Водень у газових трубах. Про експеримент, який переверне українську енергетику, – з перших уст

Підбито попередні підсумки перших випробувань використання Н₂ в українських газорозподільних мережах за підсумками першого тижня тестування на навчально-тренувальному полігоні АТ «Житомиргаз».

Водень – це енергоносій майбутнього. Екологічно чистий газ, після використання якого не залишається ніяких викидів в атмосферу, впевнено йде на зміну звичному вуглеводневому паливу.

Україна має великі шанси стати одним з найбільших експортерів Н₂ в Європі. У нашому водні вже зацікавлена Німеччина, яка готова інвестувати 1 млрд євро в розвиток української водневої економіки. Зокрема – у модернізацію газотранспортної системи, так як транспортування водню по трубопроводах – найдешевший спосіб.

Як показали перші випробування газорозподільних мереж, вони дійсно потребують серйозної модернізації, адже тиск водню в ньому значно знизився за перші дні. Які тести будуть проводитися далі, і коли в Україні нове паливо буде доступне споживачам, розповідає директор департаменту стратегічного планування «Регіональної газової компанії» Станіслав Казда.

«Регіональна газова компанія» вивчає готовність української газотранспортної системи до перекачування водню. Коли розпочався цей проект?

У минулому році, коли стало остаточно зрозуміло, що Європа реально рухається в цьому напрямку – розвиток водневої енергетики. А конкретно – після засідання Мадридського форуму, присвяченого водню, воно відбулося в серпні 2019 року. Тобто, рівно рік тому.

Тому РГК, як стабільний член еврoпейских газових структур, прийняла рішення запустити тестування водню в українських газорозподільних мережах. На даний час для випробування водню підготовлені експериментальні ділянки на навчально-тренувальних полігонах у Волинській, Дніпропетровській, Житомирській, Івано-Франківській та Харківській областях.

Підбираючи полігони, ми враховували два основних моменти. Перше – вони повинні були бути максимально наближені до реалій, до того, що відбувається в діючих газових мережах.

Другий момент – навчальні полігони підбиралися з таким розрахунком, щоб «закрити» максимальний набір специфічного складу природного газу (який в майбутньому стане основою для сумішей з воднем). Адже в різних мережах він різний. На Волині –  свій, у Харкові – свій. У Дніпрі та Житомирі –  газ російський, а в Івано-Франківську - там взагалі мікс. Знову ж таки, в різних регіонах України мережі будувалися по-різному. Принципово вони технічно не відрізняються, але є нюанси – там застосовувалися труби одного ГОСТу, там – іншого, і так далі.

«Експеримент повинен тривати п'ять років»

На який період розрахована програма випробувань водню, і що вона передбачає?

Згідно із загальним планом, експеримент повинен тривати п'ять років. Перший етап, польові та лабораторні випробування – до середини 2022 року, це два опалювальні сезони. Потім, до 2025 року, на основі зібраних даних будуть проводитися наукові дослідження, а також тривати лабораторні випробування.

Польові випробування поділяються на статичні і динамічні. Перші – найпростіші. Створюється газотранспортна система «в мініатюрі», в неї закачується водень, газ в системі не крутиться, просто стоїть. Це найпростіший експеримент. Що б перевірити, як реагують на водень труби, які і де виникають протікання газу. Спочатку в систему закачується чистий водень.

Наскільки відомо, на Заході цього не роблять – при випробуваннях в систему закачують суміш водню з звичайним природним газом і поступово підвищують концентрацію, від 2 до 20%. Чому ми пішли іншим шляхом?

В Європі газові мережі в нормальному стані, в їх розвиток і експлуатацію йде достатню інвестування, вони реконструюються, модернізуються. А в Україні як в кінці 80-х років пройшла масова газифікація, так з тих пір практично нічого не змінювалося.

У 90-х роках, наскільки я чув від колег, було прийнято політичне рішення: ухваленням одного документа, здається технічного регламенту, продовжили термін експлуатації мереж на 20 років. Відповідно, ніяких довгострокових інвестицій в газорозподільні мережі не передбачалося. А навіщо? Є ж офіційний документ – труби нормальні, їм ще служити і служити.

При створенні водневих ділянок на навчально-тренувальних полігонах ми використовували старі труби, які зняли з діючих ділянок ГРС. Їм по 15-20 років. Це в комбінації з запуском чистого водню дозволить нам відразу зрозуміти масштаб проблеми: наскільки зношена газорозподільна мережа, які в трубах мікротріщини, які можуть відбуватися хімічні реакції. Ми повинні бути готові до всіх несподіванок. Тому відразу вирішили закачувати чистий водень.

Перші статичні випробування водню почалися на полігоні в Житомирській області 6 серпня. Як ви оцінюєте попередні підсумки?

Перед початком випробувань було проведено тест на умовну герметичність трубопроводу на метані. На ньому витік була нульовий. Але на водні витоки з'явилися, і досить відчутні.

Але треба зазначити, що справа не тільки в старих трубах, тут ще на витік впливають перепади температури повітря. Вдень 30 градусів, вночі – 13-14. На «воздушцi», наземної ділянці системи, перепад ще більше – труба на сонці нагрівається до 50 градусів. Метал розширюється, стискається, особливо на стиках, де гайки, різьбові з'єднання, прокладки. А молекула водню в три рази менше, ніж метану, їй просочитися куди-небудь – набагато простіше.

Зараз на полігоні стався перезапуск системи, в неї докачали необхідну кількість водню, почався другий цикл експерименту, теж розрахований на тиждень. Буде кілька циклів – три або чотири.

