1 июля 2014 в 18:39
Технологии в энергетике: взгляд в будущее
Технологический прорыв, революция в использовании ресурсов, эпоха возобновляемых источников энергии, новый энергетический бум – характеристики современного периода в развитии мировой энергетики подчёркивают его исключительность и противоречивость. Энергетическая отрасль действительно находится на пороге глобальных изменений, переживая смену технологической парадигмы.
Революция в IT-сфере, появление новых коммуникационных и технологических возможностей, инновационных технологий и материалов, поворот от философии потребления к социально ориентированному мировоззрению – всё это предпосылки грядущих больших изменений в окружающей каждого человека среде. Она должна быть комфортной, а значит, насыщенной потребляющими электроэнергию устройствами, что обуславливает рост энергопотребления, особенно в развитых странах. Если человечество продолжит увеличение численности теми же темпами, то уже к 2050 году миру потребуется в два раза больше энергии по сравнению с нашим временем, а рост стоимости для конечного потребителя будет существенным. При этом мы все хотим меньше платить по счетам за электроэнергию и дышать свежим воздухом, создавая тем самым предпосылки для формирования главных направлений развития энергоотрасли: курса на энергоэффективность и энергосбережение всего и вся, пополнение копилки альтернативных способов её получения, улучшение экологических параметров. Основным трендом развития энергетической области в ХХI столетии является реализация технологий, которые наилучшим образом, то есть с наименьшими затратами и наиболее эффективно, будут удовлетворять потребности растущего населения, при этом оказывая как можно меньше негативного влияния на окружающую среду.
Добавить пару!
По скорректированным прогнозам, вопрос о нехватке ископаемого топлива не ставится даже в долгосрочной перспективе. «Зелёная энергетика», определившая основной вектор развития европейского и американского сегмента отрасли, при всех своих очевидных достоинствах оказалась не всем по карману даже при наличии «зелёного тарифа». К тому же предстоит решить ещё большой спектр вопросов, например интеграции генерирующих мощностей, работающих на разных типах топлива. И даже если сбудутся все самые оптимистичные прогнозы по развитию ВИЭ, в обозримом будущем доминирующим способом производства электроэнергии останется традиционное её получение путём преобразования химической энергии ископаемого топлива. «Не будут платить – отключим газ», – крылатая фраза из любимого советского фильма останется актуальной на долгие годы.
Современная электроэнергетика базируется на так называемых машинных способах преобразования энергии: тепловая энергия от сгорания топлива превращается в механическую энергию вращения, далее в электрогенераторе – в электрическую. Сегодня основные направления модернизации объектов угольной и газовой генерации – повышение эффективности использования химической энергии органического топлива, коррекция негативного воздействия энергетики на окружающую среду с помощью мер по снижению и улавливанию вредных выбросов.
Наиболее перспективными направлениями повышения эффективности выработки электроэнергии для газовой генерации в настоящее время представляются развитие парогазовых технологий и топливных элементов, а для угольной генерации – дальнейшее повышение параметров пара в паротурбинных электростанциях до ультрасверхкритических и развитие технологий парогазовых установок с внутрицикловой газификацией.
Около 68% установленной мощности электроэнергетики России вырабатывается на ТЭС, но при этом их средний КПД составляет 36,6%, так как бóльшая часть из них – паротурбинные. В этом отношении парогазовые электростанции (ПГУ) почти вдвое эффективнее – они выдают КПД в 60,7%. Именно такого типа станции стараются вводить сегодня энергетики.
Во многих развитых странах уже на законодательном уровне предписывают использовать природный газ исключительно на парогазовых электростанциях.
Применение ПГУ позволяет существенно сократить потребление газа при неизменной выработке электроэнергии или значительно увеличить её выработку при том же уровне потребления голубого топлива (это особенно актуально в холодные зимние дни, на фоне объективных ограничений поставок газа), а также повысить маневренность электростанций.
