1
Сравнение магистральных тягачей на дизтопливе,
водороде и электромобилей.
Приложение: актуальные существующие проекты
Сравнение магистральных тягачей на дизтопливе, водороде и электромобилей. Введение
и основные результаты ................................................................................................................. 2
Приложение 1. Грузовики на водородных топливных элементах Nikola vs. Полуприцеп
Тесла ............................................................................................................................................... 4
Общая стоимость владения, стоимость пробега ............................................................... 4
Сколько стоит Nikola Hydrogen Fuel Cell? ........................................................................ 5
Сколько стоит Tesla Semi? .................................................................................................. 6
Сравнение моделей .............................................................................................................. 7
Резюме ................................................................................................................................... 8
Приложение 2. Некоторые актуальные проекты, реализуемые в настоящее время (август
2021 г.) ............................................................................................................................................ 9
Калифорнийское партнерство по топливным элементам. 70 000 тяжелых
электрических грузовиков на топливных элементах, 200 водородных станцияй к 2035
году. 4 августа 2021 г. ........................................................................................................ 10
Транспортные средства на водороде: реальный путь к чистой энергии (США, Канада).
13 августа 2021 г. ................................................................................................................ 11
Китай. Еще один шаг к более чистому будущему: выпущен тяжелый грузовик на
водородных топливных элементах. 6 августа, 2021 г. ................................................... 14
Китай одобрил мегапроект по зеленому водороду. 18 августа 2021 г. ....................... 15
Hyundai - водородные грузовики XCIENT Fuel Cell (июль 2021 г.) ............................. 16
Приложение 3 Аналитические материалы сборника ИПЭ «Водородная экономика и
атомная энергетика» ................................................................................................................... 18
Сравнение Li-ion АКБ и водородной системы хранения для автотранспорта по весу и
объёму ................................................................................................................................. 19
Сравнение цены километра пробега с учетом капиталовложений, эксплуатационных
затрат и цены на первичное топливо (дизель, водород, электроэнергия). Динамика
2020-2030 годы ................................................................................................................... 21
Сколько стоит водород? Сравнение затрат на производство водорода электролизом на
СЭС и ВЭС в сравнении с производством за счет электроэнергии, вырабатываемой на
АЭС или ископаемого топлива ......................................................................................... 25
Европейский водород по 1,5$/кг. 21 января 2021 г. ....................................................... 28
____________
2
СРАВНЕНИЕ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТЯГАЧЕЙ НА ДИЗТОПЛИВЕ, ВОДОРОДЕ И
ЭЛЕКТРОМОБИЛЕЙ.
ВВЕДЕНИЕ И ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ
Водородная энергетика – один из основных трендов развития современной
энергетики. Во всех развитых странах, включая Россию, принимаются программы и
дорожные карты развития этого сегмента, массово проводится анализ
конкурентоспособности способов выработки и применения водорода. Одно из основных,
новых направлений исследований развития этого рынка – переход транспорта на
водородное топливо.
Именно автотранспорт с его технологической неконсервативностью, мобильностью
технологий производства и эксплуатации индивидуального товара – автомобиля, с одной
стороны, с другой стороны- серийностью, массовостью и быстрой реакцией производителя
на рынок, а, с третей, – энергозатратностью использования автомобиля является одной
крупнейшей системой, которая постоянно испытывает на прочность парадигму
собственного энергообеспечения.
По оценкам международного Водородного Совета мировой спрос на водород, как
топливо (а это товар), может составить до 550 млн.тонн в год к 2050 году, из них 150-160
млн.тонн – на транспорте при условии замены до 20-35% транспорта на углеродном
топливе на водородный транспорт.
Для транспортных систем водород, вырабатываемый с помощью электролиза,
используется как топливо для электромобилей с топливными ячейками и соответствующей
системой хранения.
Основное преимуществом водородных технологий по сравнению с прочими (бензин,
газ, электромобили) – конкурентная нормализованная (приведенная) цена километра
пробега.
При этом ключевым параметром является цена водорода в точке заправки.
Прогнозируется, что с текущих 5÷7 $/кг, она может снизится к 2030 году до 2,5÷3,5 $/кг и
к 2040 году до 1,5÷2,2 $/кг. При определенных сценариях цена может быть гораздо ниже
(см. раздел «Сколько стоит водород? Сравнение затрат на производство водорода
электролизом на СЭС и ВЭС в сравнении с производством за счет электроэнергии,
вырабатываемой на АЭС или ископаемого топлива с утилизацией парниковых газов»).
Даже первичная экспресс-оценка, на основании открытых данных по цене основного
топлива (дизтопливо и водород) показывает, как минимум, паритет водорода даже при
ценах 5÷9 $/кг. Например, при расходе дизтоплива 40 л/100 км и цене ~1-1,5 $/литр,
топливная составляющая цена километра пробега составит ~0,4-0,6 $/км. Водородный
грузовик при расходе 8,3 кгН2/100 км (см.ниже) и цене 5÷7 $/кгН2 затрачивает те же 0,4-
0,6 $/км, а при цене 1,5÷2,2 $/кг - в 2-4 раза меньше. За 5-7 лет при пробеге 100000-150000
км/год экономия составит 200-400 тыс.долларов. При этом не требуется кардинальной
реконструкции автотрака, но только замена энергоустановки
1
.
Однако цена топлива неполностью отражает эффективность решения в целом.
При анализе основным рассматриваемым «товаром проекта» должен быть не сам
водород, а в комплексе: энергообеспечение пробега транспорта включая затраты на
1
ДВС на систему «водородный бак-комплект топливных элементов-электромотор»
3
создание инфраструктуры транспортировки, хранения и распределения, а также
переоборудование автопарка и пр. Более подробное сравнение - в разделе «Сравнение
цены километра пробега с учетом капиталовложений, эксплуатационных затрат и цены
на первичное топливо (дизель, водород, электроэнергия). Динамика 2020-2030 годы.»
Анализ энергообеспечения показывает
2
, что большую часть энергозатрат несет
коммерческий грузовой транспорт. Формат масштабных централизованных проектов и
программ
3
по смене энергобеспечения, в отличие от парка легковых автомобилей, больше
соответствует сегменту магистральных грузоперевозок автомобильным транспортом
4
.
Соответственно этому определен приоритет в оценке и сравнении перспективных
направлений – сравнение магистральных траков. В настоящем материале сравниваются
эти и другие, не столь очевидные, но, не менее важные различия, которые определяют роли
и место каждого типа. Например, сравнение с электромобилями показывает иные
преимущества водорода - в весе системы хранения энергии и затрат на неё
5
. Топливные
элементы, которые преобразуют газообразный водород в электричество, обеспечивают
больший запас хода, чем аккумуляторные электрические грузовики, лучше работают в
холодную погоду и могут заправляться намного быстрее, чем электрические батареи.
При этом, кроме общего анализа, ниже даются сравнения реальных проектов
6
,
стартовавших в последнее время, их независимые референтные оценки (сравнение разных
типов транспорта) и оценка авторов, сведенная именно к этому показателю.
Оценка показала, что даже сейчас существуют перспективные сценарии, при которых
водородный транспорт эффективнее электромобилей и, тем более, ДВС и дизельных
грузовиков, и легковых автомобилей. Одним из таких возможных сценариев, например,
является реализация энергообеспечения автономных регионов (в частности, арктической
зоны России). Малые АЭС с выработкой водорода в качестве транспортного топлива могут
полностью исключить такое понятие как "северный завоз топлива", при этом, во многом
решив экологические проблемы. Другим сценарием может быть перевод части
грузооборота региона (центр России, Беларусь) на электро- и водородный транспорт с
использованием префицита электроэнергии АЭС. Эффективность таких решений будет
кардинально повышаться в ближайшие годы в связи с прогнозируемым кратным
снижением цены водородных технологий
7
.
2
Нигматулин Б.И. Макроэкономика и электроэнергетика Мира. Состояние и прогноз 1970-2017-2050. М, 2017
3
см.например ниже - «Калифорнийское партнерство по топливным элементам ….»
4
Однако те же эффекты актуальны и для легкового автотранспорта
5
См. «Сравнение Li-ion АКБ и водородной системы хранения для автотранспорта по весу и объёму»
6
«Грузовики на водородных топливных элементах Nikola vs. Полуприцеп Тесла» и др.
