Водородные программы Японии
Сфера действия программы ограничена, в первом приближении, теми областями, для которых могут быть определены очевидные и значительные выгоды от использования новых технологий.
Ожидается, что эффект от развертывания HFP будет определяться следующими основными результатами:
- увеличением инвестиций в сферу НИОКР в области водородной энергетики, обеспечением последовательности европейских усилий в рассматриваемой области за счет выработки общего видения и увязки в общих стратегических рамках на уровне ЕС программ исследований и разработок с инициативами по развертыванию применения новых технологий;
- поддержкой процесса формирования и развития сетей региональных кластеров, оказанием регионам необходимой помощи в эффективном использовании новых технологий;
- выявлением и устранением препятствий для развертывания и облегчения/ускорения выхода на рынок новых водородных (в том числе за счет практической демонстрации возможностей этих технологий) на уровне ЕС, отдельных стран и регионов;
- вкладом в достижение согласованной и последовательной политики и правил регулирования на уровне ЕС с учетом всех существующих рисков и выгод;
- созданием в ЕС более благоприятного климата для исследований и инвестиций в промышленность;
- созданием системы раннего предупреждения лиц, принимающих решения, о меняющихся проблемах сектора водородной энергетики (например, о возникновении инфраструктурных дефицитов или недостатке квалифицированных специалистов) и возможных последствиях для общества;
- ростом понимания в обществе необходимости развития водородных технологий и выбора политики, способствующей максимизации выгод для всех участвующих сторон.
В перечень задач HFP входит организация социальноэкономических и технологических исследований по водородной энергетике в Европе, стимулирование государственных и частных инвестиций на проведение НИОКР, изучение рыночного потенциала водородной энергетики, выявление и содействие формированию энергетической инфраструктуры и услуг, укрепление будущей кооперации как в европейских, так и в глобальных масштабах.
HFP строится на основе продолжающихся и новых национальных и международных проектов в области водородной энергетики, научных и предпринимательских кластеров и сетей и объединяет ряд специальных рабочих органов и инициативных групп, которые по мере необходимости дополняются новыми государственно-частными партнерствами и другими инициативами. Общее ввдение программы и широкие возможности использования полученных результатов обеспечиваются благодаря регулярным встречам участников.
Планируемые ориентиры европейской программы представлены в табл. 2.3.
Примерная организационная схема HFP, действовавшая в 20042005 гг., показана на рис. 2.2.
Ключевыми элементами этой схемы являются управляющие комитеты Программа стратегических исследований (SRA) и Стратегия развертывания (DS) новых технологий. SRA, куда вошел 61 представитель из 16 стран, был нацелен на стимулирование инвестиций в научные исследования и создание реалистичных исследовательских программ, которые должны обеспечить лидирующие позиции Европы в рассматриваемой области.
| Таблица 2.3 Прогнозируемый уровень развития водородных технологий и топливных элементов в странах ЕС к 2020 г. (Snapshot 2020) |
||||||||||
|
|
||||||||||||||||||||
| Источник: HFP Secretariat. HFP_IP_Draft Implementation Plan_OCT 2006. P.8. |
Все основные технологии водородной энергетики и топливных элементов были сгруппированы по пяти главным направлениям:
- производство водорода;
- хранение и распределение водорода;
- использование в стационарных условиях;
- использование на транспорте;
- использование в переносных устройствах.
Рис. 2.2. Примерная структура Европейской технологической платформы (HFP) в 2004-2005 гг.
Шестое направление представляют социально-экономические исследования, связанные с мониторингом и прогнозированием последствий перехода на новые технологии.
С учетом индивидуальной значимости каждого из этих направлений для становления новой экономики, в которой водород и топливные элементы формируют важный энергетический вектор, в рамках SRA осуществлялось распределение финансовых ресурсов на проведение научных исследований.
Поскольку основные направления исследований находятся на ранней стадии формирования, среди них возможно значительное число пересекающихся между собой и взаимодополняющих тем. Это особенно характерно на стадии фундаментальных исследований. Поэтому было принято решение выделять в рамках каждой рассматриваемой области по 16% ее средств на выполнение фундаментальных исследований и на взаимно пересекающиеся работы.
Управляющий комитет DS был сформирован по поручению Консультативного совета HFP из 33 представителей девяти стран с целью разработать стратегию ускорения коммерциализации мобильных, стационарных и переносных применений на основе использования водорода и топливных элементов.
