Как обогреть Сибирь, не загрязняя атмосферу, и есть ли альтернатива ТЭЦ?
Почему ветрогенераторы и солнечные панели не подходят для Сибири, где хранятся запасы тепловой энергии, которых хватит на тысячелетия, и рано ли списывать уголь со счетов, «Континент Сибирь» узнал у одного из ведущих экспертов в области энергетики новосибирского Академгородка, научного руководителя , академика РАН .
13-14 ноября в Новосибирском Академгородке прошел , посвященный созданию и внедрению современных технологий в разных сферах жизни. Отдельная секция форума была посвящена вопросам энергетики. О том, какие инновации создаются сегодня в этой области и насколько энергетическая индустрия Сибири готова к вызовам, порожденным изменением климата – в интервью «Континенту Сибирь» рассказал ведущий секции, лауреат премии «Глобальная энергия», академик РАН Сергей Алексеенко.
– Что интересного и нового прозвучало на докладах секции «Энергетика» на форуме «Золотая долина»?
– Мы старались сосредоточиться на таких результатах и технологиях, которые действительно могут где-то использоваться – либо сейчас, либо в ближайшем будущем, так что интересного было много. При этом, участники в своих выступлениях учитывали два важных обстоятельства, касающихся условий, в которых должен развиваться российский энергетический комплекс. Первое, конечно же, изменение климата, и связанная с этим необходимость переходить на низкоуглеродную энергетику. Второе связано с политической ситуацией. Поскольку мы находимся под санкциями, у нас ограничен доступ к новым технологиям. Поэтому, когда мы говорим, что нужно развивать такое-то направление в энергетике, мы сразу должны понимать, какое для этого требуется оборудование, какие производственные технологии. Если мы купить их не можем, надо понимать, сможем ли мы сделать это своими силами. Мы должны думать не только о том, насколько эффективна предлагаемая технология, но и доступна ли нам соответствующая инфраструктура для ее внедрения. Ну и конечно, другие особенности нашей страны, которые тоже оказывают влияние на эффективность применения разных технологий.
– Есть мнение, что классические виды «зеленой энергетики» – солнечные панели и ветрогенераторы – не очень годятся для условий Сибири. Насколько вы с этим согласны?
– Я поднимал эту тему в своем докладе. Действительно солнечная и ветровая энергия для нас подходят плохо. И даже не потому, что у нас мало солнечного света или ветра дуют хуже, а потому, что нам нужно тепло. Сибирь – один из самых холодных макрорегионов планеты, а солнечные панели и ветрогенераторы не вырабатывают именно тепловой энергии. Да, они могут быть востребованы и у нас, там, где нужна распределенная генерация, например, для обеспечения удаленных поселений или объектов, куда невыгодно тянуть магистрали от электростанций. Но основным источником энергии для Сибири и Дальнего остаются органическое топливо и гидроресурсы, при этом необходимо, конечно, использовать современные технологии.
– А есть такие технологии в нашем распоряжении?
– Конечно, и некоторые примеры были представлены на нашей секции. Они основаны на кислородном сжигании. То есть нужно сжигать органическое топливо, прежде всего имеется в виду природный газ, не в воздухе, а в кислороде. Тогда на выходе мы имеем очень простой состав – углекислый газ и пары воды. Пары воды легко конденсируются и у нас в установке остается СО2. Конечно, его потом надо где-то хранить, но такие технологии тоже довольно хорошо известны и есть в нашем распоряжении. Разработкой подобных установок занимаются несколько научных коллективов в стране, и один из них находится в Новосибирском государственном техническом университете. За рубежом уже созданы пилотные установки, работающие на кислородном сжигании. Но до массового внедрения пока еще предстоит пройти немалый путь. Этот пример относится как раз к технологиям ближайшего будущего.
– Если же говорить о решениях, которые внедряются уже сегодня, оглашались такие примеры на форуме?
– Да, такие разработки тоже представляли. Например, использование водоугольного топлива. Мировая угольная промышленность генерирует огромную массу отходов углеобогащения, по сути, это тот же уголь, только измельченный, высокозольный, смешанный с водой и непригодный для традиционного использования. Но еще в прошлом веке в нашей стране придумали установки, которые могут сжигать эту смесь и генерировать в ходе этого процесса тепловую энергию. Кстати, Новосибирская ТЭЦ-5 планировалась именно под водоугольное топливо. Но потом было принято политическое решение о масштабной газификации энергетических объектов, а проекты, связанные с водоугольным топливом, положили в дальний ящик. И тем не менее, сегодня есть отдельные примеры успешного использования этой технологии. Так, в Бердске компания «Сиббиофарм» сейчас испытывает такую установку для собственного использования. Ну а источник сырья для нее находится совсем рядом — я говорю про карьеры компании «Сибантрацит», которая тоже заинтересована в утилизации отходов от своей добычи. Еще одна интересная технология, которая есть в готовом виде уже сейчас – это тепловые насосы, с помощью которых можно обогревать отдельные здания, например, жилые дома. Их работа основана на получении тепла непосредственно из грунта, с помощью теплообменников. И его вполне хватает для решения задачи отопления. Сегодня уже есть российские компании, которые производят такое оборудование, например, в Бердске.
– Это уже что-то близкое к геотермальной энергетике, способы использования которой вы уже давно разрабатываете вместе с коллегами в Институте теплофизики СО РАН?
