Микола Монастирьов ділиться своїми думками з приводу розвитку в Україні альтернативної енергетики

30 Июл

Інтерв’ю з з директором Інституту «Екологія та альтернативна енергетика» при Університеті «Україна» в Києві. Про останні пропозиції уряду та варінти заміщення газу за рахунок альтернативних джерел словами Миколи Монастирьова.

Опір прискорює рух

— Миколо Костянтиновичу, бажання впроваджувати альтернативні види енергії наштовхується на опір з боку транснаціональних компаній, які заробляють, експлуатуючи нафту й газ. Російський «Газпром» також поволі цьому перешкоджає?

— Звичайно. Тим паче, там чудово розуміють, що споживання енергії у світі зростатиме. За останні сто років минулого століття воно збільшилося більш як у 15 разів. Має місце й економічний чинник. На думку вчених, до 2030 року попит на первинні енергоносії, порівняно з 2000-м, зросте на 53 відсотки, причому 70 відсотків цього зростання забезпечать країни, що розвиваються, такі як Індія та Китай. А, отже, треба враховувати й низьку ефективність одержання й використання енергії, марнотратність індустріальних технологій і сучасного способу життя. Сьогоднішня енергоємність української економіки в три—п’ять разів перевищує аналогічні показники країн Євросоюзу. Це з одного боку. З другого — генерація енергії не повинна мати імпортозалежний характер. Це визначає національну безпеку країни.

Тиск з боку «Газпрому» цілком зрозумілий, і він мотивує нас шукати альтернативу вуглеводням і скорочувати споживання газу. Питання в тому, чи матимемо успіх в цій справі. Адже для реалізації концепції енергозбереження необхідно і поліпшувати нашу культуру виробництва і споживання енергії, і впроваджувати чіткі й мотивуючі стимули з боку держави.

— В умовах економічної кризи уряд запропонував одразу кілька варіантів заміщення імпортованого природного газу іншими видами палива і джерелами енергії. Як ви їх розцінюєте?

— Позитивно. Кожен із запропонованих напрямів має певний ступінь напрацювання і готовності до практичного впровадження в окремих регіонах України. Тому адаптація цих проектів до реалій економіки умовно ділить їх на проекти поточні та перспективні.

— Розглянемо деякі з них. Яка ваша думка щодо заміщення газу біопаливом?

— Сьогодні у світі виробництво цієї невикопної органічної сировини розвивається бурхливими темпами. Перші комерційні заводи з’явилися майже 10 років тому, а вже нині в Євросоюзі біологічні види палива становлять 5,7 відсотка від усього обсягу виробництва паливних матеріалів. У 2015 році Німеччина планує повністю відмовитися від викопних вуглеводнів і перейти на біопаливо.

У США прийняли спеціальний закон «Про сільське господарство», і створення біозаводів стало національним пріоритетом, а бюджетні установи зобов’язали максимально використовувати біопаливо. Виробникам виділяють субсидії й податкові пільги. Уже сьогодні приблизно 30 відсотків усього виробленого в США бензину містять добавки біоетанолу.

Україна, на мою думку, має найбільші передумови для розвитку біопаливної галузі на теренах СНД. Ми, фактично, наслідуючи досвід Бразилії, можемо «вирощувати» енергію на полях, маючи колосальний ресурс малопридатних для сільськогосподарського використання земель — майже 8 млн. га, які можна використовувати для створення плантацій швидкозростаючих салікса і міскантуса. У нас зосереджено 27 відсотків світових запасів еталонних чорноземів, тому використання біомаси можна вважати перспективним джерелом одержання теплової та електричної енергії. Уже підраховано: наших незадіяних ресурсів — від соломи й лузги до силосу кукурудзи — достатньо для виробництва теплової і частково електричної енергії, щоб замінити майже 20 мільярдів кубометрів газу.

Але є й більш вражаючі розрахунки. За оцінками Української аграрної конфедерації, у разі інвестицій у наше сільське господарство майже 70 млрд. доларів США і грамотного ведення сівозміни, виробництво валової сільгосппродукції можна збільшити втричі. Побічним же продуктом буде трикратне збільшення біомаси, що істотно поліпшить стан справ у ПЕК.

Переобладнання котелень на використання біомаси й твердого біопалива, будівництво ТЕС і ТЕЦ на біомасі — це те, що нам потрібно. На щастя, справа просувається. Цьому сприяє розвинений машинобудівний комплекс, який спроможний освоїти випуск сучасного обладнання з виробництва пелет з лузги соняшнику, соломи, відходів деревообробки тощо. Інвесторам уже пропонують проекти з виробництва аграрних індустріальних пелет із соломи з огляду на колосальний ресурсний потенціал соломи в Україні.