В течение 2004 г. DS сосредоточил свои усилия на определении технологических, социально-экономических и политических вызовов, с которыми сталкивается Европа на пути построения энергетической системы будущего, основанной на использовании водорода в качестве источника энергии, и на формулировании стратегий, дающих наилучшие ответы на эти вызовы. При этом основной акцент был сделан на структурировании необходимых усилий, которые уже осуществлялись в это время. Задачей DS в 2004 г. было получение ответов на фундаментальные вопросы:
- на каком участке технологической траектории развития водородной энергетики находится Европа в настоящее время;
- на каком участке этой траектории Европа может оказаться в 2020 и 2050 гг.;
- каким образом достичь поставленных целей?
Практический подход к решению этой задачи предусматривал:
- написание сценария и определение мер достижения промежуточных результатов 2020 г. на пути к достижению долгосрочных целей 2050 г., сформулированных в докладе аналитической Группы высокого уровня;
- техническую и маркетинговую оценку технологий применения водорода и топливных элементов, включая проблемы производства, хранения, распределения и использования водорода в различных прикладных областях;
- стратегическую и социально-экономическую оценку энергетической системы будущего;
- предложения по стратегии развертывания;
- синхронизацию действий DS с целями и временными рамками SRA.
На базе полученных технологических, стратегических и социально-экономических оценок были проанализированы проблемы, которым следует уделить особое внимание в ходе дальнейшего осуществления стратегии развертывания (gap analysis) новых технологий. В табл. 2.4 представлены выявленные DS основные барьеры на пути развития водородной энергетики в Европе.
В результате был сделан вывод о необходимости совместных действий государственного и частного секторов для ликвидации существующего разрыва между современным состоянием исследований или демонстрируемых прототипов и массовым продвижением на рынок водородных технологий и топливных элементов.
Одновременно были сформулированы общие требования к основным стадиям работ в области водородной энергетики. Они сводятся к следующему.
На стадии разработки прототипа, когда проверяется обоснованность концептуального подхода, достаточно использовать небольшое число образцов/средств транспорта (около 10). В демонстрационных проектах количество опытных образцов/средств транспорта должно быть увеличено до нескольких сотен. Задача этой стадии ускоренное распространение опыта использования быстро прогрессирующих технологий. Параллельно должны быть начаты работы по подготовке промышленных стандартов и их утверждению.
На предкоммерческой стадии для апробации новой технологии должно использоваться несколько тысяч образцов/ средств транспорта. К концу этой стадии должны вступить в силу промышленные стандарты.
| Таблица 2.4 Основные барьеры на пути освоения водородных технологий в Европе |
||||||||||||||
|
На основе имеющегося опыта промышленности по разработке прототипов управляющий комитет DS пришел к выводу о необходимости осуществления практических действий в такой последовательности:
- осуществление крупномасштабных демонстрационных проектов, которые позволяют запустить производство небольшими сериями. В полностью интегрированных проектах некоторые элементы могут находиться на стадии НИОКР и демонстраций, тогда как другие могут перейти уже на стадию коммерциализации (что не дает оснований для их государственного финансирования и финансовой поддержки со стороны ЕС). В этом случае промышленность должна взять на себя инициативу по разъяснению значения новых технологий для широких слоев общества (сфокусированные крупномасштабные демонстрационные проекты);
- в тесном взаимодействии заинтересованных бизнес-групп и финансовых кругов осуществляется разработка программ по выведению новой продукции (технологии) на рынок и снижению ее себестоимости (проводится параллельно с крупномасштабными демонстрационными проектами);
- разрабатываются нормы регулирования, правила и стандарты, позволяющие проводить полевые испытания и ранний выход на рынок компонентов и систем на основе новых технологий (проводится параллельно с крупномасштабными демонстрационными проектами);
- готовятся политические рамочные программы, стимулирующие развертывание новых технологий и способствующие государственному и частному инвестированию в новые технологии, представляющие практическое руководство для определения политики в отношении этих технологий на уровне отдельных стран и регионов с целью обеспечения четкой согласованности между общеевропейским видением и стратегиями поддержки на местном уровне;
- подготавливается вывод новых технологий на ранние и узкие нишевые рынки, необходимый для построения моста между демонстрационной деятельностью и формированием самостоятельно развивающихся рынков.
После выработки стратегии развития водородной энергетики Консультативный совет в 2005 г. одобрил новую структуру Европейской технологической платформы (HFP). Ее главной целью стала теперь подготовка к реализации намеченной стратегии. В связи с этим два управляющих комитета были объединены вместе с инициативными группами в один Комитет по осуществлению программы (Implementation Panel, IP). В него вошел 121 представитель из 18 стран.