7
см. например https://www.gov.uk/government/publications/hydrogen-production-costs-2021 - прогноз цены
водородных технологий в водородной стратегии Великобритании
4
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. ГРУЗОВИКИ НА ВОДОРОДНЫХ ТОПЛИВНЫХ
ЭЛЕМЕНТАХ NIKOLA VS. ПОЛУПРИЦЕП ТЕСЛА
8
Nikola Motor ворвалась на рынок в позапрошлом
году на Nikola World 2019. Они продемонстрировали
новый Class 8 Nikola Tre, нацеленный на Европу, и
полную линейку электрических спортивных
автомобилей.
Одним из ключевых выводов, исходящих из
массы материала, был взгляд на оценочную стоимость
магистрального тягача Nikola Fuel Cell с сроком службы более 700000 миль. Поскольку
уже есть аналогичные данные от Tesla Semi, они могут быть использованы для сравнения
двух самых продвинутых конкурентов в грузоперевозках с нулевым уровнем выбросов.
Общая стоимость владения, стоимость пробега
Ключевой показатель для автопарков - стоимость мили - зависит от трех основных
факторов:
1) цена самого грузовика, будь то арендованный или приобретенный.
2) стоимость эксплуатации грузовика. Как правило, самая большая доля в стоимости
эксплуатации грузовика на углеводородном топливе — это цена самого топлива.
Аккумуляторные электрические грузовики готовы перевернуть это с ног на голову, и это
ставит многие грузовики с нулевым уровнем выбросов в выгодное положение по
сравнению с устаревшими дизельными грузовиками.
Аккумуляторные электромобили получают энергию от сети, с потенциальной
возможностью заправляться «чистой» электроэнергией или сокращать потребление
электроэнергии с ненулевым выбросом парникового газа.
В этом сценарии электричество, полученное из безуглеродных источников энергии,
применяется для выработки водорода электролизом. В грузовике этот водород затем
проходит через набор топливных элементов и соединяется с кислородом из воздуха,
производя электричество. Пока этот процесс имеет невысокую эффективность (КПД около
40%)
9
, что является основным препятствием для внедрения водородных транспортных
средств по сравнению с их аккумуляторными электрическими аналогами. Последние
работают с эффективностью около 90%.
3) стоимость обслуживания является последним ключевым компонентом общей
стоимости владения автопарком.
Сложно сравнить техническое обслуживание двух автомобилей, которые даже не
находятся в производстве, с очень небольшим количеством миль даже на прототипах.
Литий-ионные аккумуляторы со временем деградируют при многократной зарядке и
разрядке, аналогично эффективность топливных элементов со временем снижается.
Бортовая тяговая аккумуляторная батарея в обоих автомобилях, вероятно, потребует
какого-либо обслуживания, хотя пока нет никакой информации на этом уровне
детализации от любой из компаний. По оценкам Nikola Motor, восстановление будет
необходимо после 700 000 миль. Стоимость обслуживания в течение 700 000
автомобилей составляет в размере 46 470 долларов США плюс прибыль в размере 20
022 долларов США.
8
https://cleantechnica.com/2020/08/06/head-to-head-nikolas-hydrogen-fuel-cell-trucks-vs-the-tesla-semi/
9
Однако Тойота уже сейчас предлагает топливные элементы с эффективностью 83%
5
Сколько стоит Nikola Hydrogen Fuel Cell?
Чтобы сравнить электрический и водородный грузовики Tesla Semi и Nikola Hydrogen
Fuel Cell, можно использовать презентацию Nikola для инвесторов от 2020 года. Для
водородных грузовиков Николы дается приблизительная стоимость $0,95/милю пробега за
время предполагаемого срока службы 700 000 миль. Поскольку Рисунок 1 фокусируется
на доходе, прибыль выделяется в отдельную строку и добавлена обратно в каждый сегмент
равномерно.
Рисунок 1. Составляющие стоимости владения (лизинга)
Данные Nikola Motor пересчитываются в суммарную стоимость для операторов
грузоперевозки в размере 665 000 долларов США в течение 700 000 миль / 7-летний период,
или 0,95 доллара США / милю. В этом расчете принимается цена $2,47 / кг H2. Это не
выходит за рамки возможного, но далеко от сегодняшних розничных цен,
распространенных на общественных заправочных станциях.
Nikola Motor рассчитывает достичь этой более низкой стоимости водорода, построив
собственную сеть водородных производственных и заправочных станций вдоль
предварительно проданных маршрутов.
10
Эта идея уменьшает основные издержки, определяющие позицию рынка грузовиков
для Nikola Motor. Недостатком является то, что инфраструктуры для производства или
бензовозов с водородом в таком масштабе сегодня не существует, что выливается в
издержки в 26365 долларов за каждый грузовик на топливных элементах класса 8, который
продает Nikola Motor, которые выделяется на строительство этой сети заправочных
станций. Никола ожидает, что каждая станция в 8000 килограммов будет
поддерживать аренду 210 грузовиков, причем каждая станция имеет срок службы 21
год.
Nikola Motor планирует, преобразовав цену владения в лизинговые платежи,
выставлять клиентам счета за свои автомобили по фиксированной ставке в размере $0,95/за
милю в течение срока аренды 7 лет на 700 000 миль. Фиксированная стоимость за милю
10
Однако, при снижении цены водорода на заправке до 1,5 $/кгН2 цена пробега снизится до ~0.81 $/милю или
0,5$/км.
6
дает операторам последовательное ценообразование, которое не будет колебаться со
стоимостью топлива в течение года, как это делает дизель. Недостатком является то, что
они платят одну и ту же цену, независимо от того, проходят ли они тысячи миль каждую
неделю или простаивают.
Фиксированная стоимость топлива для клиента за аренду 700 000 миль составляет
$329435 (стоимость $230 637 + прибыль $98 798) или 0,47/миля. По оценкам Nikola Motor,
ее грузовики на топливных элементах обойдутся компании в 188 174 доллара. С
добавлением прибыли Nikola Motor это выходит на стоимость для клиента в 268 782
доллара.
Стоимость обслуживания для клиента, по данным Nikola Motor, составит $66 762.
Сколько стоит Tesla Semi?
Tesla рассчитывает обеспечить электроэнергией свои грузовики Semi с новой сетью
быстрых зарядок. Насколько нам известно, сегодня их не существует, и, как и грузовики
Николы, требуются совершенно новая сеть, которая будет построена с нуля. У Tesla есть
преимущество в том, что ей не нужно производить электроэнергию на месте, так как
электрическая сеть уже построена в большей части развитого мира. Tesla планирует
использовать свои существующие предприятия по хранению солнечной энергии и энергии
для питания всех станций солнечной энергией в конечном итоге, хотя это не должно
произойти до строительства станций.
Tesla заявила, что их 300-мильная версия будет стоить около 150 000 долларов, в то
время как их 500-мильная версия будет стоить около 180000 долларов. Для сравнения: цена
Freighligher Cascadia , одного из самых популярных автотраков на дорогах в настоящее
время, колеблется от 130 000 до 160 000 долларов. Таким образом, Tesla, похоже, находится
в типичном, стандартном для отрасли ценовом диапазоне.
Tesla считает, что питание станций солнечной энергией позволит ей обеспечить
беспрецедентно фиксированную низкую цену на электроэнергию в 7¢/кВт-ч
11
. Это немного
ниже текущей средней цены на электроэнергию для транспортировки в США в 9,7¢
12
.
11
В России, из-за особенностей рынка, цена на электроэнергию может составлять в ночное время до 1,5
Цента/кВтч, а в Европе - даже быть отрицательной
12
(апрель 2020 года, US EIA).
7
Сравнение моделей
Сложение стоимости эксплуатации грузовика на водородных топливных элементах
Nikola и Tesla Semi в простой диаграмме приводит к очень резкому контрасту между ними.
Элементы сравнения подчеркивают относительную зрелость аккумуляторных
электромобилей, что выражается в более низкой стоимости Tesla Semi, по показывает
потенциал снижения цены мили для водородного Nicola.
