Научно-производственная фирма
Нанопорошковые технологии


Для тех, кому принципиально быть выше конкурентов!
 
 
Комплексный подход к несетевой чистой угольной энергетике
    УДК 662.613.13 (035.5) : 66.046.46 : 662.61 : 691 : 699.8
Комплексный подход к несетевой чистой угольной энергетике
Зырянов В.В. 1, Зырянов Д.В. 2
1- Институт химии твердого тела и механохимии СО РАН, Новосибирск
2- ООО НПФ «Нанопорошковые технологии», Новосибирск
В монополизированной энергетике РФ ТЭЦ на угле были построены еще в СССР и устарели до ввода их в эксплуатацию. Вся энергетика поставляет энергию в единую сеть. Нет сети – нет цивилизации, но где есть производство энергии на угле – экологические проблемы быстро нарастают. Во многих регионах экологические последствия от сжигания угля негативно влияют на здоровье людей уже на генетическом уровне. Затраты на обслуживание твердых отходов при производстве энергии сжиганием углей составляют треть себестоимости, а оплачивает загрязнение окружающей среды потребитель через тарифы. Устойчивая коррупционная связь чиновников и энергетиков не только убивает среду обитания, но и препятствует инновациям во всех сферах. Концентрация населения вокруг электростанций за счет истощения провинции превзошла все разумные пределы. Ввод новых станций требует огромных инвестиций и времени не менее 10 лет, при этом срок окупаемости по существующим оценкам никогда не наступит. Если правительство не имеет планов на ближайшие 2-3 года, откуда планы на 10 лет и более могут появиться у крупных, но несопоставимых с государством компаний?
В Европе, США планируют развитие альтернативной сжиганию твердых топлив энергетики – солнечной, ветровой, приливной и т.п. Отношение к атомной энергетике сильно дифференцированное и общей позиции нет. К недостаткам угольной энергетики относят проблемы твердых отходов, выбросов аэрозоля, оксидов серы и азота, что обосновано, но они имеют решения [1]. Последнее 10-летие развернута кампания по всемирному потеплению, вызванного парниковым эффектом от антропогенной эмиссии углекислого газа, в первую очередь угольными станциями. В качестве аргумента приводят фотографии тающих ледников вблизи мест проживания организаторов кампании. На самом деле по данным палеоклиматологии Земля вступила в период похолодания. Таяние ледников может быть вызвано не потеплением, а в основном загрязнением атмосферы аэрозолями. На Алтае у второго Каракольского озера в 2010 году впервые наблюдался не растаявший за лето снежник в тени на северном склоне горной гряды. Его образование, не зависящее от загрязнения атмосферы, свидетельствует именно о похолодании. Организация кампании по всемирному потеплению копирует удачную операцию, проделанную не так давно с фреонами. Корпорация DuPont, сделавшая баснословное состояние на торговле порохом во время первой мировой войны, осчастливила все человечество еще раз, убрав с рынка фреоны и заодно конкурентов. Фреоны объявлены причиной появления озоновых дыр над Антарктидой, далеко от мест потенциальных выбросов фреонов. Фреоны перестали выпускать, а озоновые дыры как были раньше, так и остаются поныне в атмосфере, поскольку не связаны с фреонами. Вернемся к энергетике. Стоимость альтернативной энергии намного выше, чем получают при сжигании угля. Тем не менее, на ее развитие были выделены огромные ресурсы, в основном бюджетные. Альтернативные источники энергии в СМИ называют экологически чистыми. Однако если оценивать с позиций планетарного сообщества, то производство более дорогой энергии приводит к еще большим экологическим проблемам в целом для планеты. В Европе под лозунгом развития экологически чистой энергетики преследуют иные цели – локальное улучшение окружающей среды именно в Европе, сохранение хотя бы в малой степени независимости от поставок углеводородов, поддержание в тонусе научно-технического сектора, результаты работы которого имеют широкие и непредвиденные приложения. Выработка электроэнергии из солнечной энергии действительно становится экологически чистой на месте ее получения в развитых странах, но само производство кремниевых элементов является экологически грязным процессом и располагается в развивающихся странах. По-видимому, в одном случае можно говорить о разумном со всех точек зрения развитии альтернативной энергетики, когда используются местные особенности и ресурсы, а энергия производится и потребляется локально в регионах, не охваченных электрическими сетями. Для несетевой энергетики вообще не стоит вопрос сравнения стоимости с традиционными методами получения энергии, т.к. экономическая целесообразность определяется другими факторами.