Новая структура Европейской технологической платформы показана на рис. 2.3.
При подготовке 7-й Рамочной программы ЕС в августе 2006 г. европейские промышленные круги выступили с инициативой реализации в рамках Европейской технологической платформы в области водородной энергетики и топливных элементов новой Совместной технологической инициативы (Joint Technology Initiative, JTI). Ее цель создание на европейском уровне нового механизма государственно-частного партнерства в области водородной энергетики и топливных элементов, нацеленного на коммерциализацию новых технологий в период 20102020 гг. Правовой формой такого партнерства могут стать совместные предприятия, принадлежащие ЕС (представленному Европейской комиссией) и промышленным компаниям. Предполагается, что новая инициатива будет первоначально действовать в течение семи лет, начиная с 1 января 2007 г., с возможностью последующей пролонгации в зависимости от достигнутых результатов.
Суммарный объем государственного финансирования работ в области водородной энергетики в странах ЕС оценивается сегодня на уровне 320350 млн евро в год. Значительная часть исследований и разработок в этой области поддержива-
ется через рамочные программы ЕС. Начиная с 1980-х годов на эти цели было израсходовано около 500 млн евро, в том числе в ходе реализации 6-й Рамочной программы (2002 2006 гг.) 300 млн евро. Ожидается, что общие расходы государственного и частного секторов стран ЕС на реализацию принятой в 2006 г. стратегии развития водородной энергетики на период 20072015 гг. составят около 6734 млн евро.
Помимо интеграции усилий в рамках ЕС страны-члены осуществляют ряд программ в области водородной энергетики и топливных элементов на национальном и региональном уровнях.
В частности, Министерство транспорта Германии объявило в 2006 г. о намерении инвестировать в течение десяти ближайших лет 500 млн евро в разработку транспортных средств на водородном топливе. Правительство поддерживает партнерство по развитию новых технологий (Clean Energy Partnership), в которое входят четыре крупнейших автопроизводителя (DaimlerChrysler, BMW, Ford и GM-Opel).
Норвегия планирует построить в 2009 г. водородную дорогу протяженностью 580 км между городами Осло и Ставангер. Реализацией этого проекта занимается государственно-частное партнерство HyNor. Ожидается, что к 2012 г. инфраструктура этой дороги войдет в сеть водородных заправочных станций на юго-западе Скандинавии, в создании которой примут участие Швеция и Дания.
В Исландии функционирует совместное предприятие по содействию использованию водорода в качестве топлива на транспорте с участием правительства и академических институтов (51%), компаний Shell Hydrogen (16%), DaimlerChrysler (16%) и Norsk Hydro (16%).
Водородные программы Японии и других стран Азиатско-Тихоокеанского региона
Япония поддерживает работы в области водородной энергетики с начала 1980-х годов. В 1993 г. она провозгласила свою национальную программу в области водородной энергетики (World Energy Network, WE-NET), которая осуществлялась вплоть до 2002 финансового года. В рамках этой программы был выполнен ряд краткосрочных и долгосрочных проектов в области отработки технологии производства, хранения, транспортировки и использования водорода, а также разработаны три типа заправочных станций.
В 2002 г. началась реализация нового национального водородного проекта, в задачи которого входят, в частности, отработка вопросов безопасности применения водородных технологий, подготовка к коммерциализации транспортных средств на основе водородных топливных элементов и формирование необходимой для этого в краткосрочной перспективе инфраструктуры. Конечная цель проекта полная коммерциализация водородных топливных элементов и создание необходимой для этого инфраструктуры к 2020 г.
Согласно публиковавшимся оценкам, расходы Министерства экономики, торговли и промышленности Японии (METI) на НИОКР в области водородной энергетики и топливных элементов увеличились со 107 млн долл. в 2001 г. до 324 млн долл. в 2005 г.
В 1999 г. в целях координации усилий правительства, промышленности, национальных исследовательских институтов и академических кругов в Японии была учреждена Группа советников по стратегии освоения и коммерциализации водородных топливных элементов (Fuel Cell Strategy Advisory Panel, FCSAP). Эта группа установила в качестве ориентиров развития водородной энергетики в Японии следующие основные показатели, представленные в табл.
2.5.
