Пробивът ще бъде осигурен от ново поколение - Управление на производството

Фактът, че електричеството може да се получи директно от топлина, се преподава на учениците в часовете по физика. Но промишленото производство на електроенергия не е лабораторна работа - то изисква електроцентрали със съвсем различен капацитет. Николай Татаринов, заместник генерален директор по производството, главен инженер на ОГК-6, ясно формулира параметрите, които трябва да имат устройствата, които преобразуват топлината в електричество. В разговор с нашия кореспондент той сподели мислите си за проблемите и перспективите за развитие на електроенергетиката.

Енергията изисква иновативни решения

– Николай Александрович, както показва практиката, е трудно да се предложи нещо ново в електроенергетиката. Всички процеси са добре известни. Какви стимули ви подтикнаха да формулирате идеята за вашето патентовано устройство?

– Основният проблем на топлоенергетиката е, че днес няма технологични пробиви в производството. Нищо ново не се случва. Както и преди, горивото се изгаря, превръща се в топлина и се предава под формата на пара към турбината, турбината върти генератора, който генерира електричество. Част от топлината се взема за отопление. Ефективност на топлоелектрическите централи притова е около 50%.

Факт е, че съществуващите технологии са достигнали границата на своите възможности. Оборудването се използва с максимална ефективност, но с помощта на съществуващите технологии, дори и съществуващото оборудване да бъде заменено с ново, е невъзможно да се постигнат по-високи икономически показатели.

Предвид растящите цени на оборудването, горивата, труда и други ресурси е доста трудно да се постигне конкурентна цена на електроенергията и в същото време да се осигури развитие.

Най-неприятното е, че възрастта на основното оборудване е 30–35 години. Има мощности, които работят повече от 45 години. Това означава, че ще минат още пет години и цялото оборудване ще стане тотално остаряло. И ако механично харчите пари дори за ново оборудване, което по отношение на ефективността не се различава много от старото, тогава няма да има осезаемо подобрение в техническите и икономическите показатели. Това се отнася преди всичко за производството на въглища. Енергетиците се оказаха в ситуация, в която всички технологични резерви на индустрията бяха практически изчерпани. И днес има само един източник на развитие - приходите от продажба на електроенергия. Изводът се налага сам - да се увеличи цената на електроенергията за обновяване и реконструкция на оборудване.

- Енергийните компании вече са обвинявани, че стимулират инфлацията. До каква степен могат да бъдат повишени тарифите?

- Днес нямаме право да пренебрегваме финансовите възможности на потребителя. Нито можем значително да повишим енергийните тарифи. Потребителят ни казва нещо подобно: правете каквото искате, но аз съм готов да ви плащам за електроенергия, да речем, рубла за kWh. И не повече. Засега пазарът на електроенергия в неговата цялост не съществува. Но с нарастването на конкуренцията ще става все по-трудно да се продава електроенергия. Да, и Федералната служба за тарифите е отстранипотребител и постоянно напомня на енергетиката: вие включвате в тарифите всичките си непродуктивни разходи, които трябва да бъдат намалени. Намаляването обаче не винаги е възможно. Дори ако всички разходи бъдат сведени до минимум, утре цената на киловатчас пак ще бъде по-висока от днес.

И така, какво може да се направи, за да се актуализира технологичната база и в същото време да не се прехвърлят допълнителните разходи на потребителя под формата на увеличение на тарифите за електроенергия? Традиционните начини, включително парни агрегати, трябваше да бъдат отхвърлени, тъй като не позволяват технологичен пробив. Ефективно намаляване на разходите е възможно само въз основа на принципно нови технологии.

- Пазарът днес предлага, изглежда, всякакво оборудване. Защо да измисляте - платете, купете и инсталирайте. Колко валидна е тази гледна точка?

- Новите агрегати, които предлага пазарът, не се различават много от старите. Познаваме ги много добре. Стандартният цикъл на пара е достигнал своя технологичен лимит. Не можем значително да увеличим ефективността на силовия блок. В този случай обаче парогенераторът има КПД 92%, парната турбина - около 80%. Но кондензаторът некомпетентно изхвърля генерираната топлина в река или охладителна кула. В резултат на това се оказва, че ние просто изхвърляме половината от топлинната енергия, получена от изгарянето на гориво. Но с настоящата технология не можем да премахнем кондензатора от работната верига. И дори в централи с комбиниран цикъл (CCGT), където се използват най-модерните технологии, значителна част от топлината се изразходва за отопление на атмосферата.