– Геотермальная энергетика – намного более интересное и, пожалуй, самое недооцененное на сегодня направление в области возобновляемых источников энергии. Многие считают, что геотермальная энергетика базируется на горячей воде и паре. А таких источников очень мало. У нас в России это Камчатка, окрестности Байкала и Северный Кавказ. К тому же, много энергии на них не получишь, отсюда и невысокий интерес. Но если мы рассмотрим тепло сухих пород, а это глубины уже от трёх до двадцати километров, то там температура достигает 450 градусов, и тогда мощность такой установки может составлять более сотни мегаватт, этого вполне достаточно для конкуренции с обычной энергетикой.
– Если рассматривать подземное тепло как ресурс энергии, то насколько обширны его объемы?
– Согласно расчетам, петротермальной энергии, — так она называется в геологии, — достаточно, чтобы навсегда обеспечить человечество энергией. Ну, если точнее, то речь идет о десятках тысяч лет, а считается, что это больше того срока, который отпущен высокоразвитым цивилизациям. В любом случае, мы говорим о колоссальном отрезке времени.
– Тогда почему до сих пор никто не пытался освоить этот ресурс?
– Есть большая проблема из-за чего, собственно, мало кто верит в такую энергетику. Очень дорого бурить – по оценкам специалистов, при использовании обычных технологий, стоимость одного метра скважины в базальтовых породах будет составлять порядка пяти тысячи долларов, а речь идет о глубинах в 10-20 километров. При этом, само бурение – только часть затрат на строительство станции. Но буквально в этом году была представлена новая идея относительно такого суперглубокого бурения. Что интересно, озвучил ее некто Павел Войсков из Массачусетского Технологического института (США), который при ближайшем рассмотрении оказался Павлом Воскобойниковым, переехавшим в США из нашего Академгородка. Его идея заключается в следующем: сначала нужно пробурить на 3−4 километра обычным буром скважину. Затем через волновод в виде металлической трубки запустить миллиметровое излучение, которое взаимодействует с гранитом или базальтом и испаряет их. Далее, встает задача эти пары каким-то образом удалить. Можно пропускать через тот же самый волновод какой-то нейтральный газ, который должен вынести вот эти испарённые частицы наверх.
Тут уже вступает в дело сложная теплофизика, потому что пары гранита или базальта будут конденсироваться, и скважина может просто-напросто забиться. Но это уже вполне понятная и решаемая задача, которой надо заниматься. И в Америке нашлись компании, которые ею уже занимаются, построен полигон, на котором сейчас учатся испарять гранит и удалять его из скважины. А уже через пару лет они собираются уже две больших станции такого типа построить в Америке, причем, используя в качестве площадки закрытые угольные ТЭС, что также позволит снизить расходы.
А что самое интересное для нас, в качестве источника излучения, которым собираются испарять горную породу, используют гиротроны, лидером производства которых является Институт прикладной физики РАН в Нижнем Новгороде. И американцы закупали гиротроны именно там. Так что, как видите, у нас хватает компетенций для развития этого направления, хотелось бы еще и государственной поддержки, чтобы не оказаться потом в положении отстающих там, где сначала были лидерами.
– На форуме много внимания уделялось прогнозам технологического развития на ближайшие годы. Применительно к энергетике в Сибири, каким вы видите это развитие?
– Я думаю, что мы по-прежнему будем в основном использовать органическое топливо. Но хочется верить, что это будет происходить с применением тех современных технологических решений, о которых говорилось, что позволит нам снижать выбросы и одновременно удешевлять процесс получения необходимой энергии. И хотя, когда мы говорим об органическом топливе, прежде всего, имеем в виду природный газ, считаю, что было бы неправильно списывать со счетов и угольную генерацию. Тем более, там есть свои технологические прорывы, основанные на применении суперсверхкритических (ССКП) параметров пара. Это условия, при которых давление пара обычно в диапазоне 26–32 МПа, температура свежего пара 600 и более градусов Цельсия. Такие условия позволяют повысить КПД энергоблоков и снизить вредные выбросы, что делает их более эффективными и экологичными по сравнению с докритическими. Весь мир это использует, особенно Китай. У нас нет ни одного такого котла. Все максимум на стадии научных проектов. Но это не значит, что нам не надо развивать свои технологии сжигания органического топлива, пусть даже, в ближайшие годы речь пойдет не о «суперсверхкритике». А возможно еще и применение метода кислородного сжигания, как для природного газа. Но тогда сначала надо будет получить синтез газ (смесь оксида углерода и водорода) из угля путем его газификации.
– Есть ли у России, по вашим оценкам, промышленный потенциал для такого развития?
– Почему нет? Приведу пример из другой отрасли – авиастроения. Недавно была новость, что полетел первый «Суперджет» на российском, а не французском двигателе. Движется производство еще более важного для нас среднемагистрального самолета МС-21, который должен заменить иностранные самолеты. Новые энергетические технологии – вполне сопоставимая по сложности задача. Не случайно, та же Объединённая двигателестроительная корпорация, которая создает двигатели для самолетов, занимается и изготовлением оборудования для энергетики и буквально недавно они выпустили первую газовую турбину мощностью 110 мегаватт, которая сейчас тоже проходит испытания. Поэтому в том, что мы можем создавать такую оборудование, у меня сомнений нет. Просто этим надо заниматься, а это уже вопрос государственной политики, прежде всего, и отвечать на него надо не только ученым, но и многим другим специалистам.
Георгий Батухтин. «Континент Сибирь»