гл.ас. д-р Благой Бурдин от Институт по електрохимия и енергийни

гл.ас. доктор Благой Бурдин от Институт по електрохимия и енергийни системи в Българска академия на науките пред   Изменението на климата и нарушаването на екосистемите е възприето като опасност пред Европа и света. За превъзмогване на тези провокации Европейският съюз (ЕС) приема за цел постигане на климатична и ресурсна индиферентност при нулеви чисти излъчвания на парникови газове до 2050 година Емисиите, които не могат да бъдат отстранени до 2050 година, ще би трябвало да бъдат обезщетени посредством естествено усвояване, да вземем за пример от гори, както и посредством технологиите за хващане и предпазване на въглероден двуокис. Междинната цел за този преход е към 2030 година Европейски Съюз да понижи чистите излъчвания на парникови газове с минимум 55 % по отношение на признатите за съпоставяне равнища от 1990 година Международното състояние и разстройствата на международния енергиен пазар, водещи и до появяването на физически дефицит на сила, докара до нужда от ускорение на към този момент много амбициозния проект за енергиен преход и увеличение на енергийната самостоятелност на Европа. Още по тематиката 21 ное 2022 Водородни технологии 20 ное 2022 7 ное 2022 За задачата Европейската комисия показа проекта „ REPowerEU “, чиито съществени стълбове са в посока спестовност на сила, произвеждане на възобновима сила и диверсифициране на енергийните доставки. Изключително амбициозните цели за 2050 година съставляват съществено предизвикателство пред Европейски Съюз, само че на процедура още по-голямо пред България. Достигането им ще изисква на процедура съвсем цялостна енергийна промяна във всички браншове, както и подмяна на огромна част от съществуващата инфраструктура с нова. Отказът от изкопаеми горива и прекосяването към възобновимите енергийни източници (ВЕИ) ще изисква все по-голям % електрификация в крайното енергийно ползване. Предвид волатилния темперамент на производството на сила от ВЕИ и техния невисок коефициент на годишна приложимост, изключително невисок при фотоволтачините централи, се слагат преди всичко въпросите, свързани с обезпечаването на резистентност на енергийната система и сигурността на енергийните доставки. При засищане на енергийната система с ВЕИ, гарантирането им ще изисква обезпечаване на сезонен и даже годишен баланс на сила – въпроси, които на този стадий към момента нямат стопански изискан отговор. Предизвикателствата стоят пред всички браншове в България. Въпреки че в публичните полемики не е задоволително видно, то едни от главните провокации са свързани с транспортния бранш. Основните фактори за това са няколко: Сектор превоз е секторът с най-високо извънредно енергийно ползване в България – по данни на Националния статистически институт за 2020 година то се равнява на 3 215,3 хиляди т н.е. или почти на 37,4 TWh. От тях единствено 9,1 % са възобновима сила, главно основана на биогорива. В енергиен аспект до 2050 година би трябвало да бъдат сменени течни и газообразни изкопаеми горива, употребявани от превоза в България, с еквивалент повече от 1,5 пъти производството на електрическа енергия от въглищните ни централи, които също би следвало да бъдат сменени с сила от ВЕИ – последното единствено по себе си считано на този стадий за непреодолимо висока цел доникъде на века. Очакваното понижение на енергийната консумация в превоза с най-малко 30 % заради по-високата енергийна успеваемост на електрическите транспортни средства на практика не трансформира сложността на казуса, пред който сме изправени; За да бъде ориентирана към бранш превоз, ВЕИ силата първо би трябвало да бъде създадена в задоволителен мащаб. Електрическата сила, създадена от ВЕИ в България като дял от брутното ползване на електрическа сила за 2020г., още веднъж по данни от Националния статистически институт, се равнява на близо 24%. Наред с нужното доста увеличение на производството на ВЕИ сила за към този момент електрифицираните крайни консуматори и към момента незадоволително действителни планове за постигане на задачите към 2030г., занапред ще би трябвало да бъде създадена и ВЕИ сила в по-големи мащаби за подмяна на изкопаемите горива в транспорта; Автопаркът в България, представляващ над 3,5 млн. автомобила, би трябвало да бъде съвсем напълно освежен с нови задвижващи системи до 2050 година със скорост над 150 хиляди автомобила на година. На този стадий това наподобява невероятно, защото от една страна пазарът на нови коли е към 30 хиляди на година, а от друга – към момента липсват използвани електрически коли евтино и в задоволителен мащаб, с цел да бъде достигната нужната скорост на подмяна на автомобилния парк. В нито една прогноза или