Аккумуляторный электрический грузовик Tesla с дальностью 500 миль обойдется
операторам автопарка в $180 000 по сравнению с $268 782 для грузовика на водородных
топливных элементах Nikola.
Как отмечалось выше, нет данных о стоимости обслуживания Tesla Semi, поэтому мы
использовали значение от Nikola.
Это показательно, но снижение стоимости топлива переворачивает соотношение. В
то время как водители грузовика на водородных топливных элементах Nikola не будут
платить за топливо как отдельную статью, стоимость топлива закладывается в стоимость
мили, которую они платят за автомобиль. Результатом, даже с учетом агрессивных
предположений Николы о ценах на водород, является ошеломляющая премия в размере
230 000 долларов за водород по сравнению со стоимостью электроэнергии, необходимой
для питания Tesla на дистанции 700 000 миль.
13
Грузовики на водородных топливных элементах действительно имеют преимущество
перед аккумуляторными электрическими грузовиками на дальнемагистральных
маршрутах, где время, необходимое для подзарядки массивной батареи грузовика, станет
препятствием для производительности. Из этого раннего анализа ясно, что Tesla Semi
имеет преимущество перед грузовиками на водородных топливных элементах Nikola в
базовой стоимости для работы на более коротких рейсах.
Tesla отмечает, что 80% маршрутов грузоперевозок составляют менее 250 миль, что
ставит его 500-мильный диапазон Semi в положение, чтобы захватить большую часть
сегмента грузоперевозок от устаревших дизельных грузовиков даже без остановки для
зарядки.
13
Для сравнения и проверки расчета можно оценить нормализованные издержки (исключив при расчете
прибыль) исходя из ключевых параметров:пробег - 700000 миль, цена трака - 180000 $ или 0,21 $/милю, цена
эксплуатации - 0,067$/милю, топливо (водород) - 0,13 кг/милю или, при цене 1,5 $/кг - 0.2 $/милю. Итого - 0,48
$/милю или 0,3 $/км.Таким образом, издержки на водородный транспорт ниже, чем на чисто электрический.
Основная статья расходов (топливо-синий цвет) резко снижается (прим. переводчика)
8
Резюме
Tesla поделилась несколькими образцами анализа стоимости эксплуатации в
презентации Tesla Semi, но было неясно, включают ли цифры оплату труда водителя или
другие факторы, поэтому решено использовать анализ снизу вверх для наиболее точного
сравнения. С другой стороны, Nikola также разбила свои цифры на основе затрат для
Nikola, при этом прибыль была выделена в отдельную строку, поэтому пришлось
распределить прибыль по каждой из основных позиций. Клиенты должны ожидать, что
заплатят Nikola $ 0,95 / милю за полный срок аренды 700 000 миль.
Сравнение использует наилучшие данные, доступные для обеих компаний, и
обеспечивает хорошее сравнение стоимости эксплуатации для каждой концепции
транспортного средства.
Поскольку производство технологий транспортных средств на топливных элементах
со временем увеличивается, можно ожидать, что Nikola и ее партнеры смогут использовать
эти более высокие значения для снижения стоимости своих грузовиков.
Точно так же, если производство водорода станет более массовым, Nikola сможет
снизить стоимость килограмма водорода и, возможно, даже использовать свои
собственные солнечные фермы для электропитания, снижая стоимость водорода.
В своем нынешнем виде Tesla Semi, скорее всего, является явным недорогим
победителем в пространстве тяжелых грузовиков с нулевым уровнем выбросов для
коротких маршрутов. В любом случае, до тех пор, пока оба транспортных средства
переигрывают реальных конкурентов — дизельные грузовики — мы все получаем более
чистый воздух и более здоровую планету от сделки. Оба автомобиля приближаются к
производству и начинают выходить на рынок, соответственно по результатам внедрения
мы получим лучшие данные для сравнения.
Вставка. В 2020-2021 годах ИПЭ проведен анализ перевода части грузооборота
региона (центр России, Беларусь) на водородный транспорт с использованием
электроэнергии АЭС. Предварительная референтная оценка с использованием
вышеуказанных параметров Nikola Hydrogen Fuel Cell подтвердила основные результаты
расчетов и может быть развернута в оценку полномасштабную.
9
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. НЕКОТОРЫЕ АКТУАЛЬНЫЕ ПРОЕКТЫ, РЕАЛИЗУЕМЫЕ
В НАСТОЯЩЕЕ ВРЕМЯ (АВГУСТ 2021 Г.)
10
Калифорнийское партнерство по топливным элементам. 70 000
тяжелых электрических грузовиков на топливных элементах, 200
водородных станцияй к 2035 году. 4 августа 2021 г.
14
Калифорнийское партнерство по топливным элементам
15
(CaFCP) выпустило новый
основополагающий документ для тяжелых электрических грузовиков на топливных
элементах класса 8 (FCET) «Электрические грузовики на топливных элементах: видение
грузовых перевозок в Калифорнии и за ее пределами», который предусматривает поддержку
70 000 грузовиков. 200 станций большегрузных автомобилей к 2035 году.
В документе подчеркивается необходимость в политике, которая открывает и
ускоряет частные инвестиции для достижения этого промежуточного шага к более
широкой цели - грузовым автомобилям с 100% нулевым уровнем выбросов к 2045 году.
В видении подчеркивается потребность в технологиях электромобилей как на
аккумуляторах, так и на топливных элементах, а также на том, что «для подлинной
реализации успешного перехода к 100% нулевому уровню выбросов необходимы
уникальные возможности FCET».
Тяжелые грузовики составляют лишь 2% транспортных средств на дорогах Калифорнии,
однако эти сотни тысяч грузовиков производят более 9% выбросов парниковых газов в
штате, 32% оксидов азота и 3% выбросов твердых частиц.
Успешное внедрение тяжелых грузовиков с нулевым уровнем выбросов требует
взаимодействия нескольких ключевых элементов. В случае FCET это включает
синхронизацию выпуска автомобилей с сооружением инфраструктуры заправки
водородом, а также производство возобновляемого и безуглеродного водорода.
При наличии правильных механизмов политики видение предусматривает к 2035 году
самодостаточный рынок. В проекте отчета Калифорнийского совета по воздушным
ресурсам делается вывод о возможности создания самодостаточной сети заправки
легковых автомобилей на топливных элементах. случается с грузовиками на топливных
элементах большой грузоподъемности.
Публикация этого концептуального документа последовала за правилом Advanced
Clean Truck, принятым Управлением по воздушным ресурсам Калифорнии, первым в мире
правилом, требующим от производителей грузовиков перехода с дизельных грузовиков и
фургонов на электрические грузовики с нулевым уровнем выбросов, начиная с 2024 года.
14
https://www.greencarcongress.com/2021/08/20210804-calfcp.html
15
Калифорнийское партнерство по топливным элементам - это сотрудничество организаций, включая
производителей автомобилей, автобусов и грузовиков, разработчиков инфраструктуры, поставщиков энергии,
правительственные учреждения, компании, занимающиеся технологиями топливных элементов, и других, которые
работают вместе для продвижения коммерциализации водородных и электромобилей на топливных элементах.
11
Транспортные средства на водороде: реальный путь к чистой
энергии (США, Канада). 13 августа 2021
16
г.
Водород, самый распространенный элемент во Вселенной, рассматривается, наряду с
электромобилями, как один из способов замедлить разрушительное воздействие на
окружающую среду 1,2 миллиарда транспортных средств на планете, большинство из
которых сжигает бензин и дизельное топливо.
Каждое утро на транзитной станции в Кантоне, штат Огайо, более дюжины автобусов
останавливаются на заправочной станции, прежде чем отправиться на свои маршруты в
этом городе к югу от Кливленда.
Автобусы, произведенные El Dorado National и принадлежащие Региональному
транзитному управлению района Старк, выглядят как любые другие. Однако в
совокупности они отражают новейшие технологии, которые могут сыграть ключевую роль
в обеспечении более чистого междугороднего транспорта. Вместо дизельного топлива,
загрязняющего окружающую среду, четверть автобусов агентства работает на
водороде. Они не выделяют ничего, кроме безвредного водяного пара.
