В данной аналитической статье предлагается общая характеристика нетрадиционной энергетики, чтобы показать ее вклад в целом в энергетику и вклад Сибирского отделения в развитие нетрадиционной энергетики.

Выделяют четыре направления энергетики: традиционная энергетика на органическом топливе (уголь, газ, нефть, нефтепродукты); гидроэнергетика; атомная энергетика; возобновляемые источники энергии (ВИЭ).

Кроме того, в энергетике пользуются следующими понятиями: большая и малая энергетика; альтернативные источники энергии; централизованная энергетика и автономные источники энергии; нетрадиционная энергетика; нетрадиционные возобновляемые источники энергии (НВИЭ).

В понятие нетрадиционная энергетика мы будем вкладывать четыре основных направления.

Возобновляемые источники энергии (солнечная энергия, ветровая, биомасса, геотермальная, низкопотенциальное тепло земли, воды, воздуха, гидравлическая, включая мини-ГЭС, приливы, волны). Подчеркнем, что большие ГЭС обычно не включаются в возобновляемые источники энергии.

Вторичные возобновляемые источники энергии (твердые бытовые отходы - ТБО, тепло промышленных и бытовых стоков, тепло и газ вентиляции).

Еще одно направление: нетрадиционные технологии использования невозобновляемых и возобновляемых источников энергии (водородная энергетика; микроуголь; турбины в малой энергетике; газификация и пиролиз; каталитические методы сжигания и переработки органического топлива; синтетическое топливо - диметиловый эфир, метанол, этанол, моторные топлива).

Следующее направление - это энергетические установки (или преобразователи), которые существуют обычно независимо от вида энергии. К таким установкам следует отнести: тепловой насос, машину Стирлинга, вихревую трубку, гидропаровую турбину и установки прямого преобразования энергии - электрохимические установки и, прежде всего, топливные элементы, фотоэлектрические преобразователи, термоэлектрические генераторы, термоэмиссионные установки, МГД-генераторы.

А теперь покажем роль в целом нетрадиционной энергетики и ее вклад в энергообеспечение. Вначале обратимся к весьма важному графику, который демонстрирует взаимосвязь между ВВП (валовым внутренним продуктом) и душевым энергопотреблением ( .

Считается, чем больше энергопотребление, тем выше уровень жизни. Также полагается, что при превышении некоторого критического уровня ВВП, равного примерно 18 тысячам долларов на человека, общество чувствует себя комфортно, и дальнейшее увеличение ВВП уже не оказывает столь радикального влияния.

В нижней части графика находятся такие страны с низким энергопотреблением и уровнем жизни, как Китай и Индия. Россия тоже, к сожалению, находится в нижней части графика, хотя имеет весьма высокий уровень энергопотребления. Значительно выше критического уровня находятся страны ЕС, Япония, США, Канада. Но при этом четко выделяются две группы стран с высоким уровнем жизни. Один и тот же высокий уровень жизни может быть достигнут при существенно различных уровнях энергопотребления. Это означает, что такие страны, как Япония, Германия и другие, весьма большое внимание уделяют энергосбережению.

Учитывая, что основная задача энергетики заключается в необходимости достаточного энергообеспечения, можно сделать вывод, что необходимый уровень энергообеспечения достигается не только валовым количеством производства энергии, но и путем энергоресурсосбережения. Этот же вывод касается и России. Как показано стрелками на графике, достичь высокого уровня жизни можно как огромным увеличением производства энергии (это весьма длительный путь), так и используя принципы энергоресурсосбережения, фактически не увеличивая производство энергии. В этом состоит чрезвычайно тесная связь м. производством энергии, потреблением энергии и энергоресурсосбережением.

Для России потенциал энергосбережения просто огромен. Он составляет более 40% от общего энергопотребления. Это означает, что фактически половину производимой энергии мы тратим впустую, обогревая внешнюю среду. Но для реализации такого потенциала энергосбережения необходимы значительные целевые инвестиции, которых у России просто нет. Потенциал возобновляемых источников энергии в России так же больше. Если говорить о техническом потенциале, значит потенциале, который может быть реализован на современном уровне развития техники, то для России он составляет 4,6 млрд т у.т . А это в 5 раз больше общего энергопотребления. Если говорить о цифрах по разным видам ВИЭ, то они следующие: биомасса - 53 млн т у. т., солнечная энергия - 2300, ветровая энергия - 2000, геотермальная энергия - 180, низкопотенциальное тепло - 115, энергия малых водотоков - 125.

