Олег Сергеевич, ведущие страны мира делают ставку на Солнце и ветер, Европа к 2050 году планирует полностью перейти на возобновляемые источники энергии, а вы предлагаете нам остаться с топливной "органикой". И вообще ТЭЦ без труб, без клубов дыма ... Честно говоря, звучит почти как фантастика.
Олег Попель: И тем не менее это реально. Давайте разбираться. Прежде всего хочу подчеркнуть, что по всем оценкам в самом ближайшем будущем жителям планеты потребуется намного больше энергии, чем потребляется сейчас.
Читал, что уже к 2030 году так называемые дата-центры, которые обслуживают искусственный интеллект, будут "съедать" столько же энергии, сколько за целый год потребляет Япония. И это только начало. Потянет такой бум ИИ и рост потребления "зеленая энергетика"?
Олег Попель: Оценки, которые сделаны ведущими мировыми энергетическими агентствами, показывают, что заявленный рядом зарубежных стран масштабный переход к середине века на возобновляемые источники энергии (ВИЭ) и водород вряд ли сможет покрыть растущие потребности. Причина в нестабильности их работы, огромных затратах на резервирование мощностей и специальных накопителей энергии. Словом, в текущем столетии возобновляемые источники не смогут заменить в полном объеме природные топлива. Именно оно останется на первых ролях.
Уверен, такой расклад многим не понравится. Вам напомнят про апокалиптические сценарии многих климатологов, про то, что в XXI веке каждый последующий год жарче предыдущего, что при нынешних климатических тенденциях лет через 30 под водой могут оказаться некоторые из прибрежных мегаполисов...
Олег Попель: Все это хорошо известно, но надо быть реалистами, смотреть на ситуацию без иллюзий. Никто не отрицает, что "зеленая энергетика" важна, ее надо развивать, но она будет подспорьем для органической. Что касается России, то у нас должна быть своя стратегия, которая зависит от специфики страны. И прежде всего ее климата.
Понятно, ведь мы холодная страна. И нам нужно много тепла?
Олег Попель: Не просто много. У нас на получение тепла расходуется в 2,5 раза больше топлива, чем на получение электроэнергии. При таких соотношениях обеспечить теплоснабжение за счет "зеленой энергетики" крайне сложно. Оно будет "золотым". А ведь есть еще один минус, который я уже упоминал: такие источники не стабильны, сильно зависят от погоды, значит, надо иметь дополнительные дорогие системы аккумуляции и резервирования.
Поэтому нам нужно развивать традиционную энергетику, но создавать принципиально новые технологии, которые за счет высокой эффективности будут сжигать меньше топлива и снижать вредные выбросы в атмосферу.
Последнее время в мире все больше внимания привлекает такая идея: давайте сжигать топливо не как сегодня в воздухе, а в чистом кислороде. Для этого его вначале выделить из воздуха, а затем вместе с топливом, природным газом, отправить в камеру сгорания. В итоге образуется чистая смесь СО2 и водяного пара. Главное, что их уже можно легко отделить друг от друга, сконденсировать и каждый компонент вывести в жидком виде, а не выбрасывать в трубу, загрязняя атмосферу.
Одновременно в криогенной воздухоразделительной установке мы будем улавливать азот, предотвращая тем самым образование в камере сгорания вредных оксидов.
Непонятно, в чем здесь выигрыш? Даже если не выбросили в трубу, а собрали "трио" из СО2, воды, азота, то все равно их надо куда-то девать. Ну вода она и есть вода, ей дело всегда найдется, а как с другими компонентами?
Олег Попель: В этом и состоит одна из "изюминок" предлагаемой технологии. Дело в том, что они являются ценными продуктами, востребованными в различных отраслях промышленности. Скажем, азот незаменим для создания инертной среды, предотвращая окисление и коррозию, используется в металлургии, пищевой упаковке, химическом синтезе и электронике, крупных зернохранилищах, для поддержания давления в трубопроводах, в системах пожаротушения, бурении нефтяных скважин и др.
А что по поводу СО2 - главного виновника глобального потепления? Его сегодня в атмосферу Земли выбрасывается многие миллиарды кубических метров. В вашем проекте вы хотите обратить его в жидкость, но куда девать эти "океаны"?
Олег Попель: Может, вы удивитесь, но, например, в США протяженность трубопроводов для транспортировки СО2 уже почти 10 тыс. км, а к 2050 году ожидается рост до 50 тыс. км. Газ улавливают, но пока не в выбросах электростанций, а на ряде промышленных предприятий по производству этанола, цемента и стали. Затем его по трубам направляют для повышения отдачи нефтяных пластов.