Водород, самый распространенный элемент во Вселенной, все чаще рассматривается,
наряду с электромобилями, как один из способов замедлить разрушительное воздействие
на окружающую среду 1,2 миллиарда транспортных средств на планете, большинство из
которых сжигает бензин и дизельное топливо. Производители больших грузовиков и
коммерческих автомобилей начинают использовать технологии водородных топливных
элементов как путь вперед. Транспорт является самым крупным источником изменения
климата в США, поэтому водородная энергия в долгосрочной перспективе
рассматривается как потенциально важный способ сокращения выбросов углерода.
Безусловно, водород остается далеко не волшебным решением. На данный момент
водород, который ежегодно производится во всем мире, в основном для
нефтеперерабатывающих заводов и производства удобрений, производится с
использованием природного газа или угля. Этот процесс загрязняет воздух, нагревая
планету, а не спасая ее. Действительно, новое исследование, проведенное учеными из
Корнельского и Стэнфордского университетов, показало, что при производстве водорода
в большинстве случаев выделяется углекислый газ, а это означает, что водородный
транспорт также загрязняет окружающую среду.
В течение трех лет General Motors, Navistar и автотранспортная компания JB Hunt
планируют построить заправочные станции и использовать водородные грузовики на
нескольких автострадах США. Toyota, Kenworth и порт Лос-Анджелеса начали испытания
водородных грузовиков для перевозки грузов с судов на склады.
Volvo Trucks, Daimler Trucks AG и другие производители также объявили о
партнерстве. Компании надеются коммерциализировать свои исследования, предлагая
грузовики с нулевым уровнем выбросов, которые экономят деньги и соответствуют более
строгим правилам загрязнения окружающей среды.
Никто не знает, когда будет принят водород для широкого использования в
транспорте. Крейг Скотт, глава Toyota по передовым технологиям в Северной Америке,
говорит, что у компании, возможно, осталось два года до того, как грузовик с водородом
будет готов к продаже. Строительство большего количества заправочных станций будет
иметь решающее значение для широкого внедрения.
Кирт Конрад, генеральный директор транспортного управления Кантона с 2009 года,
говорит, что другие транспортные системы проявили такой большой интерес к технологии,
16
https://abcnews.go.com/US/wireStory/hydrogen-powered-vehicles-realistic-path-clean-energy-79439859 перевод
материала
12
что SARTA возит свои автобусы по стране для демонстраций. Система Canton, которая
купила свои первые три водородных автобуса в 2016 году, с тех пор увеличилась на 11.
Также была построена заправочная станция. Две транспортные системы Калифорнии, в
Окленде и округе Риверсайд, имеют в своем парке водородные автобусы.
Испытания в порту Лос-Анджелеса начались в апреле, когда первый из пяти тягачей
с водородными силовыми агрегатами Toyota начал доставлять грузы на склады в Онтарио,
штат Калифорния, примерно в 60 милях от них. Государственно-частный проект
стоимостью 82,5 миллиона долларов в конечном итоге будет иметь 10 тягачей.
Водородное топливо включено в планы президента Джо Байдена по сокращению
выбросов вдвое к 2030 году. Закон об инфраструктуре, одобренный Сенатом, включает 9
миллиардов долларов на исследования по снижению затрат на производство чистого
водорода, а также на создание региональных центров по производству водорода.
Индустрия дальних грузоперевозок, по-видимому, является лучшим выбором для
скорейшего внедрения водорода. Топливные элементы, которые преобразуют
газообразный водород в электричество, обеспечивают больший запас хода, чем
аккумуляторные электрические грузовики, лучше работают в холодную погоду и могут
заправляться намного быстрее, чем электрические батареи. Сторонники говорят, что
короткое время заправки водородных автомобилей дает им преимущество перед
электромобилями для использования в такси или грузовых автомобилях, которые
используются постоянно.
Это преимущество было важно для лондонской компании Green Tomato Cars, которая
использует 60 автомобилей Toyota Mirai с водородными топливными элементами в своем
парке из 500 автомобилей с нулевым уровнем выбросов для перевозки корпоративных
клиентов.
Водители могут проехать более 300 миль (500 километров) на баке и заправиться за
три минуты. Поскольку заработок водителей зависит от платы за проезд, если им
приходится тратить 40, 50 минут, час, два часа на включение автомобиля в сеть в середине
рабочего дня, это для них просто неприемлемо.
На данный момент Green Tomato является одним из крупнейших операторов
водородных транспортных средств на этом крошечном рынке в Европе, на дорогах
которого находится около 2000 автомобилей на топливных элементах, мусоровозов и
автофургонов.
Около 7500 автомобилей на водородных топливных элементах находятся на дорогах
США, в основном в Калифорнии. Toyota, Honda и Hyundai производят автомобили,
которые стоят на тысячи долларов дороже, чем автомобили с бензиновым двигателем. В
Калифорнии 45 общественных заправочных станций, еще больше планируются или
строятся.
В отличие от автобусов и тяжелых грузовиков, эксперты говорят, что будущее
легковых автомобилей в США в основном связано с аккумулятором, а не с
водородом. Полностью электрические транспортные средства могут путешествовать
дальше, чем требуется большинству людей, при использовании относительно небольшой
батареи.
Так называемый «голубой» водород, получаемый из природного газа, требует
дополнительной ступени. Выбрасываемый при этом углекислый газ отправляется на
хранение под земную поверхность. Исследование Корнелла и Стэнфорда показало, что
при производстве голубого водорода выделяется на 20% больше углерода, чем при
сжигании природного газа или угля для получения тепла.
Вот почему отраслевые исследователи сосредоточены на электролизе, который
использует электричество для разделения водорода и кислорода в воде.
13
В настоящее время изготовление грузовика с водородом и производство топлива
обходится дороже, чем запускать на дорогу грузовик с дизельным двигателем. Водород
стоит около 13 долларов за килограмм в Калифорнии, а 1 килограмм может дать немного
больше энергии, чем галлон дизельного топлива. В отличие от этого, дизельное топливо в
США стоит всего около 3,25 доллара за галлон.
Но диспропорции должны уменьшатся по мере расширения технологии производства.
Хотя дизельный тягач может стоить около 150 000 долларов в зависимости от того,
как он оборудован, неясно, сколько будут стоить грузовики на топливных
элементах. Nikola, начинающий производитель электрических и водородных грузовиков
на топливных элементах, оценил в прошлом году, что он будет получать около 235000
долларов за каждый проданный водородный тягач.
Cummins прогнозирует повсеместное использование водорода в США к 2030 году за
счет более строгих правил выбросов дизельных двигателей и государственных требований
к автомобилям с нулевым уровнем выбросов. Европа уже поставила амбициозные цели по
«зеленому» водороду, призванные ускорить его использование.
14
Китай. Еще один шаг к более чистому будущему: выпущен
тяжелый грузовик на водородных топливных элементах. 6 августа,
2021 г.
Вслед за производством водородных строительных топливных элементах
транспортных средств, SANY расширило семейство водородных тяжелых грузовиков.
Этот тяжелый грузовик на водороде
принадлежит к линейке автомобилей на новой
энергии и является одним из идеальных
решений надвигающегося глобального
энергетического и экологического кризиса. Ляно
Линьхэ, председатель SANY Heavy Truck,
отметил, что водород и электрические
грузовики будут, в течение определенного
периода, сосуществуют с традиционными
нефтяными двигателями грузовых
автомобилями, но должны стать
«конечным топливом» , который будет переопределить направление развития
коммерческих грузовиков.
Дальность поездки SANY Heavy Truck превышает 500 километров (310 миль) ,; его
потребление водорода ниже 10 кг / 100 км (0,16 кг/милю); использование облегченной
технологии снижает вес до 10,6 тонн, что на 3% легче , чем другие конкурирующие
продукты; Диапазон температур от -30 ° C до 50 ° C (-22 ° F до 122 ° F) , обеспечивает
грузовику выдающуюся экологическую и климатическую адаптивность.
Это первый блок водородные топливных элементов тяжелого грузовика был
изготовлен в соответствии с строгим стандартом Китая и позиционируется в качестве
флагманской модели, подходящей для различных сценариев. SANY будет глубже
исследовать применение автомобилей с водородными топливными элементами, ускоряя
развитие технологий топливных элементов во всем мире».