Существующий на на данный момент вклад ВИЭ в энергетику виден из двух таблиц, которые демонстрируют установленную мощность ВИЭ в мире по различным видам энергии и вклад ВИЭ в общее энергопотребление и производство электроэнергии. Наибольший вклад в производство тепла дает биомасса, а в производство электроэнергии - биомасса, малые реки и ветер. Но в целом вклад ВИЭ, например в мировое производство электроэнергии, чрезвычайно мал - всего 1,6%. Как на данный момент, так и в обозримом будущем (до 2020 года) в России вклад ВИЭ в энергетику пренебрежимо мал - 1-2% по производству электроэнергии. Это прогноз в соответствии с Энергетической стратегией РФ. В то же время в Европейском сообществе планы грандиозные и более чем на порядок превышают планы России. По последним данным 48 стран, в том числе 14 развивающихся, планируют к 2012 году производить от 5 до 30% электроэнергии за счет ВИЭ. Другие данные: в 2004 году наблюдался резкий рост инвестиций в мире в развитие ВИЭ - 30 млрд долл. А это 20-25% от общих инвестиций в энергетику.

Тогда каковы же побудительные мотивы использования возобновляемых источников энергии в России, учитывая их пренебрежимо малый вклад в энергетику? В целом мотивы такие же, как и для энергоресурсосбережения. Прежде всего, истощаемость запасов органического топлива. Так, по официальным прогнозам легко добываемого газа в России хватит на 80 лет, а нефти - на 20 лет. Другой мотив - энергетическая безопасность страны. Далее - экология. Общеизвестно, что наибольший вклад в загрязнение окружающей среды вносит традиционная энергетика на органическом топливе. А, в частности, в соответствии с Киотским протоколом в 2008-2012 годах выбросы СО2 должны оставаться на уровне 1990 года, что означает значительное сокращение темпов сжигания органического топлива традиционными методами. Хотя для России в связи с резким сокращением промышленного производства последняя проблема неактуальна.

По-видимому, для России главным побудительным мотивом использования ВИЭ является специфика, связанная с труднодоступностью множественных районов страны (особенно, Сибири) для централизованного энергоснабжения. По некоторым оценкам от 50 до 70% территории России с населением 20 млн человек не охвачены централизованным электроснабжением. И поэтому для множественных регионов возобновляемые источники энергии могут быть единственным источником энергии, а значит, и существования. К сожалению, в России практически никакого внимания не уделяется развитию нетрадиционной энергетики и в особенности ВИЭ. Выполняются в основном инициативные проекты. В частности, по программе энергосбережения СО РАН на 2005 год из 42 финансируемых проектов 13 посвящены непосредственно нетрадиционной энергетике, включая тепловые насосы, переработку биомассы, глубокую переработку угля, газификацию, солнечную энергетику и т. д. В этих проектах участвуют фактически все соответствующие институты СО РАН, но целевая направленность на развитие исследований по нетрадиционной энергетике отсутствует. Дадим краткую характеристику всем основным направлениям нетрадиционной энергетики. И начнем с наиболее общего направления - энергетических установок, имея в виду установки, характерные для нетрадиционных методов энергетики. Энергетические установки (преобразователи)

Несомненно, наиболее важным устройством нетрадиционной энергетики и энергоресурсосбережения является тепловой насос, хотя более общим понятием является термотрансформатор, который может работать в различных режимах - теплового насоса, холодильной машины, машины для комбинированного производства тепла и холода.

Особенность теплового насоса состоит в том, что произведенное тепло больше подведенной энергии от энергоисточника высокого потенциала. Суть заключается в том, что тепло производится не только за счет энергии энергоисточника (газа, угля, электрической энергии или пара), но и за счет дополнительной тепловой энергии, отбираемой от низкопотенциального источника, значит источника с более низкой температурой (геотермального источника, жидких промышленных или бытовых стоков, воздуха, грунта, реки). В промышленно выпускаемых установках экономия топлива составляет 20-70%. Возможный диапазон температур низкопотенциального источника весьма широкий (от +80°С до -17°С).