Про користь «синтетики»…

— Для нефахівців, по-моєму, найзагадковішим джерелом одержання теплової енергії є синтез-газ…

—  У період між Першою і Другою світовими війнами в Німеччині назрівав дефіцит нафти, а вона була вкрай необхідна для функціонування військової та цивільної техніки. Водночас Німеччина мала вугілля Рурського басейну. І тому почала шукати шляхи його трансформації в рідке пальне, придатне для двигунів внутрішнього згоряння. Цю проблему вдало розв’язали німецькі хіміки Франц Фішер і Ганс Тропш. Розроблений ними метод досі лежить в основі промислових технологій одержання рідкого синтетичного пального.

Основною сировиною в реакції Фішера-Тропша був синтез-газ. Це горючий газ, який одержували в результаті газифікації вугілля, зокрема, бурого і низькоякісного. Розвіданих запасів такого вугілля Україні вистачить щонайменше на 450 років.

У реакторах Фішера-Тропша, залежно від передбачуваної мети використання синтез-газу, варіюючи температурою і тиском, можна, відповідно, збільшувати вихід чи монооксиду вуглецю, чи водню і метану, одержуючи гази з різною теплотворною здатністю.

Сьогодні, у зв’язку з різким скороченням імпорту газу, синтез-газ вугільного походження може стати одним з перспективних і економічно обґрунтованих джерел енергії: вугілля достатньо, а теплотворна здатність синтез-газу не поступається природному. Спалюючи синтез-газ, можна одержати досить велику кількість екологічно чистої теплової енергії для різного використання.

Секрети теплотворності

— Водовугільне паливо, яке уряд пропонує використовувати як замінник природного газу, здається, вже давно використовують…

— Це один із найперспективніших видів генерації теплової та електричної енергії. Добре змочений вугільний штиб горить із температурою, що перевищує 1000оС. Тоді як суха вугільна маса без води починає коптити й швидко загасати. Те саме можна спостерігати, коли під палаючу в каміні зв’язку дров подавати під тиском водяну пару: колір полум’я плавно змінюється від жовтого до білого, зникає дим, час горіння дров зростає в півтора разу, а температура полум’я досягає майже 900оС. Причина — «водяний газ», синтез-газ, одержуваний у результаті конверсії перегрітої водяної пари на вуглеці (вугіллі чи дровах) з наступним синтезом значно більш енергетичних газів — СО + Н2.

Спалюючи дрова, теплотворність яких майже 7 800 ккал/кг, і додаючи у вогнище горіння воду у вигляді перегрітої пари, ми одержуємо суміш горючих газів з теплотворністю, яка у чотири рази перевищує теплотворну здатність дров. Аналогічна ситуація відбувається і з водовугільним паливом. Тому спалювати вугілля в печах необхідно тільки за наявності води.

Для отримання дрібнодисперсних фракцій вугілля усіх марок у нас розроблена високоефективна промислова технологія електроімпульсного дроблення, яка дає змогу одержувати вугільний пил з фракцією до 2 мікронів. Особливість цієї технології в тому, що вона не має рідких і пилових викидів, а, отже, екологічно чиста й безвідходна, тому що відсутні технологічні втрати. Кінцевим продуктом, що виходить зі станції дроблення, є водовугільна пульпа регульованої консистенції.

Як один з варіантів одержання теплової енергії, аналогічний водовугільному способу, можна розглядати генерацію тепла й електрики при утилізації автопокришок. Для цих цілей була розроблена спеціальна піч-утилізатор, яка призначена для бездимного, екологічно чистого спалювання автошин.

Оснащені електрофільтрами димоходи дають можливість без сажі й кіптяви спалювати будь-яку органіку й автомобільні покришки (практично безплатного органічного палива з досить високою теплотворною здатністю, запаси якого з кожним роком тільки збільшуються), попутно одержуючи при цьому товарний технічний вуглець, практично дармову гарячу воду й електроенергію. Застосовуючи в процесі спалювання технологію генерування синтез-газу з допалюванням газів, що відходять, удалося помітно збільшити обсяг тепловиділення за рахунок більш повного згоряння палива, одержавши при цьому його економію до 30 відсотків.

Перетворювачі — у справу!

— Неважко здогодатися, що використання електроенергії для одержання тепла дасть величезний ефект.

— На стан енергетики особливо негативно впливає робота електростанцій у маневровому режимі, що обумовлено провалом у споживанні електроенергії в нічний час (з 23-00 до 6-00). За даними Мінпаливенерго України, надлишок нічної генерації в країні досягає 1,3 Гвт і має тенденцію до зростання. Для використання цього надлишку й вирівнювання добового графіка споживання використовується робота енергоємних галузей промисловості в нічний час, гідроакумуляція, вироблення теплової енергії вночі й використання її вдень.

Для трансформації електричної енергії в теплову є електричні електродні нагрівачі. Електродні нагрівачі — це агрегати прямої дії, принцип роботи яких засновано на іонній провідності теплоносія. Нагрівання відбувається за рахунок безпосереднього протікання електричного струму через теплоносій, що приводить до зростання амплітуди коливань іонів теплоносія між електродами із частотою 50 Гц і викликає швидке підвищення температури теплоносія загалом.