15
Китай одобрил мегапроект по зеленому водороду. 18 августа 2021 г.
17
Энергетическое управление Внутренней Монголии дало добро на кластер заводов в
городах Ордос и Баотоу, которые будут использовать 1,85 гигаватта солнечной энергии и
370 мегаватт ветра для производства 66 900 тонн зеленого водорода в год, говорится в
докладе Ассоциации содействия водородной энергетике. Разработка начнется в октябре, а
проекты будут введены в эксплуатацию в середине 2023 года, сообщили в ассоциации, не
уточнив стоимость или разработчиков.
Проект, который будет производить достаточно водорода, чтобы вытеснить около
180 миллионов галлонов (~490 тыс.тонн) бензина в год, если он будет использоваться
для транспортных средств на топливных элементах, является крупнейшим, который еще
предстоит возглавить правительству, по словам аналитика BloombergNEF Сяотинга Вана.
Быстро развивающаяся водородная промышленность Китая по-прежнему имеет узкие
места, в том числе то, как топливо хранится и используется, которые необходимо решить
в ближайшие пять лет, говорится в статье Securities Daily в среду.
Менее 20% энергии проекта Внутренней Монголии пойдет в непосредственно в
энергосистему, а остальная часть будет посвящена зеленому водороду. В то время как в
Китае было объявлено о нескольких проектах, которые сочетают возобновляемые
источники энергии с зеленым водородом, большинство из них предназначены в первую
очередь для производства электроэнергии, а водородный компонент просто дополнение,
чтобы помочь получить одобрение, сказал Ван.
Однако проект потребует не менее 465 мегаватт электролизеров для производства
такого количества водорода, сказала она, добавив, что глобальные поставки
электролизеров составили всего 200 мегаватт в 2020 году и, по прогнозам, составят 400
мегаватт в этом году. «Эти проекты установят больше электролизеров, чем весь мировой
рынок в 2021 году», — сказал Ван.
Водород широко рассматривается как жизненно важный для стремления Китая
декарбонизировать свою экономику к 2060 году. Стоимость производства водородной
промышленности страны прогнозируется на уровне 1 триллиона юаней (154
миллиарда долларов) через пять лет, и она может достичь в 12 раз больше, чем к 2050
году, согласно Bloomberg Intelligence, основанному на прогнозах Китайского
водородного альянса.
Крупнейшие китайские проекты зеленого водорода до сих пор были реализованы
промышленными гигантами, такими как Sinopec или Ningxia Baofeng Energy Group,
которая в этом году завершит 150-мегаваттную электролизерную установку на солнечных
батареях на одном из своих угольных и химических заводов. China Baowu Steel Group
объявила о планах по созданию 1,5 гигаватт электролизеров на возобновляемых
источниках энергии, не указав сроков.
В то время как Внутренняя Монголия уже давно является одним из ведущих
угледобывающих регионов в Китае, чиновники позиционируют ее как потенциальный
центр возобновляемых источников энергии для экспорта электроэнергии и водорода в
остальную часть страны. Регион получает около 3 100 часов солнечного света в год для
солнечной генерации и расположен на главном канале сибирского ветра, который мог бы
питать десятки гигаватт ветряных турбин, по данным водородной ассоциации.
17
https://www.bloomberg.com/news/articles/2021-08-18/china-approves-renewable-mega-project-focused-on-green-
hydrogen?srnd=green&sref=qm26bHqj
16
Hyundai - водородные грузовики XCIENT Fuel Cell (июль 2021
г.)
18
Hyundai активно продвигает по всему миру водородные грузовики XCIENT Fuel Cell.
И Hyundai сегодня является вторым по величине производителем автомобилей FCEV в
мире с долей рынка 12,1%. Корейцы уступают только Toyota Motors с долей рынка 76,6%.
На третьей позиции - Honda Motor Co., которой принадлежит 11,3%. рынка.
Эксплуатация этого грузовика на водороде началась в Европе: в прошлом году
Hyundai отправила первые 46 экземпляров в Швейцарию. В этом году Hyundai
дополнительно поставит в Европу 140 XCIENT Fuel Cell и 1600 единиц к 2025 году. Первые
грузовики XCIENT Fuel Cell начнут курсировать по Калифорнии уже в августе 2021 года,
а ко второму кварталу корейцы поставят в США 30 водородных автомобилей. Уже
имеются и станции для заправки таких машин, но пока их всего три. А к 2025 году
корейский автопроизводитель намеревается ежегодно выпускать на топливных ячейках по
110 тысяч автомобилей всех типов. Еще одним из направлений активной деятельности
южнокорейской компании является создание совместно с локальными игроками в других
странах, сетей водородных заправочных станций.
У грузовика силовая установка
значительно мощнее, чем у упомянутых
легковушек. Система топливных элементов
состоит из двух блоков, развивающих
суммарную мощность в 190 кВт. Такая двойная схема
должна положительно сказаться на дальности хода
по местности с частыми подъемами и спусками,
говорят в компании. Семь резервуаров
позволяют взять на борт более 32 кг
водорода. Топливные элементы дополнены батареей на 73,2 кВт.ч.
Электродвигатель Siemens развивает мощность 350 кВт (около 476 л.с.) и крутящий
момент 3400 Нм. При снаряженной массе в 9795 кг грузоподъемность Hyundai XCIENT
равна 10 тоннам — указанная полная масса составляет 19 000 кг, а при использовании
дополнительного прицепного трейлера — 36 000 кг. Пробег на одной заправке составит
около 400 километров (в конфигурации с работающим рефрижератором
и прицепным трейлером), а полная заправка займет от 8 до 20 минут. Но в ближайших
планах — разработка грузовика, способного проходить на одной заправке 1000
километров. Такие машины планируется поставлять в Европу и США после успешной
реализации нынешнего проекта в Швейцарии.
В июле 2021 года Hyundai Motor Company объявила
19
о своем плане развернуть
новейшие электрические тяжелые грузовики на водородных топливных элементах
XCIENT Fuel Cell в Калифорнии для двух финансируемых государством проектов по
улучшению качества воздуха в регионе. Это подчеркивает серьезные намерения
корейского производителя поставлять водородные электрические грузовики в глобальном
масштабе, после того как они уже начали работать в Европе.
За прошедшее время водородные электромобили XCIENT Fuel Cell, доказали свою
коммерческую жизнеспособность, наработав в реальных условиях на европейских дорогах
более миллиона километров.
18
http://www.autoconsulting.com.ua/article.php?sid=49336
19
http://www.trucksale.ru/news/Hyundai-Motor-начинает-проект-развертывания-тяжелых-водородных-
электрогрузовиков-XCIENT-Fuel-Cell-в-США-8538/
17
Для того чтобы выйти в США компания Hyundai Motor создала консорциум с
местными государственными и частными партнерами. Консорциум, возглавляемый
Центром транспорта и окружающей среды (CTE) и Hyundai Motor, недавно выиграл 22
миллиона долларов в виде грантов от Калифорнийского Совета по воздушным ресурсам
(CARB) и Калифорнийской энергетической комиссии (CEC) и 7 миллионов долларов в
виде дополнительных грантов от Транспортной комиссии округа Аламеда и округа
управления качеством воздуха в районе залива. Консорциум также планирует создать
водородную заправочную станцию большой мощности в Окленде, штат Калифорния,
которая сможет поддерживать до 50 грузовиков со средней заправкой 30 килограммов.
Проект Hyundai NorCal ZERO, также известный как Zero-Emission Regional Truck
Operations with Fuel Cell Electric Trucks, развернет в северной Калифорнии 30 единиц
арендных грузовиков Н2 XCIENT ко второму кварталу 2023 года. Это станет самым
крупным коммерческим развертыванием тяжелых грузовиков с водородными топливными
элементами в США. Американская модель XCIENT Fuel Cell будет иметь колесную
формулу 6х4 и максимальную дальность хода около 800 километров без дозаправки.