Во множественных развитых странах тепловые насосы являются основой энергосберегающей политики. Так, в Швеции 22% домов (350 тысяч) обогреваются тепловыми насосами. В мире насчитывается около 40 млн штук тепловых насосов, в то время как в России всего 140 штук. Планируется, что к 2020 году вклад тепловых насосов в теплоснабжение в развитых странах составит 75%. В России тепловым насосам не уделяется никакого внимания. Основные разработчики и производители отечественного оборудования располагаются в Новосибирске. Научное сопровождение выполняет Институт теплофизики СО РАН. ООО «Теплосибмаш» производит абсорбционные машины. На на данный момент выпущено 6 тепловых насосов и 7 холодильных машин общей мощностью 23 МВт. ЗАО «Энергия» и СКБ «ИПИ» выпускают парокомпрессионные тепловые насосы и холодильные машины мощностью до 5 МВт. Именно они обеспечили упомянутый выше выпуск тепловых насосов в России.

Незаслуженно мало внимания уделяется двигателю Стирлинга. Он работает с максимально возможным КПД, как и машины на цикле Карно. Это двигатель внешнего сгорания, он имеет простую конструкцию и может работать практически от любого источника энергии. Рабочим телом являются газы типа водорода или гелия, значит это экологически чистый двигатель. на данный момент он привлекает весьма много внимания в связи с его использованием в системах автономного энергообеспечения. Пока он не получил широкого распространения. Но в качестве примера его применения к возобновляемым источникам энергии можно привести недавно запущенную в эксплуатацию демонстрационную ТЭЦ на древесине в Австрии мощностью 35 МВт (эл) и КПД 20%. Это небольшой КПД, но в этих же условиях КПД паросилового цикла раза в 2 меньше.

Очень простым устройством, которое применяется для локального нагрева, охлаждения, кондиционирования, осушения газов является так называемая вихревая трубка или трубка Ранка-Хилша. В этом устройстве происходит разделение воздуха на горячий и холодный с перепадом температур до 100 градусов. Устройство представляет собой участок цилиндрической трубки с тангенциальным вводом воздуха под большим давлением (десятки атмосфер). При этом по центру трубки выводят холодный воздух, а по периферии с другого конца трубки - горячий. Такое устройство имеет низкий КПД и характеризуется весьма высоким уровнем шума в связи с высокими скоростями воздуха. Но из-за своей простоты и дешевизны широко применяется в технике и сейчас планируется к использованию в комбинированных энергетических установках.

При сжигании топлив основным устройством являются горелки разного типа. Хотелось обратить бы внимание на новую горелку, разработанную недавно в ИТ СО РАН. Ее особенность состоит в том, что к топливу и воздуху добавляется так же и водяной пар, вследствие чего происходят промежуточные циклы газификации и, как следствие, экологически чистое сжигание топлива. Такая горелка предназначена для сжигания некондиционных жидких топлив, а в перспективе и для экологически чистого сжигания разнообразных горючих отходов. Изготовлены демонстрационные образцы мощностью до 10 кВт. Проявлен интерес к этим горелкам в Томске-7 с целью промышленного производства и применения для энергетических целей.

Несомненно, наибольший интерес привлекают методы прямого преобразования энергии. К ним относятся электрохимические, фотоэлектрические, термоэлектрические, термоэмиссионные и магнитогидродинамические (МГД) преобразователи. Из электрохимических преобразователей на данный момент наибольший интерес (и даже бум) вызывают топливные элементы. В топливных элементах происходит прямое преобразование химической энергии в электрическую. В отличие от гальванических элементов здесь имеются расходуемые материалы - топливо и окислитель. Наиболее популярная схема - это применение водорода в качестве топлива, а кислорода в качестве окислителя. При этом единственным продуктом электрохимической реакции является вода, значит топливный элемент представляет собой чистый с экологической позиции ист. энергии. С энергетической позиции соблазнительность топливных элементов (ТЭ) состоит в максимальном на на данный момент коэффициенте полезного действия (то есть коэффициенте преобразования химической энергии в электрическую) - до 50-70%. но для того, чтобы химическая реакция протекала с достаточной скоростью, необходимо использовать катализаторы - металлы платиновой группы. Хотя топливные элементы были предложены более полутора веков назад, пока они не получили промышленного применения в связи с дороговизной устройств и стоимости генерируемой электроэнергии, и в связи с техническими проблемами, решение которых возможно лишь на новом уровне развития техники.

