О чём молчит обская полынья?

Главный резерв теплоэнергетики — энергосбережение

Директор Института теплофизики СО РАН Сергей Алексеенко

На одном из последних заседаний президиума СО РАН особым вниманием пользовался доклад директора Института теплофизики СО РАН члена-корреспондента РАН Сергея Алексеенко. Забегая вперед, скажем, что после дискуссии по докладу было принято даже решение создать специальную рабочую группу по подготовке целевой междисциплинарной энергетической программы, которая бы скоординировала научный поиск сибирских ученых на одном из важнейших сегодняшних направлений.

Что же так заинтересовало ученых? А заключительное сообщение Сергея Владимировича о том, что главный резерв нашего роста в теплоэнергетике (парадокс эпохи) лежит не в увеличении сжигания углеводородов, производстве гидроэлектроэнергии, строительстве атомных электростанций и т.д., а наоборот — в энергосбережении, потенциал которого в России составляет 40 процентов.

Новосибирск, разумеется, в этом деле не исключение. Уважаемый читатель, только вдумайтесь: если мы научимся (отнюдь не изобретая нечто неведомое, технологии давно известны) беречь тепло, все виды энергии в нашем городе (а это в основном тепловая энергетика), то, не вводя в строй ни одной турбины на наших ТЭЦ, мы сможем почти в полтора раза — условно — увеличить общие энергетические мощности.

И представим себе фантастическую картину: небо над Новосибирском очистится от выбросов пара (который к тому же пополам с золой), а Обь ниже города по течению наконец в зимние месяцы станет замерзать. Исчезнет гигантская полынья, ежегодно образуемая выбросами теплой воды через техническую и бытовую канализации. И наш не такой уж и скромный вклад в сбережение природного теплового баланса потомками будет по достоинству оценен.

Но по порядку. После того как Сергей Алексеенко коротко, что называется, с цифрами в руках, доложил об основных направлениях деятельности института в сфере исследования теплофизических основ новых энерготехнологий, он дал общую картину нынешнего состояния мировой энергетики. Цифры весьма любопытные. На долю угля приходится 40 процентов (в России в два раза меньше), газ составляет 19, нефть — 7, гидроэнергетика — 16, атомная — 16, прочая, то есть энергия волн, термоисточников, солнца, ветра и т. п. — менее двух процентов.

Тенденция производства электроэнергии в России такова, что будет снижаться относительное потребление газа (не путать с бытовыми нуждами), увеличится потребление угля, которого у нас хватит на тысячелетия, возрастет количество атомных электростанций.

Особый интерес для россиян представляет, конечно, уголь, доля использования которого в последние десятилетия неуклонно снижалась по ряду причин: трудности транспортировки по сравнению с газом, грязные технологии, золоотвалы и т.д. Задача, по мнению ученых, заключается не в том, чтобы свернуть вообще использование богатейших запасов угля, а в переходе на новые технологии, которые сделают угольную отрасль эффективной и чистой как технологически, так и на порядок приносящей меньше вреда экологии.

Что здесь имеется в виду? Существует множество направлений современной «перегонки» угля в энергию. Главное в увеличении КПД здесь — это переход на сверхкритические и суперсверхкритические температурные режимы пара — свыше 700 градусов и 350 атмосфер. А есть возможность увеличивать температуру пара даже до 1500 градусов. Возникают совершенно иные параметры сжигания угля в котлах и топках. В том числе и беспламенное сжигание (есть и такой способ). Измельчение угля до тончайшей пыли размером всего в несколько десятков микрон, когда он превращается в нечто подобное газу. Наконец, это подземная газификация угольных пластов тоже разрабатывается по новейшим технологиям. Нелишне будет вспомнить и о «перегонке» угля в жидкое моторное топливо, что в мире уже делается давным-давно. И т.п. и т.д. Есть уже способы сжигания угля, которые вдвое увеличивают КПД установок (до 50–55 процентов), значительно сокращают золоотвалы и имеют возможность утилизировать неминуемый CO2 (углекислый газ), пряча его в землю, а не выбрасывая в атмосферу. И что касается перспектив развития атомной энергетики, то тут нужно переходить на реакторы на быстрых нейтронах (более безопасные и эффективные) и решать проблему интенсификации теплообмена, а пути для этого есть.

Особо нужно сказать о применении в энергетике нанотехнологий. «Простое» использование наноструктур до 70 процентов увеличивает теплоотдачу и до 500 процентов сдвигает критические тепловые потоки, то есть в разы увеличиваются возможности оборудования и, соответственно, его безопасность. Обыкновенный охладитель — вода — с добавлением нанопорошка намного увеличивает процессы теплоотдачи и повышает КПД установок.

В развитых странах уже работает множество электростанций на бытовых отходах. И о них рассказали ученые. Большая часть огромного количества выбрасываемого нами мусора подлежит сжиганию. В этой области у нас вообще «поле непаханое».

Все, что касается возобновляемых или альтернативных источников энергии — термальных вод, ветра, солнца и т.п. — они пока либо малоэффективны, либо плохо используются или слишком дороги. Конечно, в космосе уже не обойтись без солнечных батарей. И тепловые насосы, разработанные в Институте теплофизики СО РАН, «высасывающие» и концентрирующие тепло либо из термальных, либо просто из сточных вод, могли бы найти более широкое применение, но… Мало ли у нас «но»!

И, кстати, заметим, что именно при Институте теплофизики создано ЗАО «Экодом», и мы рассказывали недавно о целом поселке экодомов, что строится неподалеку от Академгородка. Все контуры теплоизоляции и теплообмена в таких строениях выполнены по новейшим технологиям, плюс к этому солнечные батареи на крыше. И экодом становится вдвое экономичнее любого другого.

В заключение заметок напомним, что престижную и очень значительную Международную премию «Глобальная энергетика» за 2007 год получил академик-сибиряк бывший директор Института теплофизики СО РАН Владимир Накоряков за вклад в разработку физико-технических основ теплоэнергетики. «Котел Накорякова» используется в большинстве современных тепловых электростанций. И есть основания надеяться, что это будет далеко не последнее признание заслуг сибирских ученых-теплофизиков.