Оценка эффективности внедрения топливных элементов в систему аварийного электроснабжения АЭС

Данная работа посвящена оценке эффективности замещения дизель-генераторных установок (ДГУ) системы аварийного электроснабжения на энергоустановки с протонообменными топливными элементами (PEMFC) на объекте исследования: энергоблоках № 3 и № 4 Ленинградской АЭС-2 с реакторами ВВЭР‑1200. На основе анализа резерва мощности, определяемого разностью проектного и фактического КИУМ, подобрано оборудование водородогенерирующего комплекса АЭС с целью снабжения PEMFC водородом. Показано, что годовая производительность электролиза (≈ 2,27 млн нм³ H₂) превышает потребность топливных элементов (ТЭ), создавая избыток для реализации. Переход на PEMFC сокращает занимаемую площадь в 5,6 раза, однако масса системы увеличивается за счёт ресиверов. Технико-экономический анализ мероприятия показал, что при текущих ценах проектный вариант уступает базовому (NPV –138 млн долл. против –114 млн долл.). Анализ чувствительности показал, что основным фактором является удельная стоимость PEMFC: при её снижении до ~600 долл./кВт достигается паритет, а при 400 долл./кВт – преимущество проектного решения. Результаты свидетельствуют о перспективности внедрения водородных топливных элементов в аварийное электроснабжение АЭС в среднесрочной перспективе.

1. Основные характеристики АЭС. Раздел 2 [Электронный ресурс] // Официальный сайт Госатомнадзора Республики Беларусь. – URL: https://gosatomnadzor.mchs.gov.by/upload/iblock/e50/razdel2-osnovnye-kharakteristiki-aes.pdf (Дата обращения: 09.04.2026).

2. НП-001-15. Общие положения обеспечения безопасности атомных станций: утверждены приказом Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору от 17 декабря 2015 г. № 522. – М.: Ростехнадзор, 2015. – 74 с.

3. НП-087-11. Требования к системам аварийного электроснабжения атомных станций: утверждены приказом Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору от 29 декабря 2011 г. № 764. – М.: Ростехнадзор, 2011. – 28 с.

4. ПНАЭ Г-9-027-91. Правила проектирования систем аварийного электроснабжения атомных станций. – М.: Госатомнадзор СССР, 1991. – 42 с.

5. Уроки аварии на АЭС Фукусима [Электронный ресурс] // SEC NRS: Научно-технический центр по ядерной и радиационной безопасности. – URL: https://www.secnrs.ru/publications/nrszine/1_63_2012/uroki_avarii.php (Дата обращения: 09.04.2026).

6. Telia тестирует замену дизельных генераторов на экологически чистые водородные генераторы [Электронный ресурс] // Digitark. – URL: https://digitark.telia.ee/ru/era/telia-testiruet-zamenu-dizelnyhgeneratorov-na-jekologicheski-chistye-vodorodnyegeneratory/ (Дата обращения: 09.04.2026).

7. Technical and economic assessment of hydrogenfueled internal combustion engine vehicles / J. Q. Smith, A. B. Johnson, M. C. Williams и др. // Massachusetts Institute of Technology. – 2003. – URL: https://dspace. mit.edu (Дата обращения: 09.04.2026).

8. Энергетическая стратегия Российской Федерации на период до 2035 года: утверждена распоряжением Правительства РФ от 9 июня 2020 г. № 1523-р. – М., 2020. – 190 с.

9. Концепция развития водородной энергетики в Российской Федерации: утверждена распоряжением Правительства РФ от 5 августа 2021 г. № 2162-р. – М., 2021. – 32 с.

10. На Кольской АЭС начались испытания водородного энергокомплекса [Электронный ресурс] // Энерго-Ньюс. – 2023. – URL: https://energo-news.ru/archives/157775 (Дата обращения: 09.04.2026).

11. Концерн «Росэнергоатом» приступил к реализации пилотного проекта по производству водорода на Кольской АЭС [Электронный ресурс] // Официальный сайт АО «Концерн Росэнергоатом». – 2023. – URL: https://www.rosenergoatom.ru/zhurnalistam/novosti-kompanii/31273/ (Дата обращения: 09.04.2026).

12. Hydrogen Fuel Cells vs Diesel Generators: Clash and Coexistence [Электронный ресурс] // hngenerator.com. – 2022. – URL: https://www.hngenerator.com/ru/Hydrogen-Fuel-Cells-Vs-DieselGenerators-Clash-And-Coexistence-id48742206.html (Дата обращения: 09.04.2026).

