Энергосбережение: рациональный подход плюс новые технологии

Энергосбережение: рациональный подход плюс новые технологии

Уже более 25 лет в лаборатории дисперсных систем Института тепло- и массобмена НАН Беларуси, по сути дела, занимаются решением задач энергосбережения. Эксперименты по сжиганию низкосортного топлива в кипящем слое ученые проводили еще в советские времена. Перу наших исследователей — Валентину Бородуле и Леониду Виноградову — принадлежит и первая в СССР монография, посвященная этой проблеме: «Сжигание твердого топлива в псевдоожи-женном слое». Однако ранее трудам белорусских ученых не уделялось столько внимания, поскольку стоимость газового топлива была невысока и задача поиска возможного подспорья в преодолении энергетических проблем не стояла столь остро. Но ситуация кардинально меняется, и возможно, поставки газа из России скоро придется оплачивать по ценам, близким к европейским. В связи с этим все чаще речь идет о целесообразном и разумном использовании природного газа в энергетике и, прежде всего, о сокращении его потребления за счет повышения эффективности использования на основе внедрения новых парогазовых технологий.

изобретения ученых часто опережают время, словно они предугадывают или просчитывают возможное развитие событий. изложить свой взгляд на решение задачи обеспечения энергетической безопасности страны мы попросили заведующего лабораторией дисперсных систем института тепло- и массообмена, члена-корреспондента нАн Беларуси Валентина БороДулю и ведущего научного сотрудника этой же лаборатории, кандидата химических наук леонида виноградова.

— В наши дни огромное внимание уделяется повышению эффективности использования ТЭР за счет применения передовых энергосберегающих технологий. Этим путем идут многие страны бывшего СССР, — отмечает Валентин Алексеевич. — Так, например, в настоящее время Институтом технической теплофизики НАН Украины совместно с «Крымтеплокоммунэнер-го» формируется региональная программа реконструкции коммунальной энергетики Автономной Республики Крым, которая предусматривает ис-= пользование современных энерго-| сберегающих технологий в системах | автономного теплохладоснабжения | здравниц и коммунальных объектов | с вовлечением в энергетический обо--I рот вторичных и возобновляемых источников энергии, в том числе тепла морской воды. Думаю, что в Беларуси могла бы быть аналогичная программа, связанная, например, с модернизацией системы энергоснабжения района озера Нарочь, где уже ведутся работы по использованию ветроэнергетических установок.

Определенные резервы обеспечения энергетической безопасности нашей страны Валентин Бородуля видит в разумном сочетании централизованного и децентрализованного теплоснабжения.

— Как известно, экономия топлива на ТЭЦ достигается в основном за счет комбинированного производства энергии с использованием для теплоснабжения теплоты отработавшего в турбине (отборного) пара, когда он сначала вырабатывает электроэнергию с удельным расходом 150—160 г у.т./кВт ч, а затем направляется на нужды отопления. При этом удельный расход топлива на отпуск теплоты сохраняется как в обычных котельных — 160—170 кг у.т./Гкал. В то же время расход топлива на выработку электроэнергии на лучших конденсационных тепловых станциях, таких как Лукомльская ГРЭС, составляет 310—320 г у.т./кВт ч. В сравнении с раздельными выработками электроэнергии и тепла современная ТЭЦ, например ТЭЦ-4 в Минске, позволяет сократить расход топлива на 25—30%. Поэтому снятие тепловой нагрузки в 1 Гкал/час с отбора турбин приводит к пережогу топлива в нашей энергосистеме в размере 250—300 т у.т. в год или пережогу 150—160 г у.т. на каждый недоданный с ТЭЦ теплофикационный кВтч. Однако экономия топлива при комбинированной выработке электроэнергии и тепла на ТЭЦ зачастую невозможна из-за потерь в тепловых сетях, которые могут достигать зимой от 20 до 50%.

Массовое внедрение газа и надежные средства автоматики изменили прежние приоритеты. Например, крышная котельная гостиницы Беларусь в Минске с установленной тепловой мощностью 4,13 Гкал/час имеет КПД 95% и обеспечивает расход 153,6 кг у.т. на 1 Гкал отпущенной теплоты и расход электроэнергии, равный 16,2 кВтч/Гкал. При этом нет никаких проблем с тепловыми сетями, которые становятся ненужными и заменяются газопроводами.

В малых городах и населенных пунктах особенно целесообразным считается сооружение мини-ТЭЦ на базе газопоршневых установок, одновременно вырабатывающих электрическую и тепловую энергию. Определенным подспорьем здесь может выступать также максимально рациональная утилизация высоко- и среднетемпера-турных тепловых вторичных энергоресурсов с использованием их в схемах теплоснабжения, внедрение теплонасосных установок, что позволит частично компенсировать потребность предприятий

Валентин Бородуля

№11(45)_2006 НАУКА И ИННОВАЦИИ

19

в тепловой энергии на отопление и горячее водоснабжение. Необходимо по возможности максимально вовлекать в топливно-энергетический баланс собственные топливные ресурсы.

К собственным ресурсам, правда, незаслуженно забытым, относятся и твердые бытовые отходы (ТБО). Это не только богатый источник вторичного сырья, но и «бесплатный» энергоноситель.

