Технологии использования источников энергии
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 еще 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 эффективности использования угля. Особое внимание планируется уделять глубокой переработке угля, когда генерируется не только энергия, но еще и производятся ценные химические продукты. Одним из главных направлений переработки является газификация угля, в числе целей которой - получение 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 почти столько, сколько сегодня 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 очень чистый синтез-газ с высоким содержанием 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). Еще 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.