CC BY
3Экология Ecology
Научная статья/ Аrticle
УДК 620.91
https://doi.org/10.34130/2306-6229-2024-2-45
Экологический аспект производства «зеленого» водорода на территории Туркменистана
Аганияз Ягшиевич Джумаев
Государственный энергетический институт Туркменистана, Мары, Туркменистан, [email protected], http:// orcid.org/0000-0002-2297-1989
Аннотация. В статье предлагается разработанный в Государственном энергетическом институте пилотный проект получения водорода на территории Туркменистана. Электрическая энергия, вырабатываемая фотоэлектрической солнечной станцией, необходима для производства «зеленого» водорода. В работе выполнено моделирование объекта, состоящего из источника электроэнергии — фотоэлектрической солнечной станции установленной мощности 100 MВт, системы получения водорода — электролизера мощностью 50 MВт, системы опреснения воды — установки обратного осмоса с производительностью 80 тонн воды в сутки.
Ключевые слова: фотоэлектрическая солнечная станция, электролизер, водородная энергия, установка обратного осмоса, газотурбинная электростанция
Для цитирования: Джумаев А. Я. Экологический аспект производства «зеленого» водорода на территории Туркменистана // Вестник Сыктывкарского государственного университета. Серия 2: Естествознание. Медицина. 2024. № 2 (30). С. 45-51. https://doi.org/10.34130/2306-6229-2024-2-45
The ecological aspect of the production "green" hydrogen in the territory of Turkmenistan
Aganiyaz Y. Jumayev
State Energy Institute of Turkmenistan, Mary city, Turkmenistan, [email protected], http:// orcid.org/0000-0002-2297-1989
Abstract. The article recommends the production of the "green" hydrogen at the territory of Turkmenistan. The electrical energy required for the production of "green" hydrogen is generated by a photovoltaic solar station. Current work presents a modelling project, which consists of electric power source — photovoltaic solar station (PVS) with a capacity of 100 MW, system of generation of hydrogen (electrolyzer with a capacity 50 MW) and the system of freshening — installation of the reverse osmosis with an output of 80 tons water a day.
Keywords: photovoltaic solar station, electrolyser, hydrogen energy, a reverse osmosis unit, gas turbine power plants
For citation: Jumayev A. Y. The ecological aspect of the production "green" hydrogen in the territory of Turkmenistan. Vestnik Syktyvkarskogo universiteta. Seriya 2: Estestvoznanie. Medicina = Syktyvkar University Bulletin. Series 2: Natural Science. Medici cine. 2024. 2 (30): 45-51. (In Russ.) https://doi.org/10.34130/ 2306-6229-2024-2-45
Введение. Проблемы экологии по снижению вредных выбросов в атмосферу является важной задачей для всех стран мира. Разработка мер по снижению выбросов СО2 в Туркменистане будут реализованы согласно утвержденными Постановлением Президента Туркменистана Национальной стратегии Туркменистана по изменению климата [1], Национальной стратегии по развитию возобновляемой энергетики до 2030 г. [2] и закона Туркменистана «О возобновляемых источниках энергии» [3]. Национальные стратегии, отражая главные усилия по снижению выбросов СО2, направлены в основном на сокращение выбросов в энергетическом секторе. Производство электроэнергии является основным потребителем природного газа в промышленности, и на его долю приходится 87 % промышленного потребления газа в Туркменистане. С учетом климатических условий нашей страны перспективным направлением является использование экологически чистой, возобновляемой энергии — солнечной и ветровой. Туркменистан также ратифицировал Парижское соглашение по климату в 2021 г. и принял национально-определенный вклад (NDC), в котором обязался сократить выбросы парниковых газов на 20 % к 2030 г. по сравнению с базовым уровнем 2010 г. Возобновляемая энергия играет важную роль в достижении этой цели, а также в повышении качества жизни населения и устойчивого развития страны.
Одно из предполагаемых решений проблемы по снижению вредных выбросов в атмосферу является развитие водородной энергетики и перевод электроэнергетического сектора на водородное и метано-водородное топливо. Электроэнергетический сектор Туркменистана является одной из базовых отраслей экономики, от уровня её развития зависит реализация национальных планов по ускорению социально-экономического развития и обеспечение энергетической безопасности страны. Вместе с тем интенсивный рост производства электроэнергии способствует увеличению выбросов парниковых газов.
Природно-климатические условия Туркменистана исключительно благоприятны для широкого использования возобновляемых источников энергии, таких как солнечная, ветровая, геотермальная энергия и энергия биомассы, при производстве электроэнергии, топлива растительного происхождения, тепла и холода.