Сейчас в мире отмечается резкий скачок интереса к этим устройствам. Множество фирм и научных организаций работают над различными схемами и практическими приложениями топливных элементов. базовой интерес проявляется со стороны энергетики, космической техники, транспорта, микроэлектроники. Одна из технических проблем состоит в том, что для электродов (катода) и мембран необходимо использовать высокоразвитые поверхности. И здесь надежда связывается с достижениями в области нанотехнологий, которые позволяют производить наноструктуры типа нанотрубок, наноконусов, фуллеренов с размерами в несколько нанометров. И именно такие наноструктуры могут быть основой для принципиально новых и высокоэффективных составляющих топливных элементов. на данный момент уже есть примеры применения топливных элементов в энергетике, но их суммарная мощность пока составляет несколько десятков МВт. Заметим, что топливные элементы на водороде - это многообещающий, но не единственный тип топливных элементов. Проявляется интерес к портативным топливным элементам на жидком топливе (метанол, соединения бора), и топливным элементам с использованием алюминия в качестве топлива. В отличие от водорода алюминий и соединения бора являются безопасными и экологически чистыми.

Следующий тип устройства прямого преобразования энергии - это термоэмиссионный преобразователь. Принцип действия основан на эмиссии электронов при сильном нагреве эмиттера. Это устройство типа электронной лампы. В качестве источника энергии можно применять ядерное топливо, органическое топливо, солнечное излучение. Одно из наиболее перспективных направлений в данной области связано с созданием автономных ядерных энергетических установок с термоэмиссионным реактором-преобразователем.

Что касается термоэлектричества, то оно давно используется в технике и основано на эффекте Пелтье. Последний заключается в возникновении термоЭДС в замкнутой цепи из двух разнородных проводников (полупроводников) с разной температурой спаев. Такие системы обладают весьма низким КПД (2-3%), но есть и много достоинств - автономность, компактность, безопасность, бесшумность. Ряд проектов по этому направлению ведется в СО РАН применительно к задачам кондиционирования, нагрева, охлаждения в быту и технике. Возобновляемые источники энергии

Теперь перейдем к основному разделу нетрадиционной энергетики - возобновляемым источникам энергии. Начнем с солнечной энергетики, которая обладает самым большим потенциалом из возобновляемых источников. В солнечной энергетике выделяют 3 направления: солнечные водонагревательные установки, солнечные электростанции и фотоэлектрические преобразователи. Солнечные водонагревательные установки обычно представляют собой плоский солнечный коллектор, в котором нагревается вода, воздух или другой теплоноситель. Эти устройства характеризуются величиной площади нагрева. Суммарная площадь солнечных коллекторов в мире достигает 50-60 млн м2, что эквивалентно 5-7 млн т у. т. в год. В России их применение незначительное. Хотя даже для условий Сибири возможен полезный эффект. В частности, в Новосибирске работа по солнечным коллекторам для индивидуального домостроения ведется в рамках программы «ЭКОДОМ». В строящемся ЭКОпоселке вблизи Академгородка уже сооружаются разного вида солнечные коллекторы, в том числе с подземными аккумуляторами тепла.

Солнечные электростанции (СЭС) используют обычный паросиловой цикл, но при этом требуется применение концентратора солнечной энергии. Так, в США действует 7 СЭС общей мощностью 354 МВт. Но для России такие устройства считаются неэффективными.