Так само все буде відбуватися і на інших чотирьох полігонах, кількість циклів – залежно від того, які витоки. 14 серпня почалися статичні випробування на полігоні в Івано-Франківській області, 18-го – Дніпропетровській. 20 і 21 серпня почнуться відповідно на Волині і в Харківській області. Нам необхідно набрати статистичні дані, зрозуміти закономірності процесу. І вже тільки після цього приступити до наступного етапу експерименту.

Що саме відбуватиметься під час наступного етапу?

Спочатку – статичні випробування на сумішах газів – 10%, 20% водень. Щоб розуміти: при такій концентрації все нормально, а при іншій – вже потрібно щось робити. Чи можна буде переходити на водневу суміш без реконструкції трубопроводу і так далі.

Потім – уже динамічні випробування. У Житомирській області, наприклад, є котельня, кімната з побутовими газовими приладами, і туди вже буде подаватися суміш, теж 10 і 20%. Тобто це тести, що стосуються кінцевих споживачів.

Аналогічні ділянки для динамічних випробувань існують і на інших полігонах, з різними нюансами. Специфіка івано-франківського полігону (який одночасно є навчальною базою для студентів Національного технічного університету нафти і газу) – метрологія. Різні датчики, вимірювальні прилади.

«Ми зрозуміли, що не варто втрачати час»

Коли почнуться лабораторні випробування, і в чому, власне, вони будуть полягати?

Як я вже сказав, молекули водню набагато менші, ніж у інших газів, і сам водень – газ дуже активний. Щоб досконально зрозуміти, як водень впливає на газову трубу, на конкретну сталь, з якого вона зроблена, як вступає в реакцію і так далі, знадобиться кілька років.

Умовного кажучи, ми беремо відрізок труби 10 метрів, заварюємо її, накачуємо воднем, і кожні три місяці проводимо заміри, беремо проби на матеріальний аналіз. І так – два-три роки.

Крім того, труби старі, всередині за довгі роки експлуатації утворився наліт: пил, бруд, різні масла... Продути трубу можна, а як її прочистити? І треба зрозуміти, як буде реагувати з воднем хімічний склад цього накипу, не виникне в результаті якась проблематична газова суміш.

До речі, згідно з попереднім планом, лабораторні експерименти повинні були початися тільки в наступному році, але ми зрозуміли, що не варто втрачати час.

На цьому тижні вже повинні початися лабораторні випробування вимірювальних приладів в Національному технічному університеті нафти і газу. Ведемо переговори з Інститутом електрозварювання ім. Е. О. Патона і харківським НДІ транспорту газу, випробування там почнуться з вересня.

Після того, як ми наберемо статистичну базу даних, зрозуміємо закономірності, фізику процесу, узагальнимо все те, що ми випробували, можна буде приступити до ще одного етапу експерименту – наукових досліджень. Це теж спільно з вузами і науковими установами – щоб фахівці допомагали з рішенням тієї чи іншої проблеми.

Так, є вже західна теоретична база, тут велосипед винаходити не треба. Але у нас же свої нюанси, особливо старі труби за стандартами ГОСТ, які в Європі повного аналога не мають. І в даному випадку в європейських джерелах необхідної інформації просто немає.

«Я очікував, що це буде складно, але ж не настільки!»

Спочатку водневі випробування повинні були початися 1 липня, але змістились більш ніж на місяць. Завадив карантин?

Ні, він практично ніяк не вплинув. Просто в черговий раз підтвердилося, що в Україні дуже складна нормативна система. Майже сім місяців йшла паперова робота, підготовка необхідних документів. Я очікував, що це буде складно, але ж не настільки!

Величезний набір дозвільних процедур, документів та інструкцій, які часто суперечать один одному. Маса речей, які треба узгодити в непрофільних організаціях і ще в тридцяти різних місцях. Все це забрало дуже багато часу.

Щоб отримати методику проведення першого, найпростішого статичного експерименту, створити шаблон – як все потрібно робити, оформлений, узгоджений, з підписами і печатками наукових установ і так далі, ми витратили три місяці.

Я боюся навіть уявити, з чим ми зіткнемося, коли прийде час проводити експеримент з постачання водневої суміші не на полігоні, а в реальний населений пункт, якусь його частину. Як це все підготувати паперово…

Яка приблизна вартість експерименту?

Набір тестів, розрахований на 2020-2022 роки, обійдеться від 5 до 20 млн грн. Точну суму назвати зараз складно, так як план і масштаб кожного експерименту залежить від результатів попереднього. Але це, прямо скажу, небагато. Зараз в Британії йде експеримент з постачання водневої суміші в студентський кампус університету Кілі, так він коштує 20 млн фунтів.

«Питання поставки водню має два основні сценарії»

Коли, на вашу думку, можна буде говорити про реальне постачання водневої суміші українським споживачам?

Складно сказати. Самі випробування газорозподільних мереж, якщо нічого не буде заважати, за планом завершаться через 3-5 років. Але саме питання поставки водню має два основні сценарії.

Великі промислові підприємства і транспорт, які потребують постачання водню, це перше. В Україні, за моїми підрахунками, 150 великих споживачів, які можуть технічно використовувати водень і кілька сотень тих, хто може його використовувати для різних видів транспорту (ми говоримо про технічну доцільність – питання собівартості і державних стандартів поки не обговорюємо). В цьому випадку треба «всього лише» привести в порядок їхню інфраструктуру. І це реально зробити протягом 3-5 років.

А в другому випадку, коли воднева суміш подається всім учасникам ринку, мова йде про 13 млн кінцевих споживачів, таку ж кількості лічильників та 400 тис кілометрів трубопроводів. Тут ситуація набагато складніша, і особисто я не очікую, що це може відбутися швидше, ніж протягом десяти років.

Андрій Кузьмін, «Главком»