Hyundai Motor также получила грант в размере 500 000 долларов от Округа
управления качеством воздуха Южного побережья на демонстрацию в Южной
Калифорнии двух XCIENT на топливных элементах. Hyundai Motor и ее партнер по
автопарку планируют начать эксплуатацию этих грузовиков уже в августе этого года. Они
будут использоваться для дальнемагистральных грузовых перевозок между складами в
Южной Калифорнии в течение 12 месяцев. Кроме того, Hyundai будет работать с лидером
рынка водородных заправочных станций в Калифорнии First Element Fuel (FEF), чтобы
использовать три водородные заправочные станции в регионе для заправки грузовиков
18
ПРИЛОЖЕНИЕ 3 АНАЛИТИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ СБОРНИКА ИПЭ
«ВОДОРОДНАЯ ЭКОНОМИКА И АТОМНАЯ ЭНЕРГЕТИКА»
19
Сравнение Li-ion АКБ и водородной системы хранения для
автотранспорта по весу и объёму
Вес 1 аккумулятора Xiaomi Redmi Power Bank Fast Charge 20000
20
емкостью 0,074
кВтч составляет 0,445 кг. Это 0,166 кВтч/кг. По другим данным
21
литий-ионный
аккумулятор при абсолютной ёмкости 270 Втч (7,5 Ач * 36 В) весит 1,6 кг, то есть его
плотность энергии составляет 0,168 кВтч/кг, что превосходит значение свинцового
аккумулятора более чем в 4 раза.
Рисунок 1. Удельная энергоемкость аккумуляторов
22
Таким образом, при расходе электроэнергии ~141
23
-156
24
кВтч/100 км, вес Li-ion
АКБ на ~1.5 МВтч для 1000 км пробега грузового электротрака составит 8,5-9,1 тонны.
Это больше трети от грузоподъемности самого грузовика. Объём ~ 4.5 м3 (~7% полезного
объёма 40 футового контейнера). При этом, даже при значительном снижении затрат на
аккумуляторы примерно до 100 долларов за кВтч, только батарея грузовика будет стоить
более 150 000 долларов.
Для легкового автомобиля при пробеге 500 км и расходе электроэнергии 20
кВтч/100 км вес аккумулятора составит 600 кг
25
(больше, чем 5 пассажиров с
багажом), а объём – 300 литров. Это объём среднего багажника автомобиля.
Для водородных баков максимальное соотношение веса водорода к весу бака
(гравиметрический коэффициент) составляет ~14%. Основные технические
характеристики указанных способов хранения показывает Таблица 1.
Таблица 1. Технологические характеристики способов хранения водорода
26
.
Способ хранения
Массовое
содержание
Рабочие
температуры
Рабочие
давления
20
https://market.yandex.ru/product--akkumuliator-xiaomi-redmi-power-bank-fast-charge-20000/539600022
21
https://5kwt.ru/articles/52-liakb/
22
https://www.compel.ru/lib/59430
23
IEA G20 Hydrogen report: Assumptions https://iea.blob.core.windows.net/assets/a02a0c80-77b2-462e-a9d5-
1099e0e572ce/IEA-The-Future-of-Hydrogen-Assumptions-Annex.pdf
24
https://kamaz.ru/press/releases/kamaz_chistogor_pervyy_gruzovoy_elektromobil_ot_kamaza_/
https://www.autostat.ru/news/44435/
25
Заряженных Li-ion батарей электромобиля Nissan (50 модулей по 4 кг) хватает где-то на 160 км проезда.
https://elwo.ru/publ/mashiny/akkumuljatory_dlja_ehlektromobilej/4-1-0-241
26
Перспективы России на глобальном рынке водородного топлива. Экспертно-аналитический отчет. Москва,
2018. https://energynet.ru/upload/Перспективы_России_на_глобальном_.pdf Источники: ИПХФ РАН, ИЦ EnrgyNet,
SIP.
20
водорода
процесса
процесса
Стальные баллоны для компримированного водорода
До 1%
20 – 40 °С
150 бар
Композитные баллоны высокого для компримированного
водорода
5 – 7%
20 – 40 °С
350 бар
Композитные баллоны сверхвысокого давления для
компримированного водорода
10,5 –
13,8%27
20 – 40 °С
700 бар
Криогенные емкости для сжиженного водорода
До 7,1%
–252 °С
1 бар
Жидкие органические гидриды
До 7,2%
180 – 280 °С
1 – 10 бар
Обратимо гидрирующиеся металлы и сплавы
(металлогидриды)
1,5 – 7,5%
100 – 300 °С
1 – 5 бар
Потребление водорода при КПД топливных ячеек 50-70% и энергосодержании
водорода 35-40 кВтч/кг составит (при тех же энергозатратах «на колесе») 7-11 кг/100км.
При этом расходе водорода вес системы хранения топлива для 1000 км пробега грузового
водородомобиля составит 370-650 кг.
При этом на рынке уже есть баллоны для хранения сжатого газа с коэффициентом
16%, например, баллон весом 56 кг, вмещающий 50 литров водорода под давлением 200
бар
28
.
Следует учесть, что зарядка Li-ion АКБ длится долго (несколько часов) и, чтобы
обеспечить суточный пробег без дозаправки, необходимо иметь аккумулятор,
рассчитанный минимум на 1000 км. Для ВАЗС, имеющей скорость заправки несколько
минут достаточно более короткого пробега (до 500 км) и, соответственно, в 2 раза меньшей
емкости и веса: 180-325 кг.
Это в 25-50 раз меньше, чем вес Li-ion системы хранения грузового электромобиля
и примерно равно весу баков с дизельным топливом.
Расчеты подтверждаются коммерческими предложениями фирмы Hyundai Motor,
которая летом 2020 года отправила в Швейцарию первую партию из 10 автомобилей
XCIENT Fuel Cell – первых в мире тяжелых грузовиков на водородном топливе. К 2025
году Hyundai доведет их количество до 1 600 единиц. Тягачи для грузовиков/автопоездов
Hyundai XCIENT Fuel Cell
29
имеют расход 32,09 кгН2/400 км. Время заправки одного
грузовика занимает приблизительно 8-20 минут.
27
Toyota Miray
28
http://aliextop.ru/product-detail/the-newest-cilynder-big-size-hydrogen-storage-tank-40l-medical-oxygen-cylinder-
60750969880.html
29
https://www.hyundai.ru/news/pervyj-v-mire-tyazhelyj-gruzovik-na-toplivnyh-ehlementah-hyundai-xcient-fuel-cell-
napravlyaetsya-v-evropu-dlya-kommercheskogo-ispolzovaniya
21
Сравнение цены километра пробега с учетом капиталовложений,
эксплуатационных затрат и цены на первичное топливо (дизель,
водород, электроэнергия). Динамика 2020-2030 годы
В качестве основных параметров, принимаемых для расчета приняты данные,
представленные Международным энергетическим агентством в 2019 году
30
.
Таблица 2. Оценка структуры затрат и итоговой цены километра пробега при учете
стоимости водородного, электрического и дизельного автотранспорта и инфраструктуры
заправки/зарядки
Транспорт
Параметр
Автомобиль
Грузовик
Год
2020
2030
2020
2030
Общие
параметры
Пробег
15 000
15 000
100 000
100 000
Срок жизни
5
5
5
5
Ставка
дисконтирования
10%
CRF31
0,26
0,26
0,26
0,26
Корпус
23 000
23 000
117 500
117 500
Ликвидационная
стоимость
43,0%
43,0%
41,8%
41,8%
Электромобиль
на водороде
Мощность
95
95
350
350
Стоимость топливных
элементов
200
50
250
95
Бак водорода, цена
15
9
15
9
Бак водорода, емкость
5
5
32
32
Батареи
2
2
3,3
3,3
КПД топливных
элементов
65%
85%
65%
85%
Потребление топлива
(первичной
электроэнергии) с
учетом КПД
топливных элементов
1,15
0,88
7,85
6,00
32
25
218
167
Энергосодержание
водорода для
выработки товарной
электроэнергии
40
40
40
40
Электродвигатель
14
14
39
39
О&М
0,0776
0,0776
0,106
0,106
Поставляемый H2
(МЭА)
9,2
5
7,3
5
Поставляемый H2 (С32)
2,20
1,55
2,20
1,55
Инвестиции
$
46 730
31 080
238 510
176 250
Остаточная стоимость
20 094
13 364
99 697
73 673
30
IEA G20 Hydrogen report: Assumptions https://iea.blob.core.windows.net/assets/a02a0c80-77b2-462e-a9d5-
1099e0e572ce/IEA-The-Future-of-Hydrogen-Assumptions-Annex.pdf
31
Capital Recovery Factor
32
На основании собственных расчетов. Оценка совпадает с планами, например, европейских компаний (см.