Что касается фотоэлектрических преобразователей (ФЭП), то на данный момент в мире наблюдается настоящий бум в этой области. В 2000 году в мире было произведено ФЭП общей мощностью 260 МВт. Больше всего в Японии - 80 МВт. А в России пренебрежимо мало - лишь 0,5 МВт. КПД ФЭП достигают 24% для монокристаллических преобразователей, 17% - для поликристаллических и 11% - для аморфных. Основным материалом является кремний. К сожалению, фотоэлектричество на данный момент является самым дорогим способом получения электроэнергии. стоимость модулей ФЭП достигает 4000 долл./кВт, а установок на их основе - даже до 1000 Самой дорогой является и стоимость производимой электроэнергии: 15-40 центов/кВтч. В области фотоэлектричества наиболее перспективными считаются следующие направления: ФЭП с концентраторами солнечной энергии; ФЭП на основе арсенида галлия - арсенида алюминия; тонкопленочные солнечные элементы.

По нашему мнению, тонкопленочные солнечные элементы, может быть, даже представляют наибольший интерес в связи с их относительной дешевизной, связанной с существенно уменьшенным использованием чувствительного материала и более дешевыми технологиями. В качестве примера приведем разработку Института теплофизики СО РАН, основанную на высокоскоростном струйном плазмохимическом методе. Суть его заключается в том, что создается сверхзвуковая струя моносилана в атмосфере аргона, которая облучается пучком электронов, вследствие чего на нагретой подложке формируется тонкая пленка аморфного или поликристаллического кремния с очень высокой скоростью осаждения. v осаждения кремния до 500 раз превышает v осаждения в диффузионных методах. Кроме того, в разработанном методе достигается максимальная энергоэффективность. В итоге ожидается, что в силу этих и других факторов стоимость получаемых материалов будет достаточно низкой с точки зрения массового производства и применения солнечных элементов. В частности, по оценкам, длина производственной линии и капитальные вложения в завод по производству солнечных элементов одной и той же мощности в нашем проекте примерно на порядок меньше по сравнению с другими зарубежными проектами. На фото ( показан опытный стенд для производства пленок кремния плазмохимическим методом, изготовленный за счет средств ОАО «ТВЭЛ». Планируется производство солнечного кремния с использованием данного метода в Новосибирске на базе ПО «Север».

К ветровой энергии как возобновляемому источнику энергии наибольший интерес проявляется в Германии, США, Дании. В 2002 году суммарная мощность ветроэнергетических установок в мире составила 31,1 ГВт. Это достаточно большая величина, и ожидается дальнейший существенный рост в будущем, хотя есть ряд экологических проблем, связанных с сильным шумом от установок и большой площадью отчуждения земель. В России использование ветра в энергетике незначительно и основано преимущественно на зарубежном оборудовании. Тем не менее в СО РАН (ИТПМ) есть оригинальная разработка ветроэнергетической установки с вращающимися цилиндрами. Ее преимущество проявляется при низких скоростях ветра 2-6 м/с. Запланировано промышленное производство.

Использование другого вида ВИЭ - геотермальной энергии - в России может быть весьма существенно, поскольку Россия обладает высоким потенциалом геотермальной энергии, а Западная Сибирь является самым богатым регионом страны по ее запасам. Считается, что если температура геотермальных источников превышает 100°С, то выгодна генерация электрической энергии на ГеоЭС. Если температура немного меньше 100°С, то горячая вода может быть использована для теплоснабжения, а при пониженных температурах необходимо использование тепловых насосов. Следует заметить, что в Сибирском отделении имеется весьма хороший опыт использования геотермальной энергии в энергетике. В 1970 году была сооружена на Камчатке Паратунская ГеоЭС по проекту ИТФ СО АН СССР, где впервые в мире была применена фреоновая турбина мощностью 815 кВт, она работала на горячей воде с температурой всего 80°С. Сейчас в мире общая мощность систем геотермального теплоснабжения составляет 17 ГВт, а мощность ГеоЭС - 10 ГВт. В России на Камчатке функционируют Верхнемутновская ГеоЭС (12 МВт) и первый блок Мутновской ГеоЭС мощностью 50 МВт с перспективой до 220 МВт. Подчеркнем, что температура геотермальных источников в Новосибирской области достигает 39°C, а в Томской области - даже 85°С. Есть опыт применения тепловых насосов для теплоснабжения сельских объектов. Одним из новых способов получения электрической энергии с использованием горячей воды от геотермальных источников является гидропаровая турбина, которая была недавно разработана независимо на ЗАО «ЭНЕРГИЯ» и НПВП «ТУРБОКОН» и принцип действия которой основан на применении Сегнерова колеса. Вторичные возобновляемые источники энергии