стратегически документ в България не се вижда сходна скорост, което слага под мощно подозрение постигането на задачите в бранш превоз към 2050 г.; Замяната на източниците на сила за превоза ще изисква създаване на съвсем напълно нова инфраструктура за зареждане на транспортните средства, която би трябвало да бъде оптимално проектирана и построена, за което ще трябват също вложения в голям мащаб; Поради неравномерното произвеждане на сила от ВЕИ, нуждата от гарантиране сигурността на доставките на сила за превоза ще изисква спомагателни огромни системи за баланс и предпазване на енергия; И може би последно, само че не и по значимост, извънредно едва дискутираният както в общественото пространство, по този начин и в експертните среди въпрос – по какъв начин при един мощно електрифициран бранш превоз ще бъде обезпечен 60-90-дневен ресурс на горива? При посоченото нагоре енергийно ползване това значи запасяване на горива/енергия с енергиен еквивалент в TWh–ов мащаб, освен това освен сила, която да бъде запасена под някаква форма и при нужда да бъде преобразувана в електрическа, а и сила, която да може елементарно и непосредствено да бъде насочвана към транспортните средства. Така разказани провокациите наподобяват мощно демотивиращи и обезсърчаващи. Но защото актуалната обстановка демонстрира какъв брой е значима енергийната самостоятелност на България, а въпреки това и самото име на невъзобновяемите енергийни източници демонстрира тяхното привършване и/ или мощен дефицит в даден миг, то по-скоро сериозните провокации би трябвало да бъдат обсъждани като доста мощен претекст за ускорение на енергийния преход и промяна на нужните браншове на стопанската система на страната, в това число и превоза. За да се даде отговор или най-малко посока по какъв начин да бъде проведен преходът в бранш превоз, е належащо стратегически да се оценят наличните технологии, в какво съответствие и по какъв начин да бъдат приложени. На фиг. 1 са показани главните технологии за запасяване на сила [1]. Видно е, че в TWh-ов мащаб, нужен за обезпечаване на сезонен баланс на ВЕИ силата, както и за обезпечаване на запас на горива за сериозни обстановки, са позиционирани само водородът и негови деривати – синтетичните горива. Фигура – 1. Технологии за запасяване на сила Отговорът, обаче, не е еднопосочен или с други думи водородът и синтетичните горива не са единственото решение, което би трябвало да се ползва независимо. В повече дълбочина и в паралел би трябвало да бъдат прегледани и въпросите, свързани с енергийната успеваемост по цялата верига от производството на ВЕИ сила до задвижване на транспортното средство, както и нужната нова инфраструктура за снабдяване на тази сила. На фиг. 2 са показани накратко главните способи за снабдяване на ВЕИ сила за превоза. Директната електрификация и потреблението на батерийни електрически автомобили е методът за снабдяване на ВЕИ сила с най-висока енергийна успеваемост – към 70% от нейното произвеждане до нагледно казано колелата на автомобила. Но този път на силата е обвързван със следното главно предизвикателство – обезпечаване на баланс сред произвеждане на сила и нейното зареждане на транспортното средство, което при засищане с електрически коли на транспортния бранш в България ще изисква GWh-ов или даже TWh-ов мащаб на системите за предпазване. Също по този начин на пръв взор не е належащо огромно създаване на доста нова инфраструктура, само че обратно на предстоящото зарядната инфраструктура не се свежда до нова зарядна точка или спомагателен контакт в дома или офиса. За да се отговори на нужния мащаб на електрификация в превоза, ще са нужни големи вложения в разширение на електропреносните и електроразпределителните мрежи, както и в системите за сезонно запасяване на сила. Необходимостта от тези системи, както и на процедура единствените вероятни способи за запасяване на такова количество сила под формата на водород и синтетични горива обуславя и другите два метода за зареждане на превоза. При бъдещо съществуване на сезонни хранилища за сезонно предпазване на сила под формата на водород, вместо той да бъде преобразуван в електрическа сила, водородът може непосредствено да бъде употребен за гориво в превоза. По този метод се вземат решение огромна част от въпросите, свързани с балансиране на сила от ВЕИ, както и тези свързани с времето за зареждане на транспортното средство. За осъществяване на този метод обаче се изисква създаване на напълно нова атомна инфраструктура, само че в допълнение и загубите от превръщане на сила ще са по-големи спрямо директната електрификация. В случая единствено 35% от наличната първоначално сила ще се употребява за задвижване на транспортното средство. При синтетичните горива