«Европейский водород по 1,5$/кг. 21 января 2021»)
22
Транспорт
Параметр
Автомобиль
Грузовик
Год
2020
2030
2020
2030
CapEx
$/год
7 027
4 673
36 618
27 060
OpEx
1 164
1 164
10 600
10 600
Топливо (МЭА)
1 106
460
39 776
20 833
Топливо (С)
264
142
11 985
6 451
Цена пробега (МЭА)
$/км
0,62
0,42
0,87
0,58
Цена пробега (С)
0,56
0,40
0,59
0,44
Электрокар
Стоимость батареи
200
100
200
100
Емкость батареи
100
100
850
850
Потребление топлива
(первичной
электроэнергии)
0,75
0,75
5,1
5,1
20,8
20,8
141,7
141,7
О&М
0,065
0,065
0,106
0,106
Электроэнергия (МЭА)
0,12
0,12
0,12
0,12
Электричество (С)
0,013
0,013
0,013
0,013
Инвестиции
$
44 330
34 330
301 150
216 150
Остаточная стоимость
19 062
14 762
125 881
90 351
CapEx
$/год
6 666
5 162
46 236
33 186
OpEx
975
975
10 600
10 600
Топливо (МЭА)
375
375
17 000
17 000
Топливо (С)
41
41
1 842
1 842
Цена пробега (МЭА)
$/км
0,53
0,43
0,74
0,61
Цена пробега (С)
0,51
0,41
0,59
0,46
ДВС
Топлива
3,0
3,0
11,7
11,7
Потребление
84
84
325
325
8
8
31
31
Цена двигателя
30
30
118
118
Топливный бак
0
0
0
0
О&М
0,08
0,08
0,16
0,16
Цена топлива
0,66
0,66
0,66
0,66
2,67
2,67
2,67
2,67
Плата за выбросы СО2
30
50
30
50
Инвестиции
$
25 850
25 850
158 800
158 800
Остаточная стоимость
11 116
11 116
66 378
66 378
CapEx
$/год
3 887
3 887
24 381
24 381
OpEx
1200
1200
16000
16000
Топливо
789
789
20371
20371
Плата за выбросы СО2
$/год
96
160
2483
4139
Цена пробега
$/км
0,40
0,40
0,63
0,65
23
Рисунок 2. Грузовые автомобили, 2020 год, цена километра пробега, $/км
Рисунок 3. Грузовые автомобили, 2030 год, цена километра пробега, $/км
Рисунок 4. Динамика удельной цены пробега легкового автотранспорта 2020-2030 г.г.
0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 0.55 0.60 0.65 0.70 0.75 0.80 0.85 0.90
Водород (МЭА)
Водород (С)
Электромобиль (МЭА)
Электромобиль (С)
ДВС
Водород (МЭА) Водород (С) Электромобиль
(МЭА) Электромобиль (С) ДВС
CapEx 0.37 0.37 0.46 0.46 0.24
OpEx 0.11 0.11 0.11 0.11 0.16
Топливо 0.40 0.12 0.17 0.02 0.20
Плата за выбросы СО2 - - - - 0.02
0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 0.55 0.60 0.65 0.70 0.75 0.80 0.85 0.90
Водород (МЭА)
Водород (С)
Электромобиль (МЭА)
Электромобиль (С)
ДВС
Водород (МЭА) Водород (С) Электромобиль
(МЭА) Электромобиль (С) ДВС
CapEx 0.27 0.27 0.33 0.43 0.24
OpEx 0.11 0.11 0.11 0.14 0.16
Топливо 0.21 0.06 0.17 0.02 0.20
Плата за выбросы СО2 - - - - 0.04
-
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030
$/км
Водород (МЭА) Водород (С)
Электромобиль (МЭА) Электромобиль (С)
ДВС
24
Рисунок 5. Динамика удельной цены пробега грузового автотранспорта 2020-2030
-
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030
$/км
Водород (МЭА) Водород (С) Электромобиль (МЭА)
Электромобиль (С) ДВС
25
Сколько стоит водород? Сравнение затрат на производство
водорода электролизом на СЭС и ВЭС в сравнении с производством
за счет электроэнергии, вырабатываемой на АЭС или ископаемого
топлива
Водородная энергетика – один из основных трендов развития современной энергетики. Во
всех развитых странах, включая Россию, принимаются программы и дорожные карты развития
этого сегмента, массово проводится анализ конкурентоспособности способов выработки и
применения водорода. Одно из основных, новых направлений развития этого рынка – переход
транспорта на водородное топливо. По оценкам международного Водородного Совета мировой
спрос на водород, как топливо, может составить до 524 млн.тонн в год к 2050 году при условии
замены до 20% транспорта на углеродном топливе на водородный транспорт. При этом ключевым
параметром является цена водорода в точке заправки. Прогнозируется, что с текущих 5÷8 $/кг, она
может снизится к 2050 году до 1,5÷2,2 $/кг.
Проведенная ИПЭ оценка энергообеспечения грузооборота большегрузного автотранспорта
Центра России и Беларуси на базе соответствующих энергосистем подтвердила безусловную
конкурентоспособность использования водорода в качестве топлива по сравнению с дизельным
топливом.
В настоящий момент существует конкуренция 2-х перспективных методов производства
водорода: углеродный, (в частности, конверсия метана и пр.) и безуглеродный, электролизный, за
счет электроэнергии, вырабатываемой, в первую очередь, с помощью ВИЭ.Предварительная
модельная оценка и сравнение при параметрах ВИЭ, электролизеров и т.д., определенных на
уровне, принимаемом международными энергетическими агентствами – МЭА, IRENA и пр
показывают, что водород, вырабатываемый за счет ВИЭ, с учетом увеличения платы за выбросы
и снижения капитальных затрат на ВИЭ, становится гораздо дешевле чем при углеродных
способов выработки уже в среднесрочной перспективе.
Нами проведена предварительная оценка эффективности выработки водорода за счет
генерации АЭС в рамках тех же допущений что и для ВИЭ. При этом предполагалось, что
CapExАЭС overnight составляет 2500÷4800 $/кВт, средний дисконт 7-8%, срок жизненного цикла
АЭС – 50 лет. Оценка показала, что вырабатываемый водород конкурентоспособен при
CapExАЭС 2500÷3000 $/кВт. При существующих CapExАЭС на уровне 5000 $/кВт вырабатываемый
водород дороже, чем получаемый за счет ВИЭ.
При этом, дополнительная оценка показала, что, в модельном сценарии, когда водород
вырабатывается за счет дешевой ночной электроэнергии, его конкурентоспособность
обеспечивается на всём горизонте оценки (2020-2050 г.г.). Таким образом уже сейчас выгодно
использовать водород, вырабатываемый электролизом за счет сетевой электроэнергии.
Рисунок 6.Затраты на производство водорода на СЭС и ВЭС в сравнении с
производством за счет ископаемого топлива и утилизации парниковых газов (IRENA)
33
33
«HYDROGEN:A RENEWABLE ENERGY PERSPECTIVE» Report prepared for the 2nd Hydrogen Energy
inisterial Meeting in Tokyo, Japan. International Renewable Energy Agency (IRENA) September 2019
26
Допущения: Стоимость электролизера: 770 $/кВт (2020), 540 $/кВт (2030), 435 $/кВт (2040) и 370
$/кВт (2050). Цены на CO2: 50 $/тонна (2030 г.), 100 $/тонна (2040 г.) и 200 $/тонна (2050
г.).
.