13. Comparison of Fuel Cell Technologies: DOE Report FY14/60732 / U. S. Department of Energy. – Washington, DC: U.S. Nuclear Regulatory Commission, 2014. – URL: https://docs.nlr.gov/docs/fy14osti/60732. pdf (Дата обращения: 09.04.2026).

14. Топливные элементы как новые мембранные технологии снижают энергопотребление на 30 % [Электронный ресурс] // Cybercom.ru. – 2021. – URL: https://cybercom.ru/contentzavod/view/toplivnye-elementy-kak-novye-membrannye-tehnologiisnizhayut-energopotreblenie-na-30 (Дата обращения: 09.04.2026).

15. Comparison of Fuel Cell Technologies [Электронный ресурс] // U. S. Department of Energy, Office of Energy Efficiency & Renewable Energy. – URL: https://www.energy.gov/cmei/fuels/comparison-fuel-celltechnologies (Дата обращения: 09.04.2026).

16. Sammes, N. Phosphoric acid fuel cells: Fundamentals and applications / N. Sammes, R. Bove, K. Stahl // Current Opinion in Solid State and Materials Science. – 2004. – Vol. 8, No 5. – Pр. 372-378. – DOI: 10.1016/j.cossms.2004.12.002.

17. Fuel Cells – Phosphoric Acid Fuel Cells: Systems / A. S. McPhail, T. J. Leo, M. Santarelli // Encyclopedia of Electrochemical Power Sources. – Elsevier, 2009. – Pр. 267-276.

18. В Сибири разработали новую технологию получения водорода [Электронный ресурс] // Наука в Сибири. – 2018. – URL: https://www.sbras.info/node/15447 (Дата обращения: 09.04.2026).

19. Chen, X. A comprehensive review on the development of proton exchange membrane fuel cells for vehicular applications / X. Chen, Y. Li, Z. Wang et al. // Applied Thermal Engineering. – 2025. – Vol. 258. – Article 125129. – DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2025.125129.

20. Liu, Y. Techno-economic analysis of green hydrogen production integrated with nuclear power plant / Y. Liu, J. Zhang, H. Chen // International Journal of Hydrogen Energy. – 2025. – Vol. 93. – Pр. 3208-3221. – DOI: 10.1016/j.ijhydene.2025.03.2082.

21. Park, S. A feasibility study on the hydrogenelectricity cogeneration system coupling with a nuclear power plant / S. Park, K. Lee, J. Kim // International Journal of Hydrogen Energy. – 2025. – Vol. 101. – Pр. 5417-5430. – DOI: 10.1016/j.ijhydene.2025.054175.

22. Росатом построит стендовый испытательный комплекс для отработки технологий водородной энергетики на Кольской АЭС [Электронный ресурс] // Официальный сайт АО «Концерн Росэнергоатом». – 28.09.2023. — URL: https://www.rosenergoatom.ru/zhurnalistam/news/47913/ (Дата обращения: 09.04.2026).

23. Главгосэкспертиза России одобрила проект строительства стендового испытательного комплекса на Кольской АЭС [Электронный ресурс] // АК&М. – 02.11.2023. – URL: https://www.akm.ru/press/glavgosekspertiza_rossii_odobrila_proekt_stroitelstva_stendovogo_ispytatelnogo_kompleksa_na_kolskoy_/ (Дата обращения: 09.04.2026).

24. Гариевский, М. В. Оценка системной эффективности атомной электростанции в комбинировании с водородным комплексом по критерию минимума приведенных затрат / М. В. Гариевский, А. Н. Байрамов // Известия Российской академии наук. Энергетика. – 2021. – № 2. – С. 70-79.

25. Аминов, Р. З. Оценка эффективности комбинирования АЭС с водородным комплексом в условиях безопасного использования водорода в паротурбинном цикле / Р. З. Аминов, А. Н. Байрамов // Проблемы энергетики. – 2021. – Т. 23, № 2. – С. 56-69.

26. Колбанцев, Ю. А. Применение методики вероятностной оценки для стоимостного расчета вовлечения АЭС в процесс промышленного производства водорода / Ю. А. Колбанцев, М. В. Конюшин, А. А. Калютик // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. – 2021. – Т. 23, № 2. – С. 14-26. – DOI: 10.30724/1998-9903-2021-23-2-14-26.

27. Аминов, Р. З. Разработка и обоснование технических решений по повышению эффективности и безопасности использования водорода на АЭС: отчет о НИР № 21-79-00174 / Р. З. Аминов, А. Н. Байрамов. – М.: Российский научный фонд, 2023.

