Чи готові українські газорозподільні мережі до водню

30 жовтня 2020 Олеся Натха, спеціально для “Української енергетики”

“Українська енергетика” повідомляє про результати першого експерименту щодо передачі водню по газорозподільних мережах.

Незважаючи на активні дебати про практичність застосування водню в енергетичному секторі України, тестування з його передачі через газорозподільні мережі вже проводяться і мають перші результати. “Регіональна газова компанія” відзвітувала про завершення першого етапу водневих експериментів на полігонах РГК в п’яти українських областях, під час яких було перевірено моделі газових мереж на сумісність з воднем у концентрації 99%.

Компанія також почала експерименти з газосумішшю, яке містить 50% водню. На даний момент ці тести виявляють "слабкі місця" системи, проте їх кінцеві результати повинні продемонструвати, як модернізувати мережі для використання газових сумішей з воднем або синтетичними газами. Детальна інформація про експеримент, а також запобігання підвищеній небезпеці при використанні водню в ГРМ міститься у матеріалі.

Репортаж про перший етап випробувань буде опублікований.

Кліматичні зміни диктують умови

Презентація Європейської водневої стратегії (EU Hydrogen Strategy) відбулася у Брюсселі в липні. Згідно зі словами міністра закордонних справ України Дмитра Кулеби, ЄС розраховує на Україну як на одного з ключових партнерів в постачанні водню до Європи.

EU Hydrogen Strategy є частиною Європейського зеленого курсу, згідно з яким ЄС планує щорічно знижувати викиди CO2 на 100 мільйонів тонн та до 2050 року відмовитися від викопних видів пального. Введення внутрішнього оподаткування викидів CO2 в Україні може бути доповнене новим механізмом вуглецевого коригування імпорту в ЄС у 2021-2022 роках.

Як відзначив президент енергетичної асоціації “Українська воднева рада” Олександр Рєпкін, вуглецевий податок на імпорт має зрівняти умови для виробників з країн ЄС та інших країн, стимулюючи їх знижувати викиди СО2, оскільки у противному випадку вартість їх продукції зросте на ринку ЄС. “Новий збір українські виробники можуть уникнути, якщо впроваджують кліматичні стандарти, аналогічні європейським,” – сказав він.

Чи можливо передавати водневі суміші по існуючими ГРМ

На думку голови Експертної Ради з питань розвитку газової промисловості та ринку природного газу Леоніда Уніговського, це абсолютно можливо. “Головні питання стосуються, по-перше, концентрації водню в цих сумішах, а по-друге, що необхідно зробити для підвищення безпеки постачання. По-третє, коли та яким чином будуть розроблені відповідні нормативні документи, які дозволять це робити в Україні,” – прокоментував він. Однак експерт зауважив, що це не станеться найближчим часом: “Я спостерігаю застосування таких сумішей не раніше 2026-2027 років.” Він також додав, що навіть у вказані терміни необхідно буде провести безліч теоретичних і експериментальних досліджень, а також реалізувати значну кількість заходів вже тепер.

Директор енергетичних та інфраструктурних програм Центру Разумкова Володимир Омельченко вважає перспективи практичного застосування водневих сумішей у реальних ГРМ віддаленими, наголошуючи на необхідності глибокого вивчення питання на базі практичних тестів.

Перші підсумки експерименту

Якщо підсумувати результати експерименту на п’яти полігонах та 15 випробуваннях РГК, можна сказати, що на даний момент українські мережі не є герметичними для чистого водню. Ват такий відсоток герметичності призвів до зниження тиску на рівні близько 2,5% за добу.

Про це розповів керівник водневого проєкту, директор департаменту стратегічного планування РГК Станіслав Казда. Варто зазначити, що ці висновки мають відношення до статичної фази дослідження з чистим воднем (99%).

“Не всі матеріали ГРМ, використані при будівництві, підходять для водню чи газосумішей, оскільки більшість мереж збудовані 30-40 років тому і відповідають держстандарту (ГОСТ), а не сучасним європейським стандартам,” – доповнив він.

Згідно з інформацією керівника проєкту, протягом одного тижня на кожному полігоні втрачалася близько 50% тиску (46% за 14 днів). Таким чином, було втрачено приблизно половину обсягу чистого водню, закачаного в трубу. Очікується, що в динамічній фазі експерименту втрати зростуть.

“Відбулося дві основні причини утрат газу, – пояснив Казда, – по-перше, класичні негерметичності на з’єднаннях. Але це пояснює тільки частину падіння тиску. Деяка частина його зниження відбулася за рахунок проникності водню через матеріали. Це свідчить про те, що водень або проникав у матеріали, або матеріал труби насичувався газом.