Рисунок 7. Затраты на производство водорода на СЭС и ВЭС в сравнении с производством
за счет электроэнергии, вырабатываемой на АЭС в среднем по Миру
Допущения:
- базовые данные по ВИЭ и пр. IRENA, КПД электролизера=65%
- по АЭС – данные МЭА, IEA, CEA. CapEx overnight =2500-4800 $/кВт
- КИУМы (среднемировые): КИУМВЭС=48%, КИУМСЭС=26%, КИУМАЭС=88%,
- ставка дисконта снижается с 9% до 5% к 2050 г. (~7%)
Резюме: водород, вырабатываемый за счет электроэнергии АЭС при CapExАЭС~2500 $/кВт в
долгосрочном горизонте в среднем конкурентоспособен с иными способами
Рисунок 8. Затраты на производство водорода на СЭС и ВЭС в сравнении с производством
за счет электроэнергии, вырабатываемой на АЭС в центральной зоне России, Беларуси
Допущения:
2018 2023 202 8 2033 203 8 2043 2048
-
2.0
4.0
6.0
8.0
LCOH (USD/кгН2)
Series9 Average Solar ; LCOE ($/MWh)= 80
Average Wind ; LCOE ($/MWh)= 55 Best case PV ; LCOE ($/MWh)= 17,5
Best case Wind ; LCOE ($/MWh)= 23 АЭС, CapEx (USD/kW) - 4800 ; LCOE ($/MWh)= 62
АЭС, CapEx (USD/kW) - 2500 ; LCOE ($/MWh)= 40 Водород из ископаемого топлива с утилизацией углерода
2018 2023 202 8 2033 2038 204 3 2048
-
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
7.0
8.0
2018 2020 2022 2024 2026 2028 2030 2032 2034 2036 2038 2040 2042 2044 2046 2048 2050
LCOH (USD/кгН2)
Зона CapEx для АЭС 2500÷4800 USD/кВт, D: 10%->3% Average Solar ; LCOE ($/MWh)= 80
Average Wind ; LCOE ($/MWh)= 55 Best case PV ; LCOE ($/MWh)= 17,5
Best case Wind ; LCOE ($/MWh)= 23 АЭС, CapEx (USD/kW) - 4800 ; LCOE ($/MWh)= 62
АЭС, CapEx (USD/kW) - 2500 ; LCOE ($/MWh)= 40 Водород из ископаемого топлива с утилизацией углерода
27
по АЭС – данные МЭА, IEA, CEA (Индия) – CapEx=2500÷4800 $/кВт)
КИУМы- средние по центральной зоне России, Беларуси: КИУМВЭС=34%,
КИУМСЭС=18%, КИУМАЭС=88%,
Резюме: в этом регионе водород, вырабатываемый за счет электроэнергии АЭС при в среднем
более конкурентоспособен по сравнению с иными способами CapExАЭС~2500÷3500
$/кВт
Рисунок 9. Затраты на производство водорода на СЭС и ВЭС в сравнении с производством за
счет электроэнергии, вырабатываемой на АЭС в центральной зоне России, Беларуси с
использованием особенностей суточной неравномерности потребления энергосистемы
Допущение: водород вырабатывается за счет невостребованного (ночного) префицита
электроэнергии АЭС
Резюме. В ближайшее время этот способ может стать наиболее выгодным и сохранить лидерство
в долгосрочном горизонте. В рамках конкретной энергосистемы необходима более
детальная комплексная оценка.
2018 2023 202 8 2033 2038 204 3 2048
-
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
7.0
8.0
2018 2020 2022 2024 2026 2028 2030 2032 2034 2036 2038 2040 2042 2044 2046 2048 2050
LCOH (USD/кгН2)
Зона CapEx для АЭС 2500÷4800 USD/кВт, D: 10%->3% Average Solar ; LCOE ($/MWh)= 80
Average Wind ; LCOE ($/MWh)= 55 Best case PV ; LCOE ($/MWh)= 17,5
Best case Wind ; LCOE ($/MWh)= 23 АЭС, CapEx (USD/kW) - 4800 ; LCOE ($/MWh)= 62
Утилизация невостребованного ночного префицита АЭС Водород из ископаемого топлива с утилизацией углерода
28
Европейский водород по 1,5$/кг. 21 января 2021 г.
Производитель электролизеров Nel объявил
34
о планах сократить стоимость своих
электролизеров примерно на 75% на новом заводе мощностью 2 ГВт, который станет крупнейшим
в мире, и снизить цену на зеленый водород до 1,50 доллара за кг к 2025 году, примерно столько
же. как серый H2, полученный из ископаемых видов топлива. После 2025 года затраты еще больше
упадут, что сделает зеленый H2 дешевле, чем серый.
Nel Capital Markets завершит строительство своей первой производственной линии
мощностью 500 МВт на своем новом полностью автоматизированном заводе по производству
щелочных электролизеров в Херёйе, Норвегия, во втором квартале этого года.
Цена 1,5 доллара за кг основана на возобновляемой электроэнергии из расчета 20
долларов за МВтч, включая затраты на срок службы в течение 20 лет - стоимость земли,
строительных работ, установки, ввода в эксплуатацию, а также эксплуатации и технического
обслуживания.
Цена на электроэнергию составляет 70-80% стоимости зеленого водорода, а 20 долларов за
МВтч - довольно низкая стоимость для любой возобновляемой энергии.
Lazard
35
оценивает приведенную стоимость энергии (LCOE) в 26-54 $/МВтч для ветра и 29-
42 $/МВтч для солнечной энергии в 2020 году. Однако уже сейчас самая низкая цена ВИЭ на
мировом рынке составляет 1,26 американских центов за кВтч для солнечного проекта,
например, в Португалии
36
. В сентябре 2020 года там прошел крупный международный тендер на
строительство СЭС общей установленной мощностью около 700 МВт. Всего было подано более
10 заявок от различных компаний со всего мира. Минимальная предложенная цена составила всего
11,14 евро за 1 МВтч. Предложенная в итоге цена тогда побила мировой рекорд, установленный
недавно в ОАЭ - в мае 2020 года в эмирате Абу-Даби началось строительство станции солнечной
генерации, которая будет продавать электричество потребителям по цене 1,35 американских
центов за кВтч. Однако, уже сейчас стоимость электроэнергии по проекту Шуайба (Shuaibah)
составляет 1,04 ¢/кВтч
37
, а гигантский солнечный парк Sudair мощностью 1500 МВт (точнее его
первая очередь) начнёт работать во второй половине 2022 года и будет продавать электроэнергию
по цене 1,239 ¢/кВтч
38
.
Оценки также подтверждены анализом BloombergNEF, спрогнозировавшем цену «зеленого»
водорода
39
к 2030 году 1,1-2,7 $/кг, прогнозом Водородного Совета
40
, оценившим ее в 1,4-2,3 $/кг,
материалами того же Lazard
41
, представившего значение 1,4-2,3$/кг даже при цене электроэнергии
около 3 ¢/кВтч и др. Вышеуказанные собственные расчеты и данные агентства IRENA также
подтверждают этот уровень цен
42
.
Однако, даже эти прогнозы не рассчитаны на цену электроэнергии в 1-1,5 ¢/кВтч, которая
может формироваться как за счет цены ВИЭ, так и за счет специфики ценообразования на
электроэнергию в рыночных условиях
43
. В этом случае доля цены электроэнергии в цене водорода
составит 0,5-1 $/кг.
34
https://www.rechargenews.com/transition/nel-to-slash-cost-of-electrolysers-by-75-with-green-hydrogen-at-same-
price-as-fossil-h2-by-2025/2-1-949219
35
https://www.lazard.com/perspective/lcoe2020
36
https://eenergy.media/2020/09/14/v-portugalii-postavili-novyj-mirovoj-rekord-stoimosti-solnechnoj-energii/
37
https://www.spa.gov.sa/2212832 Саудовское информационное агентство
38
https://www.arabnews.com/node/1840096/business-economy Arab News
39
https://data.bloomberglp.com/professional/sites/24/BNEF-Hydrogen-Economy-Outlook-Key-Messages-30-Mar-
2020.pdf стр.5
40
https://hydrogencouncil.com/wp-content/uploads/2021/02/Hydrogen-Insights-2021-Report.pdf стр.5,7
41
https://www.lazard.com/media/451779/lazards-levelized-cost-of-hydrogen-analysis-vf.pdf стр.16
42
При этом возможно отставание на 5-7 лет. Однако, указанные расчеты относятся к 2019 году. За последнее
время темпы снижения стоимости технологий производства увеличились, что может компенсировать это отставание.
43
https://ria.ru/20200218/1564929052.html