На 1-ой конференции по ГТТ мы предложили концепцию развития несетевой чистой энергетики на угле: энергия как бипродукт при производстве высокотемпературных материалов в малых реакторах с применением кислорода [1]. Идеи были восприняты неоднозначно, т.к. они полностью противоречат сложившейся системе взглядов и несовместимы как с существующей индустрией производства энергии, так и с научными программами. Однако всего за год аргументов за альтернативную чистую энергетику на угле прибавилось. В Германии в 2008 г. построен котел мощностью 30 МВт для сжигания угля в кислороде компанией Vattenfall – технология Clean Coal, инвестиции составили 50 млн Евро за 3 года. Иллюзий, что можно в РФ улучшить монополизированную энергетику, поубавилось, чему способствовала также авария на Саяно-Шушенской ГЭС. Судьба подобных гигантов, построенных в СССР, вообще крайне незавидна, т.к. проблемы вывода из эксплуатации подобных сооружений не рассматривались даже теоретически. Для прироста производства энергии не существует экономической и экологической альтернативы малым несетевым источникам энергии и тепла, производящим в высокотемпературных реакторах в первую очередь дорогие дефицитные материалы из минеральной части углей. Сбалансированный комплекс по производству-потреблению энергии лишен недостатков обычной угольной энергетики. Энергетическая отрасль в РФ настолько отстала от жизни и вросла в коррупционную среду, что необходимо создавать независимое производство с отсутствием обычных потерь, составляющих ~80%. При решении экологических проблем, сопровождающих сгорание угля, малые реакторы, производящие энергию как бипродукт (отход), можно вплотную окружить жилым и производственным сектором, без потерь на транспортировку и коммуникации [1]. Эти решения легко осуществимы в малых реакторах при сжигании угля с кислородом [1]. Главная сложность несетевой энергетики – суточные колебания потребления энергии. Для ее решения необходимо достижение баланса между производством и потреблением энергии. В периоды падения спроса на энергию должны работать процессы получения кислорода, зарядки электромобилей (реальной альтернативы безумному проекту водородной энергетики, за которым маячит интерес крупнейших автопроизводителей). В германском пилотном проекте Vattenfall заложены внеэкономические решения – разделение воздуха обычной криогенной технологией, улавливание и сжижение углекислого газа для последующей транспортировки к месту захоронения на глубинах порядка 1 км. Из-за этих решений стоимость производимой энергии сравнивается с ветровой. Реализация в больших масштабах такого подхода под давлением ‘зеленых’ политиков приведет к коллапсу всей экономики, а при появлении социальных напряженности до решения экологических проблем точно не дойдет. Нищим экология ни к чему. Торговля воздухом была ранее описана в фантастическом романе, а новые международные бюрократы, после успеха фреоновой операции, хотят всерьез торговать квотами на углекислый газ. Жизнь на Земле основана на круговороте CO2 в природе, поэтому нет оснований на его отнесение к вредным газам. При росте концентрации CO2 в атмосфере ускоряются процессы фотосинтеза, что неизбежно приведет к установлению равновесия. Составляющий до 95% отходящих газов при сжигании угля в кислороде CO2 можно и нужно использовать для производственных целей. На основе сверхкритического состояния CO2, обладающего уникальными растворяющими способностями, создано множество перспективных технологий синтеза разных веществ и нанопорошков. При их получении обычными методами затрачивается энергия, жестко связанная с эмиссией CO2 в атмосферу. Огромные затраты энергии, сопровождающиеся эмиссией CO2, требуются для получения цемента. Получение в реакторе высококачественных вяжущих материалов и наполнителей с использованием неорганической компоненты сжигаемых углей и введением корректирующих добавок автоматически снижает эмиссию CO2 в других производствах, т.е. эмиссия CO2 компенсируется с запасом. В [1-2] приведены результаты по потенциалу обычных зол уноса от сжигания угля в существующих котлах. Даже из не удовлетворяющих стандартам зол уноса можно выделить около 10% материала Супер-Альфа с потребительской стоимостью в 6 раз выше цемента. Нет никаких проблем получать еще более качественные и дорогие материалы со 100% выходом при соответствующей подготовке комбинации углей. Для разделения воздуха появились новые мембранные технологии, которые не требуют больших затрат энергии и низких температур. Можно подумать, что главной проблемой сжигания угля в кислороде будет необходимость его производства в огромных масштабах, т.к. согласно реакции: С + О2 = СО2, на каждый кг углерода требуется 2.67 кг кислорода. Учитывая, что 1 кубометр кислорода весит всего 1.43 кг при н.у., то для сжигания 1 тонны углерода в сутки (около 1.5 тонны угля) потребуется 1867 м3 кислорода, для хранения такого объема при давлении 100 атм необходима цистерна объемом 20 кубометров, что вполне приемлемо и апробировано в проекте Vattenfall. Мощность реактора при потреблении 1.5 Т угля в сутки составляет 0.4 МВт, при 50% КПД паровой турбины выход электроэнергии достигнет 200 кВт, что будет достаточно для электроснабжения эко-поселения из 20-40 домохозяйств. Из 1.5 тонн угля стоимостью примерно 1500 руб и 150 кг минеральной добавки получится ~500 кг наполнителя для использования в бетонах или полимерах. При качественной подготовке углей его стоимость составит не менее 7500 руб (при цене цемента 2500 руб/т), стоимость электроэнергии при цене 1 руб/кВтчас – 4800 руб. При производстве в реакторе легких стеклянных микросфер стоимость твердого продукта удвоится. Таким образом, электрическая и тепловая энергия действительно становятся бипродуктами (отходами по логике энергетиков) при производстве материалов в малом реакторе. При сгорании угля в кислороде температура становится очень высокой, так что можно вводить больше неорганических добавок для ее снижения, т.е. при регулировке Т в реакторе путем увеличения содержания «золы», процесс становится более прибыльным. В проекте Vattenfall регулировка не предусмотрена, а зола рассматривается как отход.
Успехи компаний на свободном рынке во многом достигаются за счет узкой специализации в производстве. Однако существует формат мега-проектов, которые реализуются девелоперами комплексно и на новой базе (например, мосты через морские проливы). Предлагаемая концепция устойчивого развития на основе сопряженного производства материалов и несетевой энергии относится по формату к мега-проектам, хотя затраты сопоставимы с некоммерческим пилотным проектом компании Vattenfall. Реализация проекта не только обеспечит прибыль, но и сформирует новые стандарты жизни, отвечающие современным вызовам.
Литература
1. Зырянов В.В., Зырянов Д.В. Зола уноса – техногенное сырье. М.: 2009.
2. Zyryanov V.V., Zyryanov D.V. JEP. 2010. 1, 293-301.
 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