Ученые из Института системных и инновационных исследований Фраунгофера в Германии, Швейцарской высшей технической школы Цюриха и Технического университета Дании оценили, сколько будет стоить транспортировка водорода по трубопроводам в разных регионах мира. Для этого они проложили на цифровой карте около 5 тысяч потенциальных маршрутов между 264 регионами, учитывая особенности местности и стоимость финансирования проектов в разных странах. Оказалось, что стоимость может различаться почти втрое. Наиболее низкой она оказалась в Европе и насчитывала 15 евро за МВт·ч на 1000 км. В Северной Америке показатель составил 15,6 евро, в Азии − 16,2 евро, в Южной Америке − 17,1 евро, а в Африке − 17,2 евро.
Точность таких расчетов будет становиться все более важной по мере развития водородной энергетики. В настоящее время водород по трубопроводам обычно транспортируют на небольшие расстояния между промышленными предприятиями, а общая протяженность таких линий в мире составляет около 5 тысяч км. К 2050 году протяженность водородной трубопроводной инфраструктуры может увеличиться до 209 тысяч км. Ожидается, что четверть мирового спроса на водород будет связана с международной торговлей.
Строительство водородопроводов само по себе сложнее прокладки обычных газопроводов. Водород способен проникать в структуру металла и вызывать его охрупчивание, повышая риск образования трещин. Даже если технические требования к самой трубе известны, заранее определить стоимость конкретного маршрута сложно.
При оценке будущих водородных трубопроводов часто берется расстояние между двумя точками по прямой, которое затем увеличивают в 1,2-1,4 раза, так как трубопровод не сможет пройти кратчайшим путем. Полученную длину умножают на усредненную стоимость строительства километра трубы.
Однако реальный маршрут может встретить на своем пути горы, крупные города, заповедники или глубоководные участки моря. Тогда его длина и стоимость строительства будут совсем другими. Анализ существующих международных нефтегазовых трубопроводов показал, что их маршруты могут быть в 4,76 раза длиннее расстояния между начальной и конечной точками по прямой.
Чтобы приблизить расчеты к реальным условиям, ученые разбили поверхность Земли примерно на 12,7 млн. ячеек площадью около 42,5 км2. Для каждой учитывались рельеф, тип землепользования, плотность населения, природоохранные территории, глубина моря и наличие существующих трубопроводных коридоров. Так, ровная и малонаселенная местность практически не увеличивает базовую стоимость строительства, тогда как крутые горные склоны могут повысить ее в четыре раза. Через территории с плотностью населения свыше 4000 человек на км2 модель не прокладывала трубопровод вовсе, как и через морские участки глубиной более 3000 м. Наличие существующей трубопроводной инфраструктуры, напротив, позволяло снизить затраты. Кроме того, для каждой страны учитывалась своя стоимость привлечения капитала. В результате модель искала не просто самый короткий, а наиболее экономичный путь между двумя точками.
Как местные условия меняют маршрут трубопровода и затраты на его строительство, хорошо видно на конкретных примерах. Трубопровод из Бенина в Алжир протяженностью 2909 км можно провести практически по прямой. Он проходит преимущественно через пустынные и саванные территории с низкой плотностью населения и частично следует существующим инфраструктурным коридорам. На маршруте между китайской провинцией Фуцзянь и Шанхаем трасса отклоняется от прямой всего на 6%, однако пересеченный рельеф, сельскохозяйственные земли, леса, морские участки и густонаселенные районы повысили расчетную стоимость ее строительства более чем вдвое.
В случае с маршрутом с индонезийского острова Суматра на Шри-Ланку, например, главной проблемой стала глубина Бенгальского залива. Провести трубопровод напрямую невозможно из-за участков глубиной более 3000 м, поэтому трассу пришлось проложить в обход. В результате ее расчетная протяженность достигла 5478 км, что вдвое больше расстояния по прямой. Учитывая дополнительные сложности строительства, расчетные капитальные затраты выросли примерно в 2,8 раза, если сравнивать с условным прямым маршрутом без географических препятствий.
Ученые также проверили, насколько более точный расчет стоимости способен повлиять на будущую торговлю водородом. Для этого они использовали пять сценариев развития европейской энергетической системы до 2050 года и заменили стандартные оценки затрат стоимостью, рассчитанной для каждого конкретного маршрута. Как минимум на 83% используемых направлений объемы транспортировки изменились более чем на 1%. В одном из сценариев половина водородных потоков изменилась более чем на 50%, а между Австрией и Чехией поменялось даже направление поставок. Если при стандартном расчете Австрия импортировала водород из Чехии, то после учета географических особенностей и стоимости конкретных трубопроводов она, наоборот, стала его экспортером.
Разработанный учеными инструмент доступен для расчета потенциальных маршрутов и может использоваться при планировании водородной инфраструктуры. В дальнейшем они намерены развивать модель, чтобы учитывать возможность переоборудования существующих газопроводов для транспортировки водорода, а также совместного использования инфраструктуры несколькими маршрутами.
