Глобальный
экономический кризис заставляет особенно активно заниматься поисками
более эффективных технологий. Особенно это касается энергетики, не
случайно вопросы энергоэффективности стали одними из самых актуальных в
сфере индустриального развития. Так, например, очередная крупнейшая
Всемирная промышленная выставка-ярмарка Hannover Messe (апрель 2009)
пройдет в этом году под знаком именно энергоэффективности. При этом
человечество не прекращает поиски более производительных технологий
генерации электроэнергии, хотя о заметных достижениях на этом пути мы
давно ничего не слышали. Однако, похоже, что Россию скоро могут назвать
«родиной новой генерации». О новых принципах электростанций скорого
будущего «Промышленному еженедельнику» рассказывает их разработчик -
заместитель генерального директора по производству, главный инженер ОАО
«ОГК-6» Николай Татаринов.
– Николай Александрович, как бы вы могли охарактеризовать общую ситуацию
в российской энергетике?
- Сегодня в российской энергетике очевидно нарастают проблемы (причем,
они появились задолго до кризиса): оборудование стареет, затраты на
топливо растут, при этом они растут заметно быстрее, чем растет
выработка. При этом Системный оператор, который представляет интересы и
государства, и потребителя, требует от энергетиков безусловной 100%-ой
надежности с четким суточным регулированием, при том, что с каждым годом
все глубже и глубже ночные «провалы» и дневные «всплески», что требует
резервирования дополнительных мощностей. Однако существующие
генерирующие мощности отстают от требований времени… А тут еще и кризис.
В этой ситуации очевидно нужна новая технология, которая резко повысила
бы эффективность энергопроизводства.
Все понимают, что и сети, и генерацию надо развивать. Однако развивая их
в интересах конечного потребителя, мы при существующих технологиях
вынуждены этому же конечному потребителю постоянно повышать тариф. Хотя
бесконечно делать это невозможно: потребитель - некая абстрактная
бабушка - скажет: «Вчера я покупала киловатт по 50 копеек, а сегодня он
уже по рублю… Ладно, я куплю. Но если завтра за киловатт надо будет
платить по 3 рубля, то я задумаюсь и, возможно, предпочту зажигать
свечку». То есть, мы должны удовлетворять потребителя по в принципе
приемлемым для него ценам, иначе наступит момент, когда они просто будут
отказываться от электричества из-за его дороговизны.
Следующий важный момент - состояние энергетического оборудования.
Сегодня в России больше 60% энергетического оборудования находится в
эксплуатации по 30-35 лет и больше. Это ведет к снижению общего уровня
безопасности и надежности работы энергооборудования. То есть, буквально
на глазах мы будем наблюдать учащающуюся динамику отказов, аварий и т.д.
Это заставляет думать не только о генерации, но и о надежности всей
системы.
Не будем вдаваться в подробности просто скажем вслух очевидное:
электроэнергетика страны становится очень затратной, при этом она
требует все больше инвестиций. То есть, на повестке дня остро стоит
вопрос необходимости повышения эффективности всего энергохозяйства.
Экстенсивный путь развития отрасли, можно сказать так, свои возможности
уже исчерпал, его проекты очень дорого стоят, а в ситуации удорожания
инвестиционных ресурсов (особенно это связано с кризисом) выглядят
зачастую просто нереальными.
- А существующие технологии вы считаете недостаточно эффективными?
- Я считаю, что жизнь нам доказала: существующие технологии в генерации
тормозят развитие энергокомплекса страны. Основная проблема тепловой
электроэнергетики состоит в том, что сегодня в генерации нет
технологических прорывов. Ничего нового не происходит. Как и раньше,
сжигается топливо, преобразуется в тепло и передается в виде пара на
турбину, турбина вращает генератор, вырабатывающий электроэнергию. Часть
тепла отбирается на отопление. КПД тепловых электростанций при этом
составляет около 50%.
- А парогазовые технологии?