Из вторичных возобновляемых источников энергии особое внимание обратим на горючие твердые бытовые отходы (ТБО). Бытовые и другие отходы - это одна из крупных экологических проблем современного общества. Особенность ТБО заключается в том, что их можно использовать для получения тепловой электрической энергии. Наибольшее количество ТБО производят США - 250 млн тонн в год. При этом 10% отходов сжигаются, и вырабатывается тепловая и электрическая энергия. Количество мусоросжигательных заводов США составляет 125 единиц (1993 год). В Японии функционируют 1800 мусоросжигательных установок, на которых сжигается 72% бытовых отходов. В ряде стран приняты национальные программы по переработке отходов и получению из них значительного количества тепловой и электрической энергии. Россия производит 60 млн тонн ТБО в год, но действует всего около 5 мусоросжигательных заводов, и только 2 из них построены на современном уровне с использованием импортного оборудования. Тем не менее в Москве планируется, что к 2010 году только 1/3 отходов будет подвергаться захоронению, а фактически половина будет сжигаться с одновременным получением энергии. В Новосибирске производится достаточно много отходов - 0,5 млн тонн в год. Здесь тоже неоднократно поднимался вопрос о разных способах переработки отходов, включая сжигание с выработкой энергии. Возможны различные способы получения энергии из ТБО, один из них - получ. биогаза, который является продуктом анаэробного брожения в свалках и представляет собой примерно равную смесь метана и углекислого газа. Далее биогаз подвергается очистке и используется для сжигания в различных установках. Но в России действуют только 2 демонстрационные установки.

Другой способ заключается в переработке отходов в термической плазме, то есть при высоких температурах, которые позволяют радикально переработать всю органику и не допустить образования особо опасных веществ типа диоксинов и фуранов. В частности, разработаны методы пиролиза, газификации и сжигания бытовых и промышленных отходов с получением синтез-газа и тепла на установках с использованием электродугового плазмотрона (ИТ СО РАН, ИТПМ СО РАН), и плазмотрона с жидкометаллическими электродами (ИТ СО РАН). Но по нашему мнению, это довольно дорогие и сложные технологии и их надо использовать для уничтожения опасных отходов или специальных целей. Для массовой переработки муниципальных отходов больше подходит, как мы считаем, проект, который называется КРТС - комплексная районная тепловая станция. Этот проект разработан специалистами ИТ СО РАН, Техэнергохимпрома и ВНИПИЭТа. Проект основан на использовании барабанной вращающейся печи с последующим дожиганием горючих газов в вихревом дожигателе. Предусмотрена глубокая очистка дымовых газов в соответствии с требованиями ЕС по вредным выбросам. Особенность проекта состоит в том, что предусмотрено производство тепловой и электрической энергии, а также строительных материалов. Станция рассчитана на переработку 40 тысяч тонн ТБО в год, что соответствует городскому району с населением 100 тысяч жителей, с одновременной выработкой тепловой энергии в количестве 100 тыс. Гкал. Такого количества тепла достаточно для обогрева более половины институтов Новосибирского научного центра. Капитальные вложения составляют 200-300 млн рублей, что в несколько раз меньше аналогичных зарубежных проектов. Сейчас подготовлены проекты и предложения для двух площадок - Советского района, Гусинобродской свалки - города Новосибирска, г. Бердска и Сахалинской области. Нетрадиционные технологии использования невозобновляемых и возобновляемых источников энергии

К нетрадиционным технологиям в первую очередь следует отнести водородную энергетику. Она интересна прежде всего тем, что применяется водород, который имеет теплотворную способность в 2,5 раза выше, чем природный газ, и запасы его неограничены, он экологичен, единственный продукт сгорания - это вода. И так же очень важно, что его можно применять в топливных элементах, где осуществляется прямое преобразование химической энергии в электрическую.