По всем прогнозам, масштабы использования СО2 уже в самое ближайшее время будут намного увеличены. Дело в том, что сейчас в ведущих странах разрабатываются различные технологии для утилизации CO2, например, при производстве строительных материалов, превращения в удобрения, биотопливо, пластмассы, белковые продукты.
Если у СО2 столько достоинств, то почему желающие извлечь из миллиардных выбросов прибыль не стоят к энергетикам в очереди?
Олег Попель: При многих достоинствах СО2 у выбрасываемого электростанциями газа есть серьезный минус. Его надо чистить от продуктов сгорания топлива. Это увеличивает стоимость электроэнергии в 1,4-1,6 раза. Наша технология, когда мы получаем СО2 в жидком виде, решает эту проблему.
А самое главное, как я уже сказал, у такой электростанции выбрасывать в атмосферу просто нечего. Поэтому панорама вокруг будет вообще без высоких труб и без клубов дыма. Электростанция не только экологически чистая, но сможет обеспечивать энергией потребителей дешевле, стабильней и эффективней, чем существующие тепловые электростанции.
Звучит заманчиво, но бесплатный сыр бывает только в мышеловке. Вернемся к началу. Где взять электроэнергию на выделение чистого кислорода из воздуха? Наверняка ее потребуется немало.
Олег Попель: Вопрос, как говорится, в "яблочко". Его задают многие эксперты. Чтобы ответить на него, потребовались серьезные исследования, их результаты опубликованы в нескольких десятках научных статей.
Да, разделение воздуха на компоненты энергоемко. Выделение из него кислорода с помощью холода "съест" до 15% вырабатываемой станцией электроэнергии. Казалось бы, игра не стоит свеч, но тем не менее решение есть. В его основе сложная термодинамика. Но если совсем просто, то суть в следующем. Здесь надо напомнить, что в традиционных газотурбинных электростанциях воздух перед подачей в камеру сгорания сжимают до высоких давлений компрессором. За что приходится "платить" расходом до 50% вырабатываемой электроэнергии.
Мы показали, что часть используемого для разделения воздуха холода можно включить в рабочий цикл электростанции и превращать природный газ и кислород в жидкость до подачи в камеру сгорания. В таком варианте уже не требуются мощные компрессоры, можно обойтись обычными насосами. Это позволит экономить электроэнергию, которая с лихвой перекрывает затраты энергии на разделение воздуха. Предлагаемая электростанция имеет КПД не ниже, чем современные парогазовые установки.
Олег Сергеевич, недавно в Академии наук подробно обсуждали ситуацию в энергетике. Большой интерес вызвал доклад о "цикле Аллама", который очень напоминает вашу технологию.
Олег Попель: Да, в США уже построена опытная станция мощностью 50 МВт, которая работает на похожем принципе. Но между нашим и американским вариантами есть важное отличие. У них станция производит только электроэнергию и никакого тепла, а мы с самого начала ориентировались на совместное производство тепла и электроэнергии. Поэтому у нас другая схема станции. Она позволяет в зависимости от конкретной ситуации варьировать соотношение между электроэнергией и теплом.
Это очень важный момент. Почему? Например, вокруг Москвы работают мощные ТЭЦ, но при сильных холодах даже они не могут обеспечить город необходимым количеством тепла. На такие экстремальные случаи включают пиковые котельные, которые выбрасывают в атмосферу огромное количество всяких вредностей. Кроме того, в пики потребления электроэнергии часто включаются низкоэффективные пиковые газотурбинные установки. Наша же станция оказывается настолько высокоманевренной, что позволяет отказаться и от пиковых котельных, и от дополнительных маневренных мощностей. По самым скромным оценкам, это ежегодно позволит экономить до 30% топлива. Согласитесь, хорошая цифра.
Ваш проект "станции без труб" настолько уникален и перспективен, что, казалось бы, уже сейчас надо приступать к его реализации. Какова ситуация?
Олег Попель: Прежде всего надо подчеркнуть, что это совсем другая энергетика. Ее не создашь на нынешнем уровне техники. Требуется разработать новые высокооборотные турбины и генераторы, современную силовую электронику, теплообменники и другое оборудование. Нужна тесная кооперация с научными центрами и компаниями по масштабному использованию получаемых на ТЭЦ углекислого газа, воды и азота. Словом, ситуация во многом такая же, как при реализации атомного проекта, который когда-то потянул за собой целые отрасли.
Сейчас мы предлагаем за 5-6 лет создать пилотную установку на 60 МВт, создать и апробировать на ней новое оборудование и новые технические решения, что позволит разработать технические задания и приступить к строительству коммерческих экологически чистых тепловых электростанций, что обеспечит стране технологическое лидерство в энергетике.