Всички са добре запознати с реалната икономическа ефективност на новите енергийни машини. Например цената на новите мощности, които се въвеждат в експлоатация днес, е несравнимо по-висока от това, което потребителят може да плати под формата на тарифи за електроенергия.За да се възвърнат инвестиционните проекти, цените на електроенергията ще трябва да бъдат допълнително повишени. Следователно енергийната индустрия се нуждае от пробивни, иновативни решения.

Фантастична ефективност и невероятно потребителско изживяване

– По какво предлаганото от вас устройство се различава от традиционните инсталации за производство на енергия?

- Същността на иновацията е, че изгаряме гориво, нагряваме някакво тяло, което започва да излъчва топлина. След това тази радиация директно се преобразува в електричество без турбина или генератор. За яснота ще дам пример с добре познатите слънчеви панели, които преобразуват радиацията от видимия спектър в електричество. В предложената инсталация инфрачервеното лъчение се преобразува в електричество. Точно процесът, от който се нуждаем. Той е проектиран да осигури истински качествен пробив в топлинното производство.

Вместо слънчеви панели от видимия спектър се предлага да се създадат и използват панели за инфрачервения диапазон. Така се роди идеята за изобретението, модел, в който се използват широко известни серийни елементи, с изключение на един, който трябва да бъде създаден. Индустрията вече произвежда фотоволтаични материали в инфрачервения диапазон. Техният обхват обаче все още е ограничен. Днес има слънчеви клетки на базата на иридий и селен. Разбира се, цената им е доста висока. При това споразумение производството на електроенергия ще бъде твърде скъпо. Никой няма да купи такова устройство.

Ето защо днес основната задача е да се създаде изкуствен евтин материал с параметрите, които се опитах да формулирам в моето изобретение. Той съчетава принципите на традиционната топлоенергетика и технологията за преобразуване на топлинното излъчване в електричество в инфрачервени фотоклетки, произведени на базата нананотехнологии.

Новата технология може широко да използва единици, които се използват в схеми за топлинно производство от десетилетия. Например парогенератор. Просто казано, това е в най-чистата му форма - камина. По-точно химически реактор, в който се изгаря гориво - газ, петрол, мазут, въглища, торф, боклук, утайка и т.н. Оттук горещите газове се насочват към конвективна повърхност, която се нагрява и пренася топлина с пара към инфрачервен панел, който генерира електричество. По време на работния процес, когато лъчистият панел се загрее до 300 градуса, ефективността на устройството, като се вземат предвид топлинните загуби, ще бъде, според изчисленията, около 70% дори на въглища. Това изглежда фантастично, тъй като днес ефективността на въглищните централи не надвишава 35%.

- Как си представяте новата електроцентрала?

– Да е модулен тип, максимално стандартизиран, като всичките му блокове и възли да са унифицирани. Въпросите с мощността и оформлението според мен ще бъдат решени директно от клиента. В зависимост от нуждите му се монтира мощността, от която се нуждае. Инфрачервеният панел трябва да се монтира лесно. Техническите изисквания към панелите са както следва. Дължината на вълната на инфрачервеното лъчение е 3,5-4 микрона (при нагряване на излъчващата повърхност до 300-400 градуса), работната температура, до която се нагрява панелът, е до 350 градуса. Възможно е да се наложи да работите при по-ниска температура - 150-200 градуса, с охлаждане на панелите. Тогава обаче ефективността на електроцентралата ще намалее и процесът рискува да бъде неконкурентоспособен в сравнение с традиционните технологии.

Приблизителната пазарна цена на цялата електроцентрала, включително парогенератора, лъчистите и фотоволтаичните панели, инвертора и трансформатора, трябва да бъде не повече от $2000 за киловатинсталиран капацитет. Ако говорим за цената на инфрачервените панели, тогава тя не трябва да надвишава 350 долара за киловат инсталирана мощност. При такива ценови параметри новата технология ще може да се конкурира с традиционната енергия. Срокът на експлоатация на фотоволтаичните панели трябва да бъде до 40 години. Благодарение на масовото производство, тяхната цена може да бъде значително намалена.

Както можете да видите, основните параметри - дължина на вълната, работна температура и цена - са определени, което е техническото задание за разработчиците. Сега всичко зависи от индустрията.

