Научно-производственная фирма
Нанопорошковые технологии


Для тех, кому принципиально быть выше конкурентов!
 
 
Синергизм децентрализованной энергетики на угле и эко-поселений
    Все способы производства энергии в единую сеть, включая т.н. «зеленые» технологии или из возобновляемых источников, имеют немалые экологические издержки. Около 40% электрической энергии в мире производится путем сжигания угля. Доля угля в балансе постепенно увеличивается, т.к. именно его разведанные запасы позволяют наращивать производство энергии. Однако тормозом для развития энергетики на угле является неизбежное производство громадного количества твердых отходов, эмиссия парниковых газов, высокие затраты на очистку отходящих газов от пыли, оксидов серы и азота, вызывающих кислотные дожди. При мировой добыче угля порядка 1 млрд тонн и средней его зольности 20%, твердых отходов прибавляется на 200 млн тонн ежегодно. Утилизируется в среднем по планете лишь десятая часть отходов (в России вдвое меньше), в основном в строительной отрасли. Усугубляет ситуацию близкое расположение ТЭС с их золоотвалами к мегаполисам – главным потребителям производимых тепла и электрической энергии. Особую остроту связанные с угольной энергетикой экологические проблемы приобрели в России.

Производство энергии сжиганием твердого топлива вносит свой вклад в изменение климата. Эволюционный путь развития угольной энергетики больших мощностей в принципе не позволяет изменить негативные тенденции, набирающие ход с ускорением. В обществе уже пришли к пониманию того, что необходима разумная децентрализация и диверсификация в производстве энергии, что позволит приблизить ее производство к потребителям и резко сократить затраты на ее передачу. Однако энергетика на угле дает минимальную себестоимость (без учета экологической цены) только в громадных котлах. Для крупных ТЭС характерной единицей измерения произведенных твердых отходов является миллион тонн в год. Новая станция требует инвестиций в несколько миллиардов Евро, сроки проектирования, строительства и введения в эксплуатацию не менее 10 лет, окупаемость не прогнозируема. Децентрализация угольной энергетики, когда твердые продукты сжигания углей по существующим технологиям априори считаются отходами, невозможна, потому что себестоимость энергии, как и ее экологическая цена, только вырастут. Предлагается пересмотреть сложившийся статус-кво: производство материалов в химических высокотемпературных реакторах должно стать основным, а тепло и энергия – побочными продуктами или «отходами».

В такой постановке экологические «проблемы» выгодно решать полностью еще на стадии проектирования. Приближение малого производства энергии к потребителям станет возможным без давления на окружающую среду, а потери на передачу минимизируются. В качестве доказательства экономической разумности предложения можно привести цены 2008 года на Экибастузский уголь с зольностью 40% (<50US$/т) и потребительскую стоимость только двух продуктов – добавок в цемент и бетон, выделенных из 1 т золы уноса (200 US$). Превосходство увеличится многократно по качеству и стоимости твердых продуктов, полученных при сжигании подготовленного угля с корректирующими неорганическими добавками в высокотемпературных реакторах.

Стратегия развития энергетики глубоко ошибочна, т.к. составлена по советскому шаблону энергетиками, которые априори считают твердые продукты от сжигания углей отходами. Поэтому несоразмерно большую роль играет в нашей энергетике газ – лучший экспортный товар, внутренняя цена на который искусственно занижена. Детальному описанию различных зол уноса посвящена книга «Зола уноса – техногенное сырье» (выходит в свет в сентябре 2009 г.). В этом научном издании приведены характеристики всех типов зол и их компонент, а также пути комплексной переработки. В золах уноса есть компоненты, приближающиеся по качеству к искусственным материалам, стоимость которых достигает несколько долларов за грамм. Наиболее выгодна полная переработка твердых продуктов сжигания углей. Невостребованный на рынке 10% остаток от сухой переработки зол уноса дешевыми методами физического разделения может перерабатываться мокрыми технологиями с извлечением в т.ч. концентрата редкоземельных элементов РЗЭ, урана, ванадия. История рынка РЗЭ показывает резкие колебания цен, однако сегодня можно уверенно прогнозировать стабильный рост спроса на РЗЭ, которые востребованы в большом количестве в производстве гибридных автомобилей, не считая новые материалы и электронику. Практически монопольное положение на рынке РЗЭ занял Китай, который сначала демпингом задавил конкурентов, а сейчас не планирует вывозить РЗЭ из страны иначе, как в товарах.


Для производства вяжущих или других материалов при сжигании угля требуется стабилизировать состав по неорганической компоненте, а также обеспечить устойчивое горение с минимальным остатком кокса. Снижение эмиссии оксидов азота и серы также возможно, причем не обычным для большой энергетики способом. Необходимо обеспечить полное улавливание пыли, которая имеет максимальную рыночную стоимость и одновременно наиболее опасна при попадании в атмосферу. Экономически оптимальный размер котла-реактора определяется фактически емкостью рынка на производимые продукты. Для производства вяжущих материалов объем реактора будет на 2 порядка меньше обычных в энергетике котлов. Если в энергетике стремятся увеличить размеры котла для снижения тепловых потерь и стоимости энергии, и уменьшить размеры очистных сооружений, увеличивающих себестоимость, то при очень малых размерах реакторов увеличение относительных размеров системы пылеулавливания и очистки не критично.
Подготовка топлива для сжигания в реакторах требует увеличения дисперсности и улучшения гранулометрического состава для устранения недожога - остатков кокса. Размер частиц продукта на выходе из реактора мало изменится, а морфология закладывается на стадии подготовки неорганических добавок. При переработке углей до микронных размеров для введения в котел в виде суспензии возможно их обогащение. Все эти задачи легко решаются с помощью полифункциональной техники класса Электромассклассификатор (ЭМК). Сепарация на ЭМК активной тонкой фракции природного сырья типа глины, мела и т.п., намного выгоднее традиционного тонкого помола. Остатки от обогащения угля необходимо сжигать в эко-котлах с кипящим слоем, куда можно вводить также бытовые отходы.