- Там существует высокая зависимость от оборудования. Не секрет, что
ведущие западные производители парогазового оборудования демпингуют при
поставках первичного оборудования, зато «добирают» потом на сервисном
обслуживании. И получается, что изначально мы вроде бы экономим немного
на топливе, но затраты на эксплуатацию всю эту экономию «убивают»,
поскольку хочешь не хочешь а через несколько лет лопатки у турбины надо
менять… Сервис на ПГУ - дорогой . И все эти затраты энергетики могут
только переносить на потребителя, что вряд ли ему понравится…
- Но что-то делать надо…
- Безусловно! Чтобы завтра мы смогли начать переходить на более
эффективные технологии, заниматься ими нужно уже сегодня. Традиционные
технологии генерации можно пытаться до бесконечности улучшать, но мы
придем опять к тому, что для этого нужно повышать тариф. Отсюда следует
простой вывод: нужна новая технология получения электрической энергии.
- Очень простой вывод…
- Вывод, на самом деле, простой и очевидный. Другое дело, что создать
новую технологию получения электроэнергии, более эффективную, нежели все
ныне существующие, - задача практически революционная.
Я проанализировал все существующие технологии. В первую очередь,
традиционные ГЭС и ТЭЦ, где в турбинах получаемая механическая энергия
преобразуется в электрическую, а также – атомные, ветровые и т.д. И что
мы видим? Если проанализировать любую из этих станций, то становится
понятным, что технологически мы подошли к предельным параметрам. Да,
можно попытаться снизить затраты на локальных участках, но
принципиального роста эффективности по этим технологиям уже не добиться.
- А что можно сказать о других технологиях?
- Да, есть такие технологии. Одна основана на том, что поток заряженных
частиц - плазма - протекает через МГД-генератор и получается
электронергия. Кстати, именно в ОГК-6 на ГРЭС-24 был установлен
МГД-генератор, который работал по такой технологии. Минусов у этой
технологии достаточно: температура плазмы - просто «сумасшедшая»,
обмотка «горит», на этом процесс прекращается. В Японии, в США и у нас
на этой технологии поставили «крест», она пока не имеет технологического
решения…
Гораздо больше возможностей у технологии преобразования химической
энергии в электрическую. Но сразу надо сказать, что в существующих
способах очень высока цена основных элементов.
Однажды в 2006 году я услышал , что придумали «звездную» батарею на
фотоэлементах с высоким КПД. И в репортаже сказали ключевую фразу,
которая меня сразу зацепила. Фраза была о том, что «звездная» батарея
эффективно работает и в инфракрасном диапазоне. Я нашел этих
специалистов и у нас началось сотрудничество.
- В каком смысле? Что подразумевает это сотрудничество?
- Это реальные люди, реальные ученые, которые занимаются этой тематикой
. За время сотрудничества с ними я четко сформулировал необходимые
требования к инфракрасным панелям. И эти специалисты обещали мне в
скором времени выдать инфракрасный элемент с теми характеристиками,
которые необходимы.
- Это техническая революция?
- В какой-то степени - да. Как я уже сказал, существующие технологии
подошли к пределу своих возможностей. С учетом роста цен на
оборудование, топливо, трудовые и иные ресурсы добиться
конкурентоспособной цены на электроэнергию и при этом обеспечить
развитие довольно затруднительно. Всем хорошо известна и реальная
экономическая эффективность новых энергетических машин. Например,
стоимость новых мощностей, которые сегодня вводятся, несравнимо выше,
чем потребитель готов оплатить в виде тарифов за электроэнергию. Чтобы
окупить инвестиционные проекты, придется и дальше повышать цены на
электроэнергию.
Поэтому энергетика требует прорывных инновационных решений.
- В чем принципиальная новизна предложенного вами технологического
решения?
- Суть его проста: мы сжигаем топливо, нагреваем некоторое тело,
начинающее излучать тепло, а затем это излучение напрямую, без
посредства турбины и генератора, преобразуем в электроэнергию. Для
наглядности приведу пример с хорошо известными солнечными батареями,
которые превращают излучение видимого спектра в электроэнергию. В
предложенной установке инфракрасное излучение превращается в
электричество. Как раз тот процесс, который нам нужен. Он призван
обеспечить настоящий качественный прорыв в тепловой генерации.