На базі електродних нагрівачів можна створювати високоефективні теплопункти необхідної потужності й нагрівати теплоносій до 95оС за рахунок нічного тарифу.

Отриману в такий спосіб теплову енергію можна без особливих втрат зберігати в підземних бункерах, у резервуарах з гарячою водою, розміщених на глибині до 10 метрів.

Такі концептуальні проекти доцільно реалізовувати в населених пунктах, розташованих у безпосередній близькості до генеруючих станцій (ТЕС, ГЕС або АЕС), де транспортне плече подачі енергії буде економічно обґрунтоване. Таким чином, можна локально й ефективно вирішувати питання опалення житла, теплопостачання підприємств і вирівнювання добового графіка споживання електричної енергії. Після реалізації такого проекту карта логістики енергопотоків в Україні помітно спроститься.

— Це вражає. Але мені здається, ще більше резервів у нас у використанні сонячної енергії…

Про незвичні «консерви»

— …Принаймні не менше. Для утилізації теплової енергії Сонця, потенціал якої в Україні оцінюють майже в 1 ГВт, доцільно використовувати геліоелектричні установки радарного типу на основі двигуна зовнішнього згоряння (двигуна Стірлінга).

Ці двигуни мають досить високий коефіцієнт корисної дії (до 57%), що значно вище за к. к. д. фотоелементів (10—15%), прості в конструкції й надійні в роботі.

Робоче тіло, використовуване усередині двигуна Стірлінга, ніколи не залишає двигун. У двигуні немає вихлопних клапанів, які випускали б гази, що перебувають під тиском, назовні, завдяки цьому машини Стірлінга екологічні й відносно безшумні. Потужність однієї установки в сонячну погоду може досягати 500 кВт і більше.

— Чи правильно я розумію, що збережена енергія є, по суті, удруге виробленою?

— Правильно. До згаданих вище напрямків я додав би ще один — розв’язання проблеми накопичення, зберігання і транспортування енергії. Генерація енергії є процесом динамічно інертним. Тому накопичення енергії — особливо важливий і перспективний розділ енергетики. А от створення модулів накопичення енергії має забезпечити такий же революційний стрибок в енергетиці, як банківська справа в економіці.

Накопичення енергії про запас дасть змогу звести до мінімуму енергетичні втрати. Наявність накопичувальних модулів дасть можливість електростанціям запасати величезні обсяги незатребуваної нічної генерації й витрачати її в годину пік. Денна світлова й теплова енергія Сонця, концентруючись у накопичувачі, може використовуватися вночі, літня — узимку. Створюється щось подібне «енергетичним консервам». Не секрет, що майже половина енергії, що її виробляють двигуни транспортних машин — автомобілів, автобусів, тролейбусів, поїздів метро — даремно йде на нагрівання гальмових колодок. Неважко підрахувати, яку кількість палива можна було б зберегти в цих машинах за допомогою рекуператорів і накопичувальних модулів.

Є й інший бік медалі: проходячи через накопичувач, енергія стає екологічно чистіша, нешкідлива для навколишнього середовища. Двигуни транспортних машин працюють у цьому випадку без пікових навантажень, більш рівномірно, а шкідливість від вихлопних газів у кілька разів менша, ніж зазвичай.

Сьогодні відомо безліч способів накопичення енергії (стисла пружина, піднятий вантаж, електроакумулятор, конденсатор і т. д.), але найефективнішим, з точки зору щільності пакування енергії, є маховик. Він накопичує енергію, коли її надходження перевищує витрати, і віддає її, коли споживання перевищує надходження енергії.

Сучасні розробки в галузі матеріалознавства і силової електроніки дозволили створити маховики, що обертаються зі швидкістю до 100 тисяч обертів на хвилину. Обертаючись у вакуумі в магнітних підшипниках, диск маховика за рік втрачає лише 2—3 відсотки швидкості обертання. Щільність упаковки енергії в ньому досягає 12,5 кВт на 1 кг обертової маси. Маховик вагою 100 кг здатний акумулювати в собі майже 1,2 МВт енергії, яку можна зберігати, переміщати в часі (з літа — у зиму, з ночі — на ранок чи день), і в просторі (із Сахари — у зони промислового розвитку) практично без втрат.

Розроблені концептуальні й дослідні установки призначені передусім для локальних споживачів. Такий підхід дозволяє, по-перше, створити уніфікований модельний ряд обладнання, що знизить собівартість виробів. По-друге, зменшить навантаження на центральні лінії електропередач, що знизить неминучі втрати енергії при транспортуванні й підвищить загальну надійність і довговічність енергосистем.

Записав: Сергій Влад

За матеріалами: Голос України