При высоких температурах в котлах образуются оксиды азота. Очистка отходящих газов обычными методами при маломасштабном производстве сильно снижает рентабельность. Добавим сюда проблему суточных колебаний в потреблении энергии, которые относительно легко нивелируются в единой электрической сети переброской энергии в другие регионы. Эти проблемы вместе имеют простое нетрадиционное решение: применять в реакторе кислород, а его получать путем сжижения воздуха в ночное время. Отходы производства – жидкий азот и аргон востребованы на рынке, но если разрабатывать единый комплекс производства и потребления энергии – реактор + Эко-поселок на 10-20 тыс. жителей с малыми и средними предприятиями, то низкая цена отхода производства – жидкого азота может стимулировать развитие технологий, требующих низких температур. При наличии двух отходов - жидкого азота и углекислого газа, можно наладить выпуск углекислоты - перспективного растворителя в сверхкритическом состоянии. Бурный рост исследований в этой области привел к принципиально новым технологиям, например, производства нанопорошков и наноматериалов. Ночное потребление энергии обеспечат также гибридные автомобили. При использовании кислорода в реакторах:
1) резко повышается КПД, снимая с повестки низкую эффективность малых котлов;
2) гарантируется качество получаемых материалов по содержанию механического недожога;
3) устраняются органические загрязнители PM10, занимающие первые места в списке наиболее опасных веществ (в традиционной энергетике стараются не замечать эту проблему);
4) устраняется дорогая система очистки отходящих газов от оксидов азота и серы, т.к. сера улавливается вводимой неорганической добавкой.


В отходящих газах обычных ТЭС присутствует практически вся периодическая система элементов, включая самые опасные - ртуть, мышьяк, свинец, кадмий, уран и т.д. Решением проблемы в существующей энергетике считается снижение выбросов ниже уровня ПДК путем разубоживания грязного чистым, например, увеличением высоты труб для рассредоточения вредных веществ. На самом деле, это пример бюрократического анти-решения, ведущего к быстрому уничтожению среды обитания. В природной среде происходит постепенное биоаккумулирование ртути и переход в пищевую цепочку с ПДК в тысячу раз меньше. Для малых реакторов проблема улавливания летучих элементов решается путем адсорбции на углях при температуре ниже точки росы. По мере накопления летучих элементов абсорбент может регенерироваться с получением урана и других продуктов. Для эффективного улавливания летучих элементов необходима утилизация низкокалорийного тепла, которое может использоваться для обогрева домов и теплиц в Эко-поселок.
Очевидно, что производство побочной энергии для единой сети не представляет интереса. Оптимальным решением является строительство вокруг реактора автономных Эко-поселок из «умных» пассивных домов, не требующих центральных коммуникаций - водоснабжения и канализации. Базовые проекты таких домов в эко-поселке вместе с пакетом технологических и организационных решений разработаны несколько лет назад для бизнес-плана Эко-поселок. Расчеты показали, что на широте Новосибирска таким домам при обычном потреблении энергии практически не требуется отопление. Себестоимость комфортабельного жилья в эко-поселке в 2-3 раза ниже цен на существующем «рынке» благодаря новым технологиям, быстрому строительству с конвейера и применению местного сырья и переработанных «отходов», а стоимость обслуживания ниже в 4-6 раз.

Сильный эффект синергизма появляется при достижении баланса между производством побочной энергии в реакторе и потреблением – резиденциями и предприятиями в эко-поселке. Для Сибири, основного поставщика в бюджет России, где 98% населения живет вблизи железной дороги, освоение территории возможно только на пути создания автономных эко-поселений с устойчивым типом развития. Однако строительство новых поселений фактически находится под запретом благодаря действующему земельному законодательству и связанной с ним коррупции. Проблема старта для альтернативной «энергетики» очень сложна из-за отсутствия инновационной рыночной инфраструктуры, но в принципе возможна при малых размерах реакторов. Этому способствует дефицит и/или недоступность жилья и помещений для малого и инновационного бизнеса. Предлагаемый комплексный подход наиболее эффективен в создании технопарков и наукоградов, т.к. новая инфраструктура без удушающих объятий монополий и бюрократии обеспечит накладные расходы, близкие к развитым странам с мягким климатом.
 Вверх
 
 
© 2018 ООО НПФ «Нанопорошковые технологии»
Любое использование материалов сайта в сети Интернет допустимо при условии указания названия ООО НПФ «Нанопорошковые технологии» и размещения гипертекстовой ссылки на источник заимствования. Использование материалов сайта вне сети интернет допускается исключительно с письменного разрешения правообладателя.
Данный Интернет-ресурс носит исключительно информационный характер и ни при каких условиях не является публичной офертой, определяемой положениями Статьи 437 ГК РФ