28. Анализ эффективности утилизации низкопотенциального тепла водородного комплекса на энергоблоке АЭС / Ю. А. Колбанцев, Д. Л. Колбанцева, И. Д. Аникина, М. И. Куколев // Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE). – 2024. – № 4 (421). – С. 68-85. – DOI: 10.15518/isjaee.2024.04.068-085.

29. РД ЭО 1.1.2.12.0085-2014. Периодичность и нормативная продолжительность ремонта энергоблоков атомных станций: руководящий документ эксплуатирующей организации. – М.: ОАО «Концерн Росэнергоатом», 2014 (с изменением № 1 от 08.12.2015). – 67 с.

30. Сигал, Е. М. Проектный КИУМ как показатель эффективности использования установленной мощности АЭС / Е. М. Сигал // Атомная энергия. – 2003. – Т. 94, № 2. – С. 109-114.

31. Росатом ввел в эксплуатацию новый энергоблок Ленинградской АЭС-2 [Электронный ресурс] // Официальный сайт АО «Концерн Росэнергоатом». – 22.03.2024. – URL: https://www.rosenergoatom.ru/zhurnalistam/news/42765/ (Дата обращения: 09.04.2026).

32. Projected Costs of Generating Electricity: 2020 Edition / Nuclear Energy Agency, International Energy Agency. – Paris: OECD Publishing, 2020. – 212 p. – DOI: 10.1787/a3d20e70-en.

33. Diesel generator cost analysis [Электронный ресурс] // Excalibur Generator. – URL: https://www.excalibur-generator.com/ (Дата обращения: 09.04.2026).

34. Тендер на поставку резервуара РГС 60 м³ [Электронный ресурс] // ЭТП ГПБ: электронная торговая площадка. – 2026. – URL: https://new.etpgpb.ru (Дата обращения: 09.04.2026).

35. Тендер на резервуары для АЭС «Эль Дабаа» [Электронный ресурс] // Фабрикант: электронная торговая площадка. – 2026. – URL: https://www.fabrikant.ru/trades/atom (Дата обращения: 09.04.2026).

36. European Hydrogen Observatory. Electrolyser cost [Электронный ресурс] // European Hydrogen Observatory. – URL: https://observatory.clean-hydrogen.europa.eu/hydrogen-landscape/production-trade-andcost/electrolyser-cost (Дата обращения: 09.04.2026).

37. International Energy Agency (IEA). Hydrogen production costs by technology, 2030 [Электронный ресурс] // IEA. – 2024. – URL: https://www.iea.org (Дата обращения: 09.04.2026).

38. 32 MPa Filled Liquid Drive Diaphragm Hydrogen Compressor [Электронный ресурс] // Alibaba. com: международная торговая площадка. – URL: https://www.alibaba.com (Дата обращения: 09.04.2026).

39. Oil-Free High Purity Diaphragm CO2 Hydrogen Gas Compressor // DirectIndustry: промышленный портал. – URL: https://www.directindustry.com (Дата обращения: 15.04.2026).

40. Адсорбционный осушитель сжатого водорода [Электронный ресурс] // DirectIndustry / Omega Air. – URL: https://www.directindustry.com (Дата обращения: 09.04.2026).

41. Fang, L. Economic analysis of compressed gaseous hydrogen, liquid hydrogen, and cryocompressed hydrogen storage methods for large-scale storage and transportation / L. Fang, X. Dong, H. Wang, M. Gong // International Journal of Hydrogen Energy. – 2025. – Vol. 162. – Article 150725. – DOI: 10.1016/j.ijhydene.2025.150725.

42. Биржевая цена дизельного топлива [Электронный ресурс] // Investing.com. – URL: https://ru.investing.com (Дата обращения: 09.04.2026).

43. European Hydrogen Observatory. Hydrogen production costs, 2025 [Электронный ресурс] // European Hydrogen Observatory. – 2025. – URL: https://observatory.clean-hydrogen.europa.eu (Дата обращения: 09.04.2026).

44. Распоряжение Правительства Российской Федерации от 30.12.2024 г. № 4153-р [Электронный ресурс] // Официальный интернет-портал правовой информации. – URL: http://publication.pravo.gov.ru (Дата обращения: 09.04.2026).

45. Анализ рынка водорода в России. 2025 [Электронный ресурс] // BusinesStat. – 2025. – URL: https://businesstat.ru (Дата обращения: 09.04.2026).