загубата на сила е още по-голяма – до 80% от наличната първоначално, само че при този метод огромна част от наличната инфраструктура и стандартни транспортни средства могат да бъдат употребявани, а опциите за сезонно запасяване на сила евтино са доста по-големи. Също по този начин синтетичните горива могат да обезпечат елементарно запас на горива за превоза, нужен за сериозни обстановки, да вземем за пример към обособени райони при съществуване на бедствия или повреди. Очевидно, в контраст на по-ниската енергийна успеваемост при водорода и синтетичните горива, е опцията за балансиране на сила в огромен мащаб. По отношение на салдото по мощ също – с цел да се отговори на желанието и нуждата на крайните консуматори за ниско време за зареждане на автомобила, се изисква неизбежно висока мощ на зареждане. На фиг. 3 е показано съпоставяне на мощностите на зареждане на транспортното средство според от потребления енергиен притежател. За съпоставяне с методите за зареждане на батерийни електрически автомобили – постояннотокови (DC) или променливотокови (AC), са употребявани данните за скорост за зареждане на газообразен водород - според стандарт SAE J2601 [2] и техническа информация за скоростта на зареждане на зарядни колонки за компресиран природен газ [3] и дизелово гориво [4]. Синтетичното гориво от своя страна може да употребява наличната зарядна инфраструктура, при което времето за зареждане ще бъде същото и на процедура за крайния консуматор няма да има никаква разлика в метода на зареждане и потребление на транспортното средство, захранвано със синтетично гориво. Очевидно от фигурата, водородът се приближава като мощ, надлежно и разликата като време за зареждане с стандартно гориво не е забележителна за крайния консуматор. При това водородът разрешава обилни балансиращи благоприятни условия за електроенергийния бранш. При батерийните електрически автомобили разликата в порядъци значи както доста дълго време на зареждане, опция от струпване на опашки пред зарядните станции, по този начин и доста повишение на провокациите пред електрическите мрежи. * Дизелово гориво Забележка: Посочените стойности са оптимални и могат да варират. Очевидно от гореизложеното водородът има своето значимо място като енергиен притежател в превоза и тук поражда въпросът за какво този тип превоз към момента не участва в България? Относително високата цена на водородните технологии спрямо стандартните и голословните терзания на хората, свързани с сигурността при потребление на водород, не са причина за цялостно неявяване на водородни електрически автомобили. Всъщност, главната причина за това е неналичието на зарядна инфраструктура. Докато за потребление на един батериен електрически автомобил не е нужна нова инфраструктура – въпреки и постепенно, електрически автомобил с акумулатори може да бъде зареденпрез елементарен контакт в дома и в най-малките обитаеми места с налична електрическа мрежа, то за водородните коли е належащо създаване на зарядна атомна станция. Тези станции са скъпи и комплицирани уреди за компресиране на водород при високо налягане – 350 bar за рейсове и товарни коли и 700 bar за леки коли. За да може да бъде издирван стопански смисъл от построяването им обаче, е належащо обезпечаване на задоволителна дневна консумация от водород – към 500-1000kg/ден за всяка зарядна станция. За да се обезпечи тя, са нужни транспортни средства от порядъка на 20-30 товарни автомобила или 40-50 водородни рейса или пък няколко стотин леки автомобила, несъмнено или композиция сред тях. При състояние, че никой транспортен оператор или краен консуматор няма да закупи такива транспортни средства без съществуване на зарядна инфраструктура, то тя се явява сериозна нужда за начало на водородния превоз в България. Икономически най-обосновано е редом създаване на екосистемата от зарядни станции и водородни коли, само че при всички случаи инфраструктурата би трябвало да предхожда транспортните средства и би трябвало да бъде подкрепено нейното създаване на национално равнище. В Западна Европа този развой е почнал преди повече от 10 години и към този момент са налични няколко стотин станции за зареждане с водород (Фиг.4 ляво) [5]. От картата е видно и че Източна Европа, в това число и България, към момента не участва в този развой. Въпреки налични мощни принадлежности за финансиране на инфраструктурата като „ Проекти от общ интерес “ (IPCEI) или Механизъм за свързване на Европа (CEF), България към момента не съумява да осъществя стъпки в тази посока. В кратковременен и средносрочен аспект, съществуването на водородни зарядни станции по главните транспортни коридори в Европа на всеки 150км се чака да стане наложително. При опазване на настоящото положение в даден миг това може да докара и до наказания за страната ни. Същевременно при непланирано разрастване на екосистемата автомобили-водородни зарядни станции можем да достигнем и до миг, в който ще се постанова да построяваме зарядна инфраструктура без значение дали водородните електрически автомобили участват в автомобилния ни парк или не. В паралел на зарядната инфраструктура за превоза се създават и проекти с небосвод 2040г.