С целью увеличения роли возобновляемых источников энергии в энергобалансе страны и развития возобновляемой энергетики будут реализованы следующие меры:
• дальнейшая поддержка научно-исследовательских разработок и испытаний технологий возобновляемой и альтернативной энергетики, а также их адаптация к климатическим условиям Туркменистана;
• в краткосрочной перспективе внедрение малых и средних установок возобновляемой энергетики в отдаленных и малонаселенных районах;
• в средне- и дальнесрочной перспективе внедрение собственных производственных мощностей и увеличение доли возобновляемой энергетики в энергетическом балансе страны;
• создание экономических стимулов для использования возобновляемых источников энергии.
По предварительным оценкам, существенного увеличения темпов выбросов, особенно до 2030 г., не наблюдается, при этом более быстрый рост энергоэффективности способствует снижению выбросов парниковых газов. Удельные выбросы парниковых газов на единицу ВВП также снижаются.
Планы развития экономики обеспечивают устойчивый среднегодовой ее рост на период до 2030 г. Вместе с тем в этот период темпы роста выбросов парниковых газов будут значительно отставать от темпов роста ВВП. В связи с этим показатели карбон-ёмкости экономики страны, а также интенсивность выбросов парниковых газов будут снижаться.
Устойчивое, низкоуглеродное и возобновляемое производство водорода было предложено в качестве одного из возможных способов минимизации изменения климата. Разработка устойчивых низкоуглеродных водородных проектов может способствовать по-
вышению темпов декарбонизации в отраслях, где сложно добиться сокращения объема выбросов, таких как металлургия, цементная промышленность или производство удобрений [4].
Постановлением Президента Туркменистана от 28 января 2022 г. была принята Дорожная карта по развитию международного сотрудничества Туркменистана в области водородной энергии на 2022-2023 гг. В рамках этой Дорожной карты планируется реализовать 18 проектов и мероприятий, в частности разработать Национальную стратегию развития водородной энергетики в Туркменистане [5].
Методы исследования, теоретическая база. Задачи, поставленные перед исполнителями пилотного проекта:
• проанализировать современное состояние и перспективы развития водородной энергетики;
• рассмотреть возможность реализации пилотного проекта по производству водорода на территории Туркменистана;
• выбрать подходящее место для строительства объекта; предусмотреть использование возобновляемых источников для снабжения потребителей объекта электроэнергией;
• изучить существующие методы получения водорода с целью выбора подходящего для использовании на территории Туркменистана;
• рассчитать объемы электроэнергии, вырабатываемой выбранным источником и потребляемой элементами системы получения водорода;
• определить стоимость реализации пилотного проекта и срок его окупаемости.
Туркменистан обладает большим потенциалом развития водородной энергетики. В
пилотном проекте рассматривается строительство двух фотоэлектрических солнечных станций (ФСС) мощностью 100 МВт каждая в Марыйском и Лебапском велаятах в населенных пунктах Серхетабат и Керки. Они могут стать источниками энергии для производства «зеленого» водорода. Если использовать электролизеры для этой цели совместно с ФСС, то нет необходимости в применении специального оборудования как для преобразования вырабатываемого тока (генераторы, инверторы), так и для синхронизации с общей электросистемой. Сыръем для получения водорода с помощью электролизерной установки, помимо электрической энергии, является вода. Эффективность и надежность работы электролизера напрямую зависит от степени ее очистки. В технологическом процессе получения водорода возможно использование непресной воды, для чего необходимы использовать опреснительные установки. Это может повысить стоимость производства водорода. В среднем влияние мероприятий по подготовке воды оцениваются в размере 1 доллар США/м3 или около 0.01 доллар США/кг водорода. Процесс электролиза в идеальном случае для получения 1 кг водорода требует 9 кг воды.
Методы, используемые в проекте. Для достижения поставленных целей использовался метод расчета объема электроэнергии, вырабатываемой источником, а также метод определения стоимости реализации пилотного проекта и окупаемости по данным из открытых источников. В работе выполнено моделирование объекта, состоящего из источника электроэнергии — фотоэлектрической солнечной станции установленной мощностью 100 МВт, системы получения водорода — электролизера мощностью 50 МВт, системы опреснения воды — установки обратного осмоса с производительностью 80 тонн воды в сутки. Были анализированы электролизеры различных типов.
Результаты и обсуждение. Определены баланс энергии, вырабатываемой и потребляемой элементами системы получения водорода (рис. 1).
15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1
Евыраб^ 106, кВт-ч, месяц, р „ • 106, кВт^ч, месяц,
•-■потребл _
10
месяц 11 12
Рис. 1. Вырабатываемая электрическая энергия ФСС и потребляемая энергия электролизера
В табл. 1 и 2 приведены технические характеристики основного базового блока и ФСС мощностью 100 МВт.
