI: 10.1088/1742-6596/1111/1/012022

19. . Aminov R. Z., Egorov A. N., Yurin V. E., Bessonov V. N. Multifunctional backup for NPP internal needs // Atomic Energy. – 2017. – V. 121. – I. 5. – Pp. 327-333. DOI: 10.1007/s10512-017-0206-3

20. . Aminov R. Z., Yurin V. E., Egorov A. N. A comprehensive analysis of emergency power supply systems at NPPs with WWER-1000 type reactors based on additional steam turbines in the context of Balakovo NPP // J. Phys.: Conf. Ser. – 2018. – V. 1111. – P. 012026. DOI: 10.1088/1742-6596/1111/1/012026

21. . Aminov R. Z., Yurin V. E., Kuznetsov D. Y. Investigation of the Cooling of Water-Cooled and -Moderated Reactors Based on Electricity Generation Via Residual Heat in Emergency Situations with De-Energization // Atomic Energy. – 2020. – V. 128(4). – Pp. 211-217.

22. . Aminov R. Z., Egorov A. N., Yurin V. E. Hydrogen cycle, based backup for NPP internal needs during a blackout // Atomic Energy. – 2013. – V. 114. – I. 4. – Pp. 289-292. DOI: 10.1007/s10512-013-9712-0

23. . Аминов Р. З., Егоров А. Н. Эффективность сжигания водорода с избытком окислителя в замкнутом водородном цикле на АЭС // Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE). – 2019. – № 22-27. – C. 53-63. DOI: 10.15518/isjaee.2019.22-27.053-063

24. . Malyshenko S. P., Prigozhin V. I., Savich A. R. et al. Effectiveness of steam generation in oxyhydrogen steam generators of the megawatt power class // High Temp+. – 2012. – V. 50. – Pp. 765-773

25. . Малышенко С. Л., Пригожин В. И., Рачук В. С. Водород-кислородные парогенераторы // Современное машиностроение. – 2009. – № 2-3(8-9). – 54 с.

26. . Пат. РФ 2661231. Способ водородного перегрева пара на АЭС / Аминов Р. З., Егоров А. Н.; заявители и патентообладатели Аминов Р. З., Егоров А. Н. № 2017133941; заявл. 28.09.2017; опубл. 13.07.2018, Бюл. № 20

27. . Egorov A. N., Yurin V. E. Comprehensive study of the technical and economic efficiency of a hydrogen energy complex with a closed fuel cycle // International Journal of Hydrogen Energy. – 2025. – V. 147. – Pp. 149977. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2025.06.167

28. . Bairamov A. N., Makarov D. A., Mrakin A. N., Portyankin A. V. Development and substantiation of a method for safe use of hydrogen in the event of overheating of the working steam in the steam turbine cycle of nuclear power plants // International Journal of Hydrogen Energy. – 2025. – V. 133. – Pp. 560-582.

29. . Байрамов А. Н., Юрин В. Е. Разработка компоновочных решений водородного комплекса при комбинировании с АЭС // Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE). – 2025. – № 03(432). – С. 27-45. DOI: 10.15518/isjaee.2025.03.027-045

30. . Егоров А. Н., Аношин Д. М., Макаров Д. А. Оценка капитальных вложений и эксплуатационных затрат в основные элементы замкнутого водородного цикла // Энергобезопасность и энергосбережение. – 2025. – № 3 (123). – С. 21-33.

31. . Трухний А. Д., Петрунин С. В. Расчет тепловых схем парогазовых установок утилизационного типа. Методическое пособие / А. Д. Трухний, С. В. Петрунин. – М.: МЭИ, 2001. – 24 с.

32. . Байрамов А. Н. Разработка научных основ повышения эффективности АЭС при комбинировании с водородным комплексом: дис. на соискание ученой степени докт. техн. наук: 05.14.01. Саратов, 2022. – 397 с.

33. . Yurin V. E., Egorov A. N., Anoshin D. M. Comparison of the economic conditions of energy storage systems efficiency at nuclear power plants: latent heat thermal energy storage and autonomous hydrogen energy complex // International Journal of Hydrogen Energy. – 2025. – V. 194. – P. 152413. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2025.152413

34. . Юрин В. Е. Исследование систем активного отвода остаточного тепловыделения реакторов на базе комбинирования АЭС с многофункциональными установками // Дис. канд. техн. наук 05.14.01. СГТУ имени Гагарина Ю. А., Саратов, 2015. – 122 с.

35. . Официальный сайт о размещении заказов на закупки товаров, работ и услуг для нужд Госкорпорации «Росатом». Закупка 170728/0591/246 «Поставка комплекта основного теплотехнического оборудования турбоустановки, ее основных и вспомогательных систем для блоков № 1, 2». [Электронный ресурс]: Режим доступа: https://zakupki.rosatom.ru/1707280591246

36. . Сайт ООО «МЕТПРОК». Прайс-лист на резервуары, емкости. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://metproc.ru/metalokonstryktsii-jomkostirezervyaru

37. . Правительство Российской Федерации. Постановление от 1 января 2002 г. N 1 «О классификации основных средств, включаемых в амортизационные группы»

38. . Вестник атомпрома. Мирный атом на работе. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://atomvestnik.ru/2022/09/27/mirnyj-atom-na-rabote/

39. . Average Power Plant Operating Expenses for Major U.S. Investor-Owned Electric Utilities, 2008 through 2018. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.eia.gov/electricity/annual/html/epa_08_04.html