В 2002 г. началось осуществление проекта по демонстрации и испытанию транспортных средств и стационарных применений на основе топливных элементов (Japan Hydrogen and Fuel Cell Demonstration Project). Для этого был построен специальный парк с демонстрационным залом, гаражом и заправочной станцией. В 2003 г. в Токио и Йокогаме открылись пять запра-
| Таблица 2.5 Целевые ориентиры развития водородной энергетики в Японии |
||||||||||||
|
Среди участников проекта крупнейшие японские и иностранные автомобильные производители: Toyota, Honda, Nissan, General Motors и DaimlerChrysler. В 2003 г. к проекту присоединились Mitsubishi Motors и Suzuki.
В Китае в 2006 г. создан первый легковой автомобиль на водородных топливных элементах на основе разработок JK Technologies, университета Tsinghua и автомобильной компании Chery. Участник китайской делегации на конференции Национальной водородной ассоциации в Калифорнии в 2006 г. заявил, что к 2020 г. в десяти крупнейших городах страны будет эксплуатироваться 20 тыс. автобусов на топливных элементах. Созданный в 2001 г. 12-местный опытный образец автобуса на основе полимерных электролитных мембран развил предельную скорость 90 км/ч.
Тайвань ведет работы в области водородной энергетики с 1989 г. В 2002 г. для адаптации новых технологий правительство и промышленность учредили совместное Партнерство в области топливных элементов Fuel Cells Partnership.
Большое внимание освоению возможностей водородной энергетики уделяется в Индии. В частности, здесь принята национальная дорожная карта освоения новых технологий до 2020 г., для реализации которой формируются частногосударственные партнерства. Создан и совершенствуется ряд демонстрационных образцов водородных энергетических установок различной мощности.
Республика Корея осуществляет Программу высокоэффективного производства водорода (High efficient Hydrogen Production Program). В июне 2003 г. был открыт Центр НИОКР XXI в. в области водородной энергетики (21st Frontier Hydrogen RD Centre). Правительство разрабатывает национальный план и стратегии по дальнейшему развитию технологий водородной энергетики и топливных элементов.
Таиланд финансирует НИОКР в области топливных элементов с 1999 г. Правительство Малайзии учредило Национальный институт топливных элементов при Университете Kebangsaan.
Правительство Австралии выступило заказчиком национального исследования в области водородной энергетики и в настоящее время разрабатывает меры по выполнению полученных рекомендаций. Одна из них предлагает создать Австралийскую водородную организацию для развития сотрудничества всех заинтересованных институтов общества.
Долгосрочные прогнозы развития водородной энергетики
О ставках в борьбе за лидерство на мировом рынке новых технологий свидетельствует опубликованный в 2002 г. прогноз PricewaterhouseCoopers, согласно которому глобальный спрос на все виды водородных топливных элементов (для стационарных и переносных применений, а также для применения на транспорте) достигнет 46 млрд долл. к 2011 г. и 2,5 трлн долл. к 2021 г.
Принимая во внимание возможность того, что энергетика пойдет по качественно новому пути развития, специалисты Международного института прикладного системного анализа в Австрии и Токийской энергетической компании модифицировали разработанную ранее и получившую широкую известность долгосрочную модель развития энергетики для оценки последствий широкого распространения водородного топлива. Результаты этих исследований опубликованы в 2002 г., еще до появления крупномасштабных программ США и ЕС в области водородной энергетики .
В качестве базового был выбран сценарий В1Н2, ориентированный на постепенное сокращение использования в глобальных масштабах традиционных ископаемых энергоресурсов. Последние по сценарию сохранят свою доминирующую роль в качестве первичных источников энергии вплоть до 2050 г., однако за это время произойдет структурный сдвиг от нефти и угля в сторону газа.
Природный газ в свою очередь станет промежуточным звеном к переходу во второй половине XXI в. к глобальной энергетической системе нового типа, использующей альтернативные источники. В этот период ожидаются значительные структурные изменения, связанные с распространением возобновляемых источников энергии, в особенности биомассы, и децентрализацией энергетической системы. Энергоемкость единицы ВВП будет ускоренно снижаться, поскольку в экономике начнется сдвиг к менее энергоемким и материалоемким видам деятельности, получат широкое распространение улучшенные и более эффективные технологии.
На глобальном уровне энергоемкость конечного потребления энергии (final energy intensity) на отрезке времени с 1990 по 2100 г. будет снижаться в среднем со скоростью 2% в год.
По сравнению с традиционными энергоносителями водород имеет два явно выраженных преимущества. Во-первых, он является экологически чистым источником энергии, во-вторых, его запасы в природе практически неисчерпаемы.
На рис. 2.4 приведены основные источники водорода для использования в промышленных целях в перспективе до 2100 г.