Таблица 1
Технические характеристики основного базового блока
1 Мощность ФСС 2745x2=5490.0 кВт
2 Мощность фотоэлектрического модуля 380 Вт
3 Количество фотоэлектрических модулей 7224x2=14448
4 Количество фотоэлектрических модулей, соединенных последовательно в ряде 28
5 Количество рядов 258x2=516
6 Площадь фотоэлектрических модулей 28578 м2
7 Количество инверторов 2
8 Номинальная мощность инвертора 2841кВА
Таблица 2 Технические характеристики ФСС мощностью 100 МВт
1 Мощность ФСС 100 МВт
2 Количество основных базовых блоков 18
3 Мощность основного базового блока ФСС 5490 кВт
4 Мощность фотоэлектрического модуля 380 Вт
5 Количество фотоэлектрических модулей 260064
6 Количество фотоэлектрических модулей, соединенных последовательно в ряде 28
7 Количество рядов 9288
8 Площадь фотоэлектрических модулей 514406 м2
9 Количество инверторов 36
10 Выработка электроэнергии за год 138.538-106 кВт-ч
В пилотном проекте рассматривается строительство двух фотоэлектрических солнечных станций (ФСС) установленными мощностями 100 МВт каждая в Марыйском и Ле-бапском велаятах в населенных пунктах Серхетабат и Керки. Основные результаты осуществления пилотного проекта приведены в табл. 3.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Основные результаты пилотного проекта
Таблица 3
Технические параметры и информация Значение и единица измерения
Населенный пункт, координаты Атамурат (Керки): с. ш 37.80; в. д. 65.20
Серхетабат (Кушки): с. ш 35.20; в. д. 62.40
Количество суммарной солнечной энергии, поступающей на поверхность солнечной панели, расположенной на населенном пункте под углом наклона в=360 южной ориентации Атамурат (Керки):1919,328 кВт-ч/м2 год
Серхетабат (Кушки): 1892.972 кВт-ч/м2 год
Выработка электрической энергии ФСС за год Атамурат (Керки): 140 467-106 кВт-ч
Серхетабат (Кушки): 138.538 106 кВт-ч
Производство водорода 2344.45 т
Потребление энергии при производстве водорода 114.443406 кВт-ч
Потребление воды при производстве водорода 21104.550 т
Показано [6], что 20 %-ная смесь водорода с природным газом обеспечивает сокращения выбросов СО2 примерно на 7 % по сравнению с чистым природным газом. В нашем проекте предлагается произведенный «зеленый» водород использовать в действующих газотурбинных электрический станциях. Добавление 20 % водорода в природный газ, используемый в газотурбинных электрических станциях(ГТЭС), позволяет значительно сократить выбросы СО2 в окружающую среду (рис. 2, 3).
5000 4750 4500 4250 4000 3750 3500 3250 3000 2750 2500 2250 2000 1750 1500 1250 1000 750 500 250
Евыраб- 106, кВт-М, год,
М • 10 3, т, год,
Мрасх.природ.газ
Мвыбросы С02 • 10' т, год
I
I
I
I
23
8 9
10 11
_Номер ГТЭС
Рис. 2. Вырабатываемая электрическая энергия в ГТЭС, расход природного газа и выбросы СО2
1
4
5
6
7
М • 103, т, год,
1 храсх.водорода М сокращ.выбросы С02
103 ,т, год
310
210
110
10
L
I
L
I
123456789 10 11
Номер.'ГТЭС
Рис. 3. Расход водорода в ГТЭС и сокращение выбросов ГО2
Заключение. В рассматриваемом пилотном проекте предполагается строительство двух фотоэлектрических солнечных станций (ФСС) мощностью 100 МВт каждая в Марый-ском и Лебапском велаятах в населенных пунктах Серхетабат и Керки. Реализация проекта позволяет производить в течение года 2344.45 т «зеленого» водорода. Добавление 20 % водорода в природный газ, используемый в газотурбинных электрических станциях, позволяет значительно сократить выбросы СО2 в окружающую среду.
Список источников
1. Türkmenistanyn Prezidentinin Karary bilen tassyklanan "Howanyn üytgemegi barada Türkmenistanyn Milli strategiyasy (rejelen görnü§i). A§gabat, 2019y. Türkmenistanyn Prezidentinin 2019-njy yylyn 23-nji sentyabrynda fykaran 1415-nji Karary bilen tassyklandy.
2. Türkmenistanyn Prezidentinin Karary bilen tassyklanan «Türkmenistanda 2030-njy yyla fenli gaytadan dikeldilyän energetikany ösdürmek boyunfa Milli Strategiya. A§gabat, 2020y. Türkmenistanyn Prezidentinin 2020-nji yylyn 04-nji dekabrynda fykaran 2007-nji Karary bilen tassyklandy.