Вместо солнечных батарей видимого спектра предложено создать и
использовать панели для инфракрасного диапазона. Так родилась идея
изобретения, где широко задействованы известные серийные элементы, кроме
одного, который необходимо создать. Фотоэлектрические элементы
инфракрасного диапазона промышленность уже выпускает. Конечно, их
стоимость довольно высока. В данной компоновке производство
электроэнергии будет слишком дорогим. Такую установку никто не купит.
Поэтому сегодня главная задача - создать искусственный дешевый материал
с теми параметрами, которые я постарался сформулировать в моем
изобретении. В нем соединены принципы традиционной теплоэнергетики и
технология преобразования теплового излучения в электроэнергию в
инфракрасных фотоэлементах, изготавливаемых на основе нанотехнологий.
- Необходимо полное перевооружение генерирующих мощностей?
- Нет. В новой технологии могут широко использоваться агрегаты,
применяемые в схемах тепловой генерации уже десятки лет.
Если говорить о принципах будущей энергетической установки, то она
должна быть модульного типа, максимально стандартизирована, а все ее
блоки и агрегаты - унифицированы. Вопросы мощности и компоновки, на мой
взгляд, будет решать непосредственно заказчик. В зависимости от его
потребностей монтируется та мощность, которая ему нужна. Инфракрасная
панель должна быть легко монтируемой. Технические требования к панелям
следующие. Длина волны инфракрасного излучения – 3,5-4 мкм (при нагреве
излучающей поверхности до 300-400 градусов), рабочая температура, до
которой нагревается панель, - до 350 градусов. Не исключено, что
придется работать и при более низкой температуре - 150-200 градусов, с
охлаждением панелей. Однако тогда КПД энергоустановки снизится.
Примерная рыночная цена всей энергоустановки, включая парогенератор,
излучающие и фотоэлектрические панели, инвертор и трансформатор, должна
быть не более $2000 за киловатт установленной мощности. Если вести речь
о стоимости инфракрасных панелей, то она не должна превышать $350 за
киловатт установленной мощности. При таких ценовых параметрах новая
технология сможет конкурировать с традиционной энергетикой. Срок службы
фотоэлектрических панелей должен составить до 40 лет.
Новая технология позволяет строить энергоагрегаты мощностью от 10кВт до
300 мВт. Установка может быть смонтирована даже у частного
домовладельца. Новые энергоустановки обеспечат рациональное
использование вторичного тепла, сегодня выбрасываемого в атмосферу, в
металлургической, химической и нефтехимической промышленности.
- Что можно сказать о таком параметре, как надежность энергоснабжения?
- При условии качественного монтажа и грамотной эксплуатации
энергоустановка нового поколения способна бесперебойно функционировать
до полного износа десятки лет. К тому же обеспечивается широкий диапазон
регулирования мощности. Режим работы устанавливается весьма просто.
Воздействуя на тиристорный преобразователь, который выдает
электроэнергию в сеть от фотоэлектрических панелей, мы имеем возможность
изменять нагрузку от 20% до 100%.
- Когда возможно появление новых станций?
- В принципе, наше энергетическое машиностроение серийно выпускает
практически все агрегаты и компоненты, которые требуются для новой
генерирующей технологии. Все, кроме дешевых инфракрасных
фотоэлектрических панелей. Сам технологический процесс разработчикам
понятен и, надеюсь, реализуем. Этой проблемой активно и довольно успешно
занимается компания «Новые энергетические технологии».
Изобретение способно легко вписаться в рабочие схемы действующих
тепловых электростанций. Новые установки призваны оказать существенную
помощь в проведении реконструкции при замене устаревшего оборудования.
Берем пар до турбины, направляем на модульные панели, а турбину
разгружаем. Технологически все это вполне осуществимо. Тем самым мы
резко продлеваем срок службы паровых турбин и генераторов без потерь
выработки электроэнергии. Панели инфракрасного диапазона могут с успехом
работать не только на действующих тепловых станциях, но и на атомных.
Ведь на АЭС тоже в качестве рабочего тела используется водяной пар.
- То есть, достаточно скоро мы станем свидетелями революционного
технологического прорыва в тепловой генерации?
- Основания надеяться на это у нас с вами есть.
Беседовал Дмитрий Кожевников