Новата технология дава възможност за изграждане на енергийни блокове с мощност от 10 kW до 300 MW. Инсталацията може да бъде монтирана дори от собственик на частна къща, например за захранване на вила. Домакинствата ще разпределят излишната произведена електроенергия към разпределителните мрежи и ще получават пари за това.

Открива напълно нови възможности за малкия бизнес. Ако днес те са принудени да плащат много пари за свързване към мрежи, тогава в близко бъдеще малките предприятия ще могат да произвеждат електроенергия не само за себе си, но и за продажба. В Норвегия, както знаете, основните доставчици на електроенергия изобщо не са енергийни гиганти, а средни, малки и много малки производители. Норвегия обаче произвежда най-много електроенергия на глава от населението в света. Новите електроцентрали ще осигурят рационалното използване на вторичната топлина, която в момента се отделя в атмосферата, в металургичната, химическата и нефтохимическата промишленост.

- Потребителят на електроенергия се нуждае от надеждност. До каква степен новата технология, базирана на сравнително малкия капацитет на енергийните агрегати, позволява да се реши този проблем?

– При инсталиране на много малки и средни генераторни блокове систематастава супер надежден. Той е като пирамида: в основата му са положени голям брой малки елементи, върху които се опира цялата конструкция. В допълнение, производството се контролира директно от системния оператор.

В полза на развитието на дребното производство на електроенергия говорят и технологичните ограничения, които от определена стойност не позволяват увеличаване на единичната мощност на енергийните блокове. Например атомните енергийни блокове са с мощност 1000 MW. Няма смисъл да ги правиш по-големи. Рисковете веднага нарастват. Ако по някаква причина „милионер“ изпадне от електроенергийната система, тогава за системния оператор е много, много трудно да компенсира загубите. Следователно е необходимо да има значителни резерви от мощности. В топлоцентралите същите проблеми. Разумната единична мощност трябва да бъде ограничена до 500–800 MW, а над това не си струва усилието.

Иновативната технология осигурява ултра-надеждност в сравнение с традиционното поколение. Позволява ви да работите ефективно при параметри на пара от 300-350 градуса, което е далеч от критичните стойности за метала, използван днес в енергийния сектор. При условие на висококачествена инсталация и компетентна експлоатация, електроцентрала от ново поколение може да функционира непрекъснато, докато не бъде напълно износена в продължение на десетилетия. Освен това е осигурен широк диапазон от контрол на мощността. Режимът на работа е зададен много просто. Въздействайки върху тиристорния преобразувател, който захранва мрежата от фотоволтаични панели, ние сме в състояние да променим натоварването от 20 до 100%. Настройката може да се извърши и от системния оператор, който има изцяло нови перспективи и принципи на управление на производството, в строго съответствие с натоварването на потребителя.

Не чака дълго

- Какво е състоянието на вашата идея?– в областта на научните изследвания или индустрията вече се занимава с тази тема?

- По принцип нашата енергетика произвежда серийно почти всички възли и компоненти, които са необходими за една нова технология за производство. Всичко, но не и евтини инфрачервени фотоволтаични панели. Самият технологичен процес е ясен за разработчиците и се надявам да можем да го приложим.

С този проблем активно и доста успешно се занимава компанията New Energy Technologies (генерален директор Александър Кузнецов). Въпреки че фирмата е специализирана в разработването и организирането на производство във видимия спектър, сега компанията работи активно и в областта на приложенията в инфрачервения диапазон. Вярвам, че са близо до успеха. Освен „Нови енергийни технологии“ с тази тема се занимава и Подолският химико-металургичен комбинат.

- Кога смятате, че вашият енергиен модел може да бъде приложен на практика и на какви станции?

- Подчертавам, че изобретението лесно може да се впише в работните схеми на съществуващи ТЕЦ. Например, новите инсталации са предназначени да осигурят значителна помощ при реконструкцията и подмяната на остаряло оборудване. Схемата е следната: отвеждаме пара към турбината, насочваме я към модулни панели и разтоварваме турбината. Технологично всичко това е напълно осъществимо. Правейки това, ние драстично удължаваме живота на парните турбини и генератори без загуба на генериране на електроенергия.

Инфрачервените панели могат успешно да работят не само в съществуващи топлоелектрически централи, но и в атомни. В крайна сметка атомните електроцентрали също използват водна пара като работна течност.