40. . Summer energy market and reliability assessment. Federal Energy Regulatory Commission. 2020. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.ferc.gov/market-assessments/reports-analyses/mkt-views/2017/2017-summer-assessment.pdf

41. . European electricity markets panorama: France. AleaSoft Energy forecasting. 2020. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://aleasoft.com/european-electricity-markets-panorama-france

42. . 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

43. . Приказ Федеральной службы по тарифам от 13 октября 2010 г. N 486-э «Об утверждении Порядка определения цены на мощность вводимых в эксплуатацию новых атомных и гидроэлектростанций (в том числе гидроаккумулирующих электростанций)»

44. . Приказ ФАС России от 19.12.2025 N 1127/25 «О ценах на мощность, поставляемую по договорам купли-продажи (поставки) мощности в 2026 году на оптовый рынок электрической энергии (мощности) с использованием новых объектов атомных станций и гидроэлектростанций»

45. . Проект Приказа Федеральной антимонопольной службы «О ценах на мощность, поставляемую по договорам купли-продажи (поставки) мощности в 2026 году на оптовый рынок электрической энергии (мощности) с использованием новых объектов атомных станций и гидроэлектростанций» (подготовлен ФАС России 04.12.2025)

46. . Aminov R. Z., Yurin V. E., Murtazov M. A. Efficiency and economic assessment of combining nuclear power plants with multifunctional heat accumulation systems // International Journal of Energy Research. – 2021. – V. 45. – I. 8. – Pp. 12464-12473.

47. . Aminov R. Z., Anoshin D. M., Garievsky M. V. Numerical modeling of discharge modes and evaluation of the major characteristics of latent heat thermal energy storage at a nuclear power plant // Journal of Energy Storage. – 2024. – V. 99. – P. 113209.

48. . Yurin V. E, Garievsky M. V., Anoshin D. M. Conditions for economic efficiency of latent heat thermal energy storage systems at nuclear power plants // Nuclear Engineering and Design. – 2024. – V. 429. – P. 113581.

49. . Аношин Д. М. Оценка экономической эффективности системы теплового аккумулирования на основе аккумуляторов фазового перехода в комплексе с многофункциональной паровой турбиной в составе АЭС // Энергобезопасность и энергосбережение. – 2024. – № 4. – С. 17-26.

50. . Аминов Р. З., Гариевский М. В., Аношин Д. М. Разработка конструктивных решений аккумулятора фазового перехода в условиях его функционирования в едином энергокомплексе с АЭС // Теплоэнергетика. – 2024. – № 3. – С. 18-31.

51. . Сайт ООО «МЕТПРОК». Прайс-лист на трубный металлопрокат. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://metproc.ru/truby

52. . Инвестиционная программа ПАО «РусГидро» на 2013-2017 годы: утв. Советом директоров ПАО «РусГидро» от 29 марта 2013 года. ПАО «РусГидро»: офиц. сайт. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://rushydro.ru/activity/invest/investprogramm/2013

53. . Juan I. Pérez-Díaz, M. Chazarra, J. GarcíaGonzález, G. Cavazzini, A. Stoppato. Trends and challenges in the operation of pumped-storage hydropower plants // Renewable and Sustainable Energy Reviews. V. 44. 2015. pp. 767-784. DOI: 10.1016/j.rser.2015.01.029

54. . Shawe R. Reversible Fuel Cells: A Comprehensive Analysis of Challenges, Opportunities, and Regulatory Perspectives // Journal of Power and Energy Engineering. – 2025. – V. 13. – Pp. 1-18.

55. . U. S. Department of Energy. Hydrogen Program 2023 Annual Merit Review and Peer Evaluation Report: Fuel Cell Technologies. офиц. сайт. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.hydrogen.energy.gov/docs/hydrogenprogramlibraries/pdfs/review23/2023-amr-07-fuel-cell-technologies.pdf?sfvrsn=a44d9e0d_1

56. . U. S. Department of Energy. Hydrogen and Fuel Cell Technologies Office Multi-Year Program Plan: Fuel Cell Technologies офиц. сайт. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.energy.gov/sites/default/files/2024-05/hfto-mypp-fuel-cell-technologies.pdf

57. . Elliot Padgett et al. Quantifying Sources of Voltage Decay in Long-Term Durability Testing for PEM Water Electrolysis // J. Electrochem. Soc. – 2025. – I. 172. – P. 054508.

58. . Stewart W. R., Shirvan K. Capital cost estimation for advanced nuclear power plants // Renewable and Sustainable Energy Reviews. – 2022. – V. 155. – P. 111880.

59. . Grigoriev S. A. et al. Current status, research trends, and challenges in water electrolysis science and technology // International Journal of Hydrogen Energy. – 2020. – V. 45. – I. 49. – Pp. 26036-26058.

60. . Распоряжение Правительства Российской Федерации №705-р от 18 апреля 2016 [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://government.ru/docs/22720

61. . Аминов Р. З. Оценка системной эффективности атомно-водородного энергетического комплекса / Р. З. Аминов, А. Н. Байрамов, М. В. Гариевский // Теплоэнергетика. – 2019. – № 3. – C. 57-71.

62. . Trading economics. EU Natural Gas. Европа (TTF хаб, Нидерланды). [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://tradingeconomics.com/commodity/eu-natural-gas

63. . Аналитический центр при правительстве РФ. Водородная энергетика. Дивизион Наука и инновации // Водородный бюллетень. – 2020. – № 89. – 29 с.