“Справдилося наше припущення, що буде потрібно змінити структуру українських ГРМ, що потребуватиме усунення різьбових та фланцевих з’єднань, – зауважив він. – Ущільнення рухливих з’єднань є проблемою, оскільки розмір молекули водню менший, ніж у природного газу, метану та його домішок. Одним з основних завдань стане перехід на мінімальну кількість роз’ємних з’єднань. Їхня велика кількість може у майбутньому стати основною проблемою герметичності ГРМ не тільки для водневих сумішей, а й для синтетичних газів.

Випробування триватимуть довше

У дослідженнях буде поглиблено проаналізовано взаємодію водню з матеріалом труби, а не лише з’єднаннями, що вимагатиме набагато більше часу. Як зазначив пан Казда, особливу увагу слід приділити певним матеріалам, які відповідають ГОСТам та не мають аналогів у європейських нормах.

“В даний момент підготовлено методику експерименту, що розпочнеться до кінця року, – розповів керівник проєкту. – Вони триватимуть близько трьох років.” За відомостями компанії, буде досліджено вплив водню на певні матеріали через 1, 3, 6, 12 та 36 місяців за кількома параметрами, основними з яких будуть два: для сталевих матеріалів - вплив на внутрішню корозію при тривалій роботі з воднем, а для поліетилену – насичення матеріалу воднем і його вплив на крихкість.

Знову ж йдеться про 99-відсоткову суміш водню. “Нам потрібно зрозуміти найбільш критичний варіант, адже знаючи межі, можна буде працювати із меншими концентраціями,” – підкреслив С. Казда.

Основна проблема - вибухонебезпечність 

Можливість формування вибухонебезпечних сумішей з водню робить його набагато небезпечнішим за природний газ. Витоки водню, які формувалися під час експерименту, навмисно не усувалися (за винятком тих, що становлять загрозу безпеці експлуатації полігону), тому що необхідно було встановити статистику щодо утрат. У рамках випробувань до небезпечної концентрації водню втрати майже не доходили, за винятком кількох випадків. Крім того, полігон являє собою відкритий простір.

Однак виникає питання безпеки під час експлуатації в реальних мережах, скажімо, у замкнутому просторі або без безпосередньої участі фахівців, які повинні стежити за процесом, як відбувалося в полігонних умовах.

Як пояснив керівник водневого проєкту, перед запуском будь-якого обсягу водню в мережу необхідно буде провести масштабну кампанію з навчання споживачів – аж до підписання документів про ознайомлення з ризиками роботи з таким видом газу, який є більш вибухонебезпечним та легше утворює небезпечні концентрації. На його думку, таке навчання повинно проводитися державою за участю фахівців, здатних доступно пояснювати складні речі. Потреба у подібному навчанні не є специфікою лише України.

По-друге, однією з ключових вимог експлуатації водню є датчики загазованості в кожній кімнаті, де буде встановлений споживчий прилад. “З моєї точки зору, єдиним варіантом є наявність таких датчиків із виходом на централізований пункт контролю, який передаватиме інформацію про загазованість, не чекаючи, коли хтось зателефонує,” – пояснив Казда. На його думку, це можуть бути датчики з виходом через GSM-мережі. Також розглядається можливість застосування віддаленого клапана-відсікача для постачання водню в конкретне приміщення.

“Необхідно розробити нову методику експлуатації, – підкреслив він, – і це є однією з наших цілей, створити проект нових правил експлуатації ГРМ.”

“Те, що ми повинні навчитися взаємодіяти з цим – це факт, резюмує Казда. – Очевидно, проблем не буде при низьких концентраціях 2-3-5%, також зрозуміло, що при великих обсягах водню - 20-30% - можуть виникнути специфічні проблеми, які вимагатимуть нових заходів,” – зазначив він, наводячи європейський досвід, за яким більшість мереж можуть працювати нормально при концентрації водню у суміші до 10%-20%. При більшій концентрації вже потрібні додаткові заходи безпеки.

Основні витрати спрямовуються на наукову частину 

Оцінювана вартість експерименту до половини 2022 року, за даними РГК, становитиме близько 1 млн євро. “Бюджет на ці три роки складатиме понад 30 млн грн, що дорівнює 300 тис. грн на експеримент,” – зазначив Казда. “Значна частина коштів йде на наукові дослідження, деяка частина - на закупівлю водню, а решта - на технічні роботи на полігонах.”