Леонид Виноградов отметил, что сегодня во многих странах мира уделяется большое внимание именно поиску наиболее экологически безопасных и экономически выгодных методов утилизации отходов. Получают развитие такие способы, как сжигание ТБО в топках с кипящим слоем или в стандартных энергетических установках, пиролиз, газификация и другие. Даже при прямом сжигании по малоперспективным технологиям из 1 тыс. кг ТБО образуется такое же количество тепловой энергии, как при сжигании 250 кг мазута.

— С учетом национальных интересов теплоутилизацию отходов, при которой теплотворная способность их горючих составляющих может быть применена для выработки тепловой и электрической энергии, на современном этапе можно также считать приоритетным направлением для Беларуси, — подчеркнул Леонид Михайлович. — Однако данный метод требует особой организации процессов горения и очистки дымовых газов, так как в противном случае (особенно при прямом неквалифицированном сжигании) происходит выброс в атмосферу значительного числа вредных веществ: сажи, монооксида углерода, соединений хлора, оксидов серы и азота, а также супероксидантов, диоксинов и полиароматических углеводородов.

Альтернативой процесса прямого сжигания горючих отходов является термохимическая технология, предусматривающая предварительное термическое разложение горючих компонентов в бескислородной атмосфере (пиролиз) и их газификацию. После чего образовавшаяся концентрированная парогазовая смесь (пирогаз) направляется в камеру дожигания, где в управляемом режиме происходит перевод токсичных веществ в менее опасные. Например, при избытке воздуха оксид углерода догорает до диоксида, водород — до воды, фенол — до диоксида углерода и воды и т.д.

В Институте тепло- массообмена им. А.В. Лыкова НАН Беларуси ведутся работы по созданию современного экологически безопасного аппаратурно-технологического процесса и опытного образца оборудования для теплоутилизации предварительно измельченных отходов в местах их первоначального накопления с минимальной предварительной сортировкой для локального теплоснабжения различных объектов.

Мировая практика последних лет свидетельствует о том, что в области малой энергетики для теплоутилизации широкой номенклатуры горючих отходов с минимальным вредным воздействием на окружающую среду наиболее эффективной является так называемая технология кипящего слоя. Лаборатория дисперсных систем

ИТМО имеет давние традиции по ее исследованию для сжигания низкосортных топлив и их газификации. Совместно с ОАО ГСКБ (Брест) в ИТМО разрабатывается отечественное теплоэнергетическое оборудование, например, топки кипящего слоя по тепло-утилизации торфа и древесных отходов, а в перспективе и многих других горючих отходов. В течение ряда лет проводились эксперименты по сжиганию гидролизного лигнина, местных бурых углей и горючих сланцев.

В результате в 2002 г. за разработку научных основ, создание и внедрение новых энергоэффективных технологий и оборудования для энергетического комплекса и других отраслей народного хозяйства Республики Беларусь, в том числе современного котельного оборудования, сотрудникам ИТМО и ГСКБ присвоена Государственная премия. Современные изделия получили путевку в жизнь — отечественные котлы установлены и работают в Национальной библиотеке, футбольном манеже в Минске, на Минском моторном заводе и на ряде других предприятий. Кроме того, белорусское котельное оборудование для сжигания горючих отходов и низкосортных то-плив, таких как низкосортный уголь и фрезерный торф, в настоящее время успешно эксплуатируется в Польше и Прибалтике.

Решается и другая не менее важная задача по переработке низкосортных топлив — сжигание отходов на местах, без затрат на складирование и перевозку. В этом направлении сотрудники ИТМО очень активно работают с концерном «Белресурсы». Внедрение этих разработок планируется осуществить в 2007 г.

К слову, аналогичные работы по утилизации отходов с получением тепловой энергии проводятся и в других государствах — Японии, США, России и др. К сожалению, в Беларуси пока нет ни мусоропера-батывающих заводов, ни крупных установок на стадии создания технологий и оборудования. В основном удовлетворяются потребности конкретного заказчика. Так, совместно с «Белресурсами» разработана установка по утилизации медицинских отходов. Как показывает практика, она незаменима в больницах, где накапливается значительное количество использованных одноразовых шприцев, пластикового оборудования, отработанных капельниц. Причем на этой же установке можно получать горячую воду с температурой до 85 "С, которую логично использовать для собственных нужд.

Не остаются в стороне и экологические проблемы. Как известно, технологическая вода на тепловых электростанциях подвергается очистке через активные угли, которые закупаются за пределами Беларуси по цене 1,5—2 тыс. долл. США за тонну. После того как они отработают положенный срок, их выбрасывают. Исследователи из ИТМО разработали технологию их реактивации, то есть возврата в исходное состояние, что получается в 4—5 раз дешевле (300—400 долл. за тонну), чем приобретать новые адсорбенты. Совместно с концерном «Белэнерго» планируется организовать соответствующее производство.

У белорусских ученых много интересных разработок и изобретений в области энергосбережения. Следующими шагами в этом направлении станут совместные исследования сотрудников Института тепло- и массообмена им. А.В. Лыкова НАН Беларуси и Института ядерных исследований — ВИНЧА (Сербия), расширение сотрудничества с теплофизическими институтами НАН Украины.

Снежана МИХАЙЛОВСКАЯ

Леонид Виноградов

20

НАУКА И ИННОВАЦИИ №11(45)_2006