-2050г. за създаване на съществена преносна инфраструктура за водород (Фиг.4 дясно) [6] – свързваща съществени производители, консуматори и системи за сезонно запасяване на водород, като за жалост България към момента не взе участие задоволително интензивно и в този развой. Въпреки че в началния миг зарядната инфраструктура за водородни транспортни средства, отнесена към броя на транспортните средства, е извънредно скъпа спрямо тази за батерийни електрически автомобили, при по-голям авто парк тази взаимозависимост се обръща. Това се дължи на комбинацията от висока скорост на зареждане, надлежно и огромен брой заредени коли за единица време от зарядната станция, както и на опциите за балансиране на енергийната система с потребление на водород. В резултат, при огромен мащаб и авто парк кондензиран с водородни коли напъните и разноските за създаване на зарядна инфраструктура за водородни транспортни средства биха били доста по-ниски от тези за създаване на зарядна инфраструктура за батерийни електрически автомобили. За превъзмогване на тази специфичност и постигане на стопански аргументиран водороден превоз е належащо начално масирано създаване на сериозна маса от зарядни станции и поддръжка на закупуването на коли, които да ги употребяват. Фигура 5. – Зарядна инфраструктура – старания и разноски за създаване Една от действителните първи стъпки при създаване на атомна зарядна инфраструктура в България е планувана в границите на Център по подготвеност „ ХИТМОБИЛ – Технологии и системи за генериране, предпазване и ползване на чиста сила “, АДБФП No BG05M2OP001-1.002-0014, финансиран от Оперативна програма „ Наука и обучение и образован напредък “, съфинансирана от Европейски Съюз посредством Европейския фонд за районно развиване (ЕФРР). Предвижда се закупуване на мобилна атомна зарядна станция, в композиция с водороден електрически автомобил с предстоящ период за въвеждане в употреба преди края на 2023г. Тази първа стъпка ще даде опция както за демонстриране на водородните технологии в превоза пред обществеността в България, по този начин и осъществяване на проучвателен задания, свързани с балансиране на сила от ВЕИ, произвеждане на „ зелен “/нискоемисионен водород и неговото зареждане на борда на транспортното средство. Заключение Европа, а и светът, са поели път към енергиен преход от невъзобновяема сила към сила от ВЕИ, който ще се случва със скорост, която не зависи от страни като България. Всъщност, преходът е толкоз важен, че нито една страна независимо не би могла да му въздейства. Това значи, че с цел да е оптимално стопански ефикасен и без съществени разтърсвания, преходът в България би трябвало да бъде оптимално проведен и доста добре плануван в сходство с общата скорост на смяна. Вероятно в транспортния бранш, заради неговите специфики, смяната към ВЕИ ще бъде най-сложна и скъпа. Необходимо е отмерено създаване на всички типове инфраструктура за различни горива. Паралелно е належащо и уравновесено разрастване на автопарка от батерийни, водородни електрически автомобили и коли с стандартни мотори, употребяващи биогорива или синтетични горива. Задачата за усъвършенстване е с доста фактори – разнообразни пътища за използването на ВЕИ в транспортните средства с друга енергийна успеваемост, цена за създаване и поддържане на новата зарядната инфраструктура, цена на новите транспортни средства, цена за балансиране и за сезонно запасяване на ВЕИ сила в TWh-ов мащаб, сигурност на доставките на сила, в това число и нужда от физически запас на горива за превоза. Хаотичен преход би довел с изключение на до извънредно високи цени, само че и до проблеми със сигурността на доставките на сила. Само при акуратен технико-икономически разбор и потребление на преимуществата на всяка налична технология преходът към ВЕИ ще може да бъде осъществен в стопански вероятен мащаб и без съществени разтърсвания. Литература [1] School of Engineering, RMIT University [2] Fueling Protocols for Light Duty Gaseous Hydrogen Surface Vehicles J2601_202005 [3] https://www.tatsuno-europe.com/_en/cng-dispensersseries-ocean-euro-cng.html [4] http://www.adastsystems.com/fuel-dispensers [5] https://www.faber-italy.com/eng-press-2020-03-18-hydrogen.html [6] https://www.cedigaz.org/germany-hydrogen-industry-andnational-strategy/