26/06/2017 ИТ СО РАН

На пути к «здоровой» энергетике

71 ИТ СО РАН СО РАН Инновации Физика Новосибирск ​Экологические требования вынуждают разработчиков предлагать различные варианты "всеядных" энергоустановок, способных работать не только на традиционном топливе, но и сжигать самую разную "некондиционную" органику.

Например, бытовые отходы, растительные остатки, канализационные стоки, битумы и т.д. В результате мы получаем двойную пользу: утилизируем органический мусор и получаем энергию. При этом, как мы понимаем, технология сжигания должна обеспечивать предельно низкие выбросы в атмосферу вредных веществ.

Мы уже подробно говорили о двух подходах к решению данного вопроса. В одном случае предлагается сжигать органику в кипящем слое катализатора. В другом — сжигать мусор в специальных печах, когда выделяющиеся газы дожигаются в отдельной камере при температуре порядка 1200 градусов Цельсия. Обе технологии, как мы знаем, хорошо испытаны и опробованы на практике новосибирскими специалистами. И сегодня ставится вопрос о широком внедрении этих разработок.

Но есть еще один способ, связанный со сжиганием и конверсией органических веществ в сверхкритической воде. Осуществляется указанный процесс в специальных реакторах, где обеспечивается замкнутый цикл. Эти установки также "всеядны", и могут рассматриваться как с точки зрения утилизации органических отходов, так и с точки зрения получения энергии. Ранее мы также писали о том, что в Институте теплофизики СО РАН такими исследованиями занимаются еще с 1990-х годов. К сожалению, работа в этом направлении пока еще остается на стадии лабораторных экспериментов, не найдя практического применения. Тем не менее, необходимо отметить, что недалек тот час, когда топливная энергетика на основе сверхкритической воды получит широкое распространение в мире.

Как заметил заведующий лабораторией молекулярно-пучковых исследований ИТ СО РАН Анатолий Востриков (как раз занимающийся упомянутыми исследованиями) сегодня вопросы энергетики должны решаться вместе с вопросами экологии. Поэтому соответствующие требования необходимо реализовывать уже на стадии создания новых мощностей. А закладывать новые мощности нам в любом случае придется, поскольку износ в этом секторе уже превысил 60 процентов.

Мало того, подчеркнул ученый, на наших тепловых станциях практически не решается проблема выброса в атмосферу оксидов азота и углерода. В Америке, например, нет таких станций, где не применялось бы удаление оксидов. По тому же пути идет и Китай (про Европу и говорить нечего). Так что отечественные станции в этом смысле отражают прошлый век. И им необходимо искать замену уже сейчас.

Поскольку, считает ученый, коренная модернизация давно уже назрела, то сейчас — самое подходящее время для того, чтобы поставить вопрос о замене существующих мощностей с учетом экологических требований. Подчеркиваю, речь даже не идет о капитальном ремонте или модернизации того, что уже существует. Начинать надо с "чистой площадки": старое — выбрасывать, и заменять новым. С экономической точки зрения так будет дешевле. Кроме того, нужно учесть, что новейшее оборудование не так уж просто совместить с устаревшим "железом".

По мнению Анатолия Вострикова, в России в сложившихся условиях есть шанс сделать даже более радикальный шаг в указанном направлении, чем это имеет место в других странах. Дело в том, что на Западе не так давно сделали серьезные инвестиции в создание новых станций, где используются сверхкритические параметры пара. Так, американцы перевели на "сверхкритику" порядка 25% своих ТЭС. Европейцы и Китайцы пошли тем же путем. В Китае, например, совокупная мощность станций на "сверхкритике" составляет уже 2 ГВт. И похоже на то, что этот тренд сохранится на достаточно долгий период. В России таких станций НЕТ ДО СИХ ПОР. Но именно поэтому мы, занимаясь обновлением устаревших мощностей, можем продвинуться еще дальше.

В чем будет заключать более радикальный шаг? Именно в том, чтобы сжигать топливо непосредственно в сверхкритической воде. Иными словами, если переходить к "сверхкритике", то уже в упомянутом варианте. Серьезных инвестиций во что-то другое пока еще нет, так что можно сразу выбрать данный вариант, более "продвинутый" в техническом смысле.

Какие преимущества это сулит? Их, как минимум, три. Во-первых, отмечает Анатолий Востриков, внешние стенки реактора имеют невысокую температуру, благодаря чему снижаются теплопотери. Во-вторых, при сжигании топлива в сверхкритической воде не образуется вредных оксидов. Углекислый газ, в свою очередь, можно "отбирать" и специально накапливать. Наконец, самым важным преимуществом является как раз "всеядность" таких систем. Вода в сверхкритическом состоянии, разъясняет Анатолий Востриков, растворяет практически любую органику.

"Мы работали, — сказал он, — почти со всеми видами топлива. Проводили эксперименты с биомассой, горючими сланцами, с бурыми углями, с битумами, с тяжелыми сернистыми сортами нефти, с горючими газами".

Еще один немаловажный момент — почти полное выгорание топлива. В зольном остатке, как показали исследования, практически нет углерода. Если сравнить обычный способ сжигания угля и сжигание в сверхкритической воде, то в последнем случае происходит повышение КПД примерно на 10 процентов. Немаловажно и то, что данная технология позволяет получать любую мощность установки. То есть вы можете делать объекты и для большой энергетики, и для малой. И даже для индивидуальных домов!

В принципе, таким же образом можно переработать осадки сточных вод (биологические илы). Такие эксперименты также проводились и были получены положительные результаты. В принципе, с помощью установок на сверхкритической воде вполне мы в состоянии утилизировать огромные залежи органики на био-иловых полях возле очистных сооружений Новосибирска. Кстати, этот вопрос перед руководством города ставился учеными давно, но пока внятного ответа не получено.

По словам Анатолия Вострикова, сегодня в мире активно занимаются такими технологиями. Например, этим вовсю занимаются китайцы, которые, к тому же, внимательно следят за результатами исследований наших ученых. Не меньший интерес к таким технологиям и у американцев. По мнению Анатолия Вострикова, единственное, что сдерживает там массовое внедрение таких систем — это серьезные инвестиции в новые ТЭС со сверхкритическими параметрами пара. У нас в России, подчеркиваю, серьезных инвестиций в подобные системы не делалось, поэтому мы можем сразу приступить к созданию таких установок.

Спрашивается, что нам мешает это сделать? Анатолий Востриков считает, что главным препятствием является здесь развал отечественного машиностроения. Даже при правильной государственной энергетической политике перед нами неизбежно встанет вопрос: кто у нас будет изготавливать такое оборудование? Как ни печально это звучит, но пока не восстановится отечественная промышленность, модернизацию энергетики придется осуществлять при непосредственной поддержке со стороны китайских производителей.

Олег Носков