В рамках проекту співпрацюють українські інститути та їх представники. Це Івано-Франківський національний технічний університет та Інститут газу НАНУ, Інститут електрозварювання НАНУ, Фізико-механічний інститут НАНУ у Львові, Львівська політехніка тощо. ТОВ “Нафтогазбудінформатика” є координатором наукової частини. На науковий напрямок йде не менше 80% бюджету.

Щодо вартості подальших етапів, то у компанії не можуть ще навіть орієнтовно відповісти, оскільки при переході на “живі мережі” доведеться адаптувати ділянки до водневих вимог, що залежатиме від кількості споживачів, труб та ін.

Яке майбутнє чекає на ГРМ 

На думку керівника проекту, перехід на чистий водень – це не мрія, а цілком здійснена мета. “Ми почали з 100% водню й будемо поступово знижувати цю концентрацію, аби з’ясувати, яке оптимальне співвідношення продукції, яке дозволить українським ГРМ працювати, – сказав він. – Якщо в Європі стверджують, що їхні ГРМ можуть працювати на 10-20% без змін, ми ставимо питання, на яких виокремлених рівнях концентрації можуть працювати українські ГРМ.”

“Ми розпочали тестування інфраструктури на суміші 50% водню і 50% природного газу, щоб порівняти чистий водень із сумішшю природного газу. Це необхідно для розуміння, чи буде водень основним чинником у поведінці труби, – повідомив Казда. – Метрологічні експерименти вже готуються, їх старт заплановано до кінця цього року в польових лабораторіях. Конкретні результати поки що відсутні.”

“Наша мета – запропонувати рекомендацію про стратегію переходу від існуючої ГРМ до ГРМ, здатної передавати синтетичні гази,” – завершив він. За словами Казди, для цього знадобиться велика кількість експериментів, основна частина яких запланована до половини 2022 року, та включатиме понад 100 випробувань на різних рівнях водню із симуляцією різних сценаріїв. Крім ряду технічних нюансів, необхідно також прояснити хімічний склад газу.

“Одним з ключових моментів стане те, що в подальшому в ГРМ буде змішування різних видів газу, а оператор ГРМ у підсумку буде відповідальним за забезпечення споживача безпечною сумішшю і за правильний розрахунок енергетичної складової суміші, яка буде передана, оскільки облік буде вестися не в об’ємах, а в одиницях енергії, – зазначив Казда. – Оператор газорозподільних мереж повинен розуміти, що надходить до кожного конкретного споживача.”

На його думку, Україна може скористатися перевагою значної кількості відходів з сільського господарства та інших непродовольчих відходів, які не спалюються, а викидаються. Додатково можуть бути використані надлишкові альтернативні джерела електроенергії для виробництва водню. За відповідної підтримки цей напрямок може отримати швидкий розвиток.

“У нас є два шляхи: або Україна буде розвивати цю сферу, готуючи кліматичні стратегії до можливого посилення обмежень на викиди метану, або нічого не робити й чекати на штрафи, зниження економічної оцінки держави й термінових дій”, – зазначив Казда.

Аналізуючи розвиток водневої інфраструктури в Україні, аналітикиня DIXI Group Дарина Кулага зазначила, що це не обов’язково призведе до кліматичного нейтралітету. “Хоча безпосереднє використання енергії з водню не веде до викидів парникових газів, його спочатку потрібно виробити,” – зазначила вона. – “У процесі виробництва може використовуватися електроенергія з викопних джерел, ВДЕ чи інших низьковуглецевих джерел, таких як ядерна енергія. Тобто, водень може бути “сірим”, “зеленим” або “синім”.” На думку аналітикині, ЄС не буде зацікавлений в імпорті “брудного” водню, тому Україні слід розвивати відновлювану енергетику. Виробництво “зеленого” водню може вирішити деякі проблеми, з якими зіштовхується сектор ВДЕ, такі як нестача маневрених потужностей та накопичувачів енергії. “Наразі в Україні пропонується використовувати атомні потужності для виробництва водню, що можливо як перехідний етап, оскільки атомна енергія є низьковуглецевою”, – уточнила експертка.

Враховуючи, що система ГРМ зношена приблизно на 80%, фахівці РГК вважають доцільним модернізувати її для передачі водневих сумішей в майбутньому. Проводяться низка досліджень, які повинні врешті-решт дати зрозуміти, яке оптимальне співвідношення водню в українських ГРМ та як перебудувати мережу для безпечної експлуатації.

Олеся Натха, спеціально для “Української енергетики”

Теги: водневі випробування РГК воденьПоділитись