3. Gaytadan dikeldilyän energiya fe§meleri hakynda Türkmenistanyn Kanuny. A§gabat §äheri. 2021-nji yylyn 13-nji marty.
4. Экономический и социальный совет. ООН. ECE/Energy/2022/8. Distr.: General 13 July 2022, Russian Original: English.
5. "Türkmenistanyn wodorod energiyasy babatda halkara hyzmatda§lygy ösdürmek boyunfa 2022-2023-nji yyllar üfin YOL KARTASY". Türkmenistanyn Prezidentinin 2022-nji yylyn 28-nji yanwarynda fykaran 2581-nji Karary bilen tassyklanyldy.
6. Завершен крупнейший проект по использованию водородного топлива. Издательский Дом "Газотурбинные технологии", 2022.
References
1. Türkmenistanyn Prezidentinin Karary bilen tassyklanan "Howanyn üytgemegi barada Türkmenistanyn Milli strategiyasy (rejelen görnüpi]. Apgabat, 2019y. Türkmenistanyn Prezidentinin 2019-njy yylyn 23-nji sentyabrynda gykaran 1415-nji Karary bilen tassyklandy [The National Strategy of Turkmenistan on Climate Change (revised version), approved by the Decree of the President of Turkmenistan. Ashgabat,
2019. Approved by the Resolution of the President of Turkmenistan dated September 23, 2019 No. 1415]. (In Turkmen)
2. Türkmenistanyn Prezidentinin Karary bilen tassyklanan «Türkmenistanda 2030-njy yyla genli gaytadan dikeldilyän energetikany ösdürmek boyunga Milli Strategiya. Apgabat, 2020y. Türkmenistanyn Prezidentinin 2020-njiyylyn 04-nji dekabrynda gykaran 2007-nji Karary bilen tassyklandy ["National Strategy for the Development of Renewable Energy in Turkmenistan by 2030" approved by the Decree of the President of Turkmenistan. Ashgabat, 2020. Approved by the Resolution of the President of Turkmenistan dated December 4, 2020, 2007]. (In Turkmen)
3. Gaytadan dikeldilyän energiya gepmeleri hakynda Türkmenistanyn Kanuny. Apgabatpäheri. 2021-nji yylyn 13-nji marty [Law of Turkmenistan on Renewable Energy Sources. Ashgabat. March 13, 2021]. (In Turkmen)
4. Ekonomicheskiy i sosialnyy sovet. OON. ECE/Energy/2022/8. Distr.: General 13 July 2022, Russian Original: English.
5. "Türkmenistanyn wodorod energiyasy babatda halkara hyzmatdaplygy ösdürmek boyunga 2022-2023-njiyyllar ügin YOL KARTASY". Türkmenistanyn Prezidentinin 2022-njiyylyn 28-njiyanwarynda gykaran 2581-nji Karary bilen tassyklanyldy. [Road map, on the development of the international cooperation in the field of the hydrogen energy for 2022-2023 years, was adopted by the decree of the President of Turkmenistan on January 28, 2022 ]. (In Turkmen)
6. Zavershen krupneyshiy proyekt po ispolzovaniya vodorodnogo topliva [The largest project on the use of hydrogen fuel has been completed]. Izdatelskiy dom. "Gazoturbinnyye tehnologii". 2022. (In Russ.)
Информация об авторе
Джумаев Аганияз Ягшиевич, кандидат физико-математических наук, проректор по научной работе Государственного энергетического института Туркменистана (745400, Туркменистан, Мары, ул. Байрамхана, 62)
Information about the author
Jumayev Aganiyaz Yagshiyevich, Candidate of physical-mathematical sciences, vice-rector State Energy Institute of Turkmenistan (62, Bayramkhan str., Mary, 745400, Turkmenistan)
Статья поступила в редакцию / The article was submitted 23.02.2024
Одобрена после рецензирования / Approved after reviewing 09.04.2024
Принята к публикации / Accepted for publication 12.04.2024
Научная статья/ АгИе1в
УДК 620.91
https://doi.org/10.34130/2306-6229-2024-2-51
Особенности проектирования ветроэлектрической станции мощностью 1.5 МВт
Нурмухаммет Аганазарович Алланазаров1, Алтымырат Мередович Агаджанов2, Нартач Джумамухамедовна Атаева3
1 2' 3 Государственный энергетический институт Туркменистана, Мары, Туркменистан,
Аннотация. Установлено, что Гарабогазский, Балканабадский, Огрыджынский, Дузлыбогазский районы относятся к регионам самой высокой среднегодовой скорости ветра. Самое высокое среднегодовое значение скорости ветра по стране было зафиксировано в г. Гарабогаз Балканского велаята. Сопоставлены среднегодовые значения скорости ветра по г. Гарабогаз. В рамках проекта