К водородной энергетике как таковой следует отнести:

крупномасштабное производство водорода из ископаемых и возобновляемых источников энергии;

производство топливных элементов и энергоустановок на их основе;

хранение и транспортировку водорода;

использование водорода для получения энергии в промышленности, на транспорте, в быту;

водородную безопасность.

В основном водород получают путем конверсии природного газа. В Институте теплофизики СО РАН разработан новый струйный плазмохимический метод конверсии. По заказу «Лукойла» сейчас осуществляется проект по конверсии природного газа в водород, и изготавливается установка мощностью 250 кубометров в час.

В связи с увеличением роли угля в энергетике и экономике встает вопрос о существовании повышения эфф. использования угля. Особое внимание планируется уделять глубокой переработке угля, когда генерируется не только энергия, но так же и производятся ценные химические продукты. Одним из главных направлений переработки является газификация угля, в числе целей которой - получ. синтез-газа или водорода для водородной энергетики. В СССР в 1958 г. действовали 2500 газогенераторов общей производительностью 15 млн т угля в год. В последующие годы из-за преобладающей роли природного газа все эти установки перестали функционировать. И только в последнее время опять наблюдается рост интереса к газификации с приоритетом установок внутрицикловой газификации назначение которых - производство электроэнергии. При этом реализуется обычно бинарный цикл - горючий газ сжигается в газовой турбине, а продукты сгорания подаются в паровой котел. Что касается газогенератора как такового, то имеется достаточное количество отработанных схем, из которых наиболее известными являются газификаторы Винклера (с кипящим слоем), Лурги (с повышенным давлением в слое), Копперса-Тотцека (с пылеугольным потоком) и Тексако (на водоугольной суспензии). Заметим, что 15 лет назад была провозглашена Федеральная программа «Экологически чистая энергетика», ряд проектов которой был связан в газификацией угля. Только лишь один проект Березовской ГРЭС-2 предполагал сооружение 8 парогазовых установок общей мощностью 8 ГВт! А это фактически столько, сколько на данный момент получают в мире всего электроэнергии за счет внутрицикловой газификации. К сожалению, по известным причинам упомянутая программа даже не была начата.

В Сибири имеется ряд перспективных разработок по газификации угля. В частности, развиваются технологии слоевой и плазменно-паровой газификации. В последнем случае ( получается весьма чистый синтез-газ с высоким м водорода - до 50%.

Говоря о водородной энергетике, отметим, что кроме методов производства водорода и его использования в топливных элементах необходимо по-прежнему уделять внимание и способам прямого сжигания водорода в энергетических установках и двигателях. Так, новый подход к использованию водорода в энергетике заключается в дожигании водорода вместе с паром. В результате достигаются более высокие параметры пара и, соответственно, более высокий КПД турбины - до 55%.
Чрезвычайно перспективное направление - применение как паровых, так и газовых турбин в малой энергетике. В России имеется огромное количество котельных, которые предназначены для теплоснабжения, но в то же время вырабатывают пар с высокими параметрами (давление до 39 атмосфер). Такой пар можно использовать для выработки электроэнергии в паровых противодавленческих турбинах. Оцениваемый потенциал составляет 25 тыс. МВт (12% от установленной мощности в РАО «ЕЭС России»). Причем расход топлива на генерацию электричества оказывается в 2 раза ниже, чем в РАО «ЕЭС». Сейчас на котельной ННЦ СО РАН реализуется проект с установкой противодавленческой турбины мощностью 6 МВт.

Оригинальная нетрадиционная технология использования угля, предложенная в ИТ СО РАН, состоит в том, чтобы сжигать его в виде пыли ультратонкого помола (микроуголь). В текущем отопительном сезоне планируется перевести газомазутный котел мощностью 4 МВт на сжигание микроугля (на Бийском котельном заводе). так же более оригинальным является предложение сжигать уголь с помолом до 5 мкм в газотурбинных установках.

В Институте катализа СО РАН успешно развивается другое направление - каталитическое сжигание разнообразных топлив. Особенности такого подхода весьма привлекательны: низкие температуры горения, малые габариты установок, пониженные выбросы вредных веществ.

Источник: http://www.sibai.ru