СПбПУ предложил атомный энергокомплекс для производства водорода и пресной воды

Учёные Высшей школы атомной и тепловой энергетики Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого представили концепцию многоцелевого энергокомплекса. В единой технологической схеме предлагается объединить малый модульный реактор, производство электроэнергии, получение водорода и опреснение морской воды.

Работа отвечает сразу на две инженерные задачи водородной энергетики: обеспечить электролиз стабильной энергией и не создавать дополнительную нагрузку на местные запасы пресной воды. Результаты исследования опубликованы в журнале Progress in Energy; проект поддержан Российским научным фондом.

Как устроена предложенная схема

Энергетической основой комплекса должен стать малый модульный реактор, связанный с циклом на сверхкритическом диоксиде углерода — sCO₂. Реактор обеспечивает предсказуемый тепловой поток, который не зависит от солнечной активности, ветра или времени суток. Полученная энергия направляется на несколько процессов последовательно.

1. Производство электроэнергии. Высокопотенциальное тепло используется в энергетическом цикле.
2. Получение водорода. Часть энергии и тепла направляется на водородный контур.
3. Опреснение воды. Остаточный тепловой потенциал применяется для подготовки пресной воды из морской.

Такой каскадный подход повышает полноту использования тепла: ресурс, который в обычной установке мог бы быть отведён в окружающую среду, становится полезным для следующего технологического этапа. В результате один источник тепла поддерживает выпуск трёх продуктов — электроэнергии, водорода и пресной воды.

Два сценария эксплуатации

Исследователи рассчитали два режима работы. В автономном варианте опреснительная часть обеспечивает водой непосредственно производство водорода. Такой подход важен для удалённых площадок и территорий с ограниченными запасами пресной воды.

Во втором варианте опреснённая вода рассматривается как самостоятельный товарный продукт. Энергокомплекс тогда может одновременно снабжать потребителей электричеством, водородом и водой. Состав и производительность контуров предлагается адаптировать под потребности конкретного региона.

Предварительная экономика проекта

По расчётной оценке авторов, себестоимость водорода в рассматриваемой системе может начинаться примерно от 2,93 доллара США за килограмм. В публикации СПбПУ для сравнения приводится ориентир около 6 долларов за килограмм для чистого водорода в существующих проектах.

Эти значения нельзя воспринимать как цену готового коммерческого продукта. Итоговая экономика будет зависеть от капитальных затрат, ресурса оборудования, стоимости финансирования, загрузки установки, технологии водородного контура и требований конкретной площадки. На текущем этапе расчёт показывает потенциальное направление оптимизации, а не подтверждённый тариф промышленной станции.

Почему это важно для водородной энергетики

Возобновляемые источники могут обеспечивать низкоуглеродную электроэнергию для электролиза, но их переменная выработка требует накопителей, резервирования или гибкого управления нагрузкой. Атомный источник способен работать в базовом режиме и обеспечивать более равномерную загрузку оборудования для производства водорода.

Не менее важен водный баланс. Электролизу нужна подготовленная вода, а в засушливых или удалённых регионах её получение может стать самостоятельным инфраструктурным ограничением. Интеграция опреснения в энергокомплекс позволяет учитывать эту проблему уже на уровне архитектуры проекта.

Для промышленного заказчика ценность концепции состоит не только в потенциальной стоимости килограмма водорода. Единая схема может повысить коэффициент использования оборудования и распределить капитальные затраты между несколькими продуктами. При этом проектирование потребует отдельной оценки безопасности, логистики водорода, качества воды и режима потребления энергии.

Проект пока находится на ранней стадии

Авторы указывают уровень технологической готовности реакторной части TRL 3–4. Это означает, что речь идёт о концептуальной и расчётной разработке, а не о доступной для заказа серийной установке. До коммерческого проекта потребуются развитие технологии малого модульного реактора, экспериментальная проверка, лицензирование и технико-экономическая проработка для выбранной площадки.

Исследование выполнено при поддержке Российского научного фонда в рамках проекта № 25-79-10229. Концепция показывает, как атомная энергетика может стать основой комплексной инфраструктуры, где тепло используется последовательно, а водородное производство проектируется вместе с электроэнергетикой и водоподготовкой.