Не газом единым
«С высокой долей вероятности можно полагать, что уголь, несмотря на сложные технологии сжигания, очистки и утилизации продуктов сгорания, в силу значительных запасов и относительно невысокой рыночной стоимости останется одним из основных видов ископаемого топлива для ТЭС», – считает Борис Реутов, генеральный директор Всероссийского теплотехнического научноисследовательского института (ВТИ).
Если для газовых электростанций магистральным направлением повышения эффективности являются парогазовые технологии, то для угольных станций наиболее перспективными представляются технологии повышения термодинамических параметров паротурбинного цикла – температуры и давления пара. В современных паротурбинных электростанциях уже реализованы суперсверхкритические параметры пара, позволяющие достичь показателей КПД в таких энергоустановках на уровне 45–46%. Многочисленные расчёты показывают, что для преодоления 50%-го барьера КПД следует переходить уже на уровень ультрасверхкритических параметров (УСПК). Широкомасштабные исследования, направленные на создание УСКП-энергоблоков для повышения эффективности выработки электроэнергии на твёрдом топливе и снижения выбросов СО2, проводятся в Евросоюзе, США, Японии и Китае, а также в Южной Корее и Индии.
В СССР было выпущено около половины мирового парка энергоблоков на стандартные сверхкритические параметры пара, созданы и длительно эксплуатировались уникальные опытно-промышленные установки на суперкритические параметры пара: первый в мире котёл на ТЭЦ ВТИ и блок СКР-100 на Каширской ГРЭС. Сейчас Россия объективно отстаёт в области внедрения «чистых» угольных технологий, но вектор государственной политики направлен на поддержку развития внутреннего рынка угля.
В России, где пятая часть электроэнергии вырабатывается на угольных электростанциях, а в регионах Сибири и Дальнего Востока – половина, развитие УСКП-технологий имеет важнейшее значение. В основе масштабного развития угольной генерации лежит создание современного экономичного, удовлетворяющего всем экологическим требованиям отечественного пылеугольного энергоблока на суперкритические параметры пара. Работы по его разработке и созданию ведутся уже много лет, в том числе при активном участии Группы «Интер РАО».
Уловить и обезвредить
Известные способы снижения выбросов угольных станций, очистки, утилизации и захоронения продуктов сгорания являются крайне капиталоёмкими и энергоёмкими, в большинстве случаев почти удваивают стоимость строительства электростанции и потребляют около 10% вырабатываемой энергии. Поэтому для угольной генерации тем большее значение приобретает повышение эффективности выработки электроэнергии, само по себе сокращающее вредные выбросы за счёт уменьшения количества сжигаемого топлива.
В последние десятилетия генерирующие компании стремятся постоянно повышать эффективность своих электростанций за счёт внедрения новых технологий и решений с целью уменьшения количества потребляемого топлива при сохранении объёмов вырабатываемой энергии, а при использовании ископаемых видов топлива для снижения выбросов углекислого газа (CO2) в атмосферу. Особенно это касается угольной генерации. Самый многообещающий подход известен как CO2-очистка. Эта технология предусматривает связывание большего количества углекислого газа в химическом растворе и последующее удаление его из дымовых газов.
Но улавливание углекислого газа – это только первый шаг. Необходимо обеспечить постоянную изоляцию углекислого газа от атмосферы или найти способы превратить его в ценную продукцию. Например, в рамках реализации проекта под названием «Мечта производства» компания RWE объединила усилия с компанией «Байер» и Техническим университетом Ахена для исследования возможностей изготовления высококачественной пластмассы из уловленного углекислого газа, и первые исследования показали, что это вполне возможно.
Отходы – в дело
Наиболее энерго- и экологически эффективным вариантом решения проблемы утилизации твёрдых бытовых отходов (ТБО), которая достаточно остро строит в России, является создание на территориях ТЭС и котельных, расположенных в промышленных зонах городов, сателлитных энергетических установок (СЭУ). Это комплексные предприятия, на которых теплоутилизационная и энергогенерирующая составляющие по переработке отходов интегрированы в общую технологическую схему. Санитарно-защитные зоны таких объектов по размерам достаточны для размещения мусоросжигательных заводов (МСЗ) производительностью до 40 тысяч тонн в год, а тепломеханическое оборудование в значительной степени идентично.
Специалисты уверены, что помимо решения проблемы утилизации ТБО и получения дополнительного энергоисточника, внедрение таких СЭУ позволит снизить негативное техногенное влияние на окружающую среду и одновременно обеспечит экономию до 7% используемого на энергетическом предприятии природного углеводородного топлива.
Перспективный биогаз
Жителям Европы уже давно не надо объяснять, что представляет собой биогаз. Он широко применяется как горючее топливо в Германии, Дании, Китае, США и других развитых странах, используется в бытовых целях и в общественном транспорте, подаётся в газораспределительные сети. К примеру, первый в мире биотопливный завод в городе Йоэнсуу в Финляндии, построенный в рамках реализации проекта компании Fortum, будет интегрирован с существующей ТЭЦ. В России есть все предпосылки для развития этого энергетического тренда. Как отметил на заседании президиума Совета при президенте по модернизации экономики и инновационному развитию Председатель Правительства РФ Дмитрий Медведев, «Россия обладает значительным ресурсным потенциалом: это и отходы лесопромышленного комплекса, и сельское хозяйство». После посещения первой в стране биогазовой электростанции «Лучки» в Белгородской области, которая освоила переработку свекловичного жома – дешёвого сырья, позволившего сократить затраты на производство энергии за зимний период на 30%, премьер призвал ведомства поддержать это направление получения энергии. Ведь по своей энергетической ценности биогаз сопоставим и с природным газом, и с мазутом, и с дровами.
В прошлом году в рамках деловой программы форума ENES-2013 администрация Томской области и фонд поддержки научной, научно-технической и инновационной деятельности «Энергия без границ» подписали договор о сотрудничестве, в рамках которого уже начата реализация проекта по разработке технологии скоростной переработки биомассы в биометан с получением тепловой и электрической энергии. Биогазовая установка пройдёт испытание суровыми сибирскими морозами, чтобы доказать свой ещё больший потенциал и возможность стать хорошим подспорьем в деле развития малой распределённой генерации, что особенно актуально для наших необъятных территорий.
«Уже сегодня производство биогаза в России становится одним из наиболее инвестиционно привлекательных направлений развития биоэнергетики, – уверен Дмитрий Фомин, эксперт отдела коммерциализации научных разработок Института мониторинга климатических и экологических систем Сибирского отделения РАН. – Оно предоставляет дополнительные источники дохода от продажи органических удобрений и платы за безопасную, экологически чистую утилизацию органических отходов».
Ставка на инновации
После большого энергетического кризиса 1970-х годов человечество решило, что энергию можно экономить прежде всего за счёт самоограничения. «Уходя, гасите свет!» – люди старшего поколения до сих пор следуют этому советскому призыву. Сегодня основным способом предупреждения возможных энергетических и экологических кризисов является разработка и внедрение инновационных технологий и подходов на всех этапах производства, передачи и сбыта электроэнергии.
Инновации в энергетике имеют ярко выраженный интернациональный характер и глобальные тренды. Крупные игроки на мировом рынке энергетики, такие как Enel, E.ON, RWE, «Интер РАО», тратят значительные ресурсы на финансирование НИОКР по самым разным направлениям и темам. Отечественная энергетика накопила необходимый финансовый и кадровый потенциал для реализации жизненно необходимых проектов. Благодаря стабильной поддержке государства можно даже помечтать, что уже в ближайшем будущем чадящие трубы станут экзотикой и в целом большой технологический прорыв станет реальностью в российской энергетической отрасли.
Автор: Ксения Кузнецова
Другие пользователи читают
Энергетика в России и в мире info@peretok.ru
Разработка сайта "МедиаЛайн"