Перспективи когенерації та екологічні проекти АЕС

PAGE 32

Лекція № 13. Перспективи когенерації та екологічні проекти АЕС. 8 годин

Комбіноване виробництво тепла та електрики – когенерация. Розвиток електростанцій без викидів. Екологічні проекти АЕС – нові види палива і технології утилізації. Автономні джерела енергії. Трансформатори тепла і теплові насоси. Парогазові установки контактного типу. Паливні елементи як частина акумулюючих систем.

Когенерация - процесс совместной выработки электрической и тепловой энергии. Когенерация широко используется в энергетике, например на ТЭЦ (теплоэлектроцентралях), где рабочее тело после использования в выработке электроэнергии, применяется для нужд теплоснабжения. Тем самым значительно повышается КПД использования топлива.

Смысл когенерации в том, что при прямой выработке электрической энергией, создаётся возможность утилизировать попутное тепло.

Когенерационные установки широко используются в малой энергетике, мини-ТЭЦ. И для этого есть следующие причины:

Тепло используется непосредственно в месте получения, а это обходится гораздо дешевле, чем строительство и эксплуатация многокилометровых теплотрасс;

Электричество используется большей частью в месте получения, в результате, без накладных расходов поставщиков энергии, его стоимость для потребителя может быть до 5 раз дешевле, чем у энергии из сети;

Потребитель приобретает энергетическую независимость от сбоев в электроснабжении и аварий в системах теплоснабжения.

Использование когенерации наиболее выгодно для потребителей с постоянным потреблением электроэнергии и тепла. Для потребителей, у которых имеются ярко выраженные "пиковые нагрузки" (например, жилое хозяйство, ЖКХ) когенерация мало выгодна - из-за большой разницы между установленной и среднесуточной мощности окупаемость проекта значительно затягивается.

Когенерація в країнах ЄС: етапи розвитку, стан, та перспективи

Важливою тенденцією модернізації теплоенергетики в країних ЄС є впровадження ефективних теплоджерел децентралізованого теплопостачання, у тому числі на основі поновлюваних джерел енергії та різноманітних установок когенерації малої і середньої потужності (міні- та мікро-ТЕЦ). У матеріалі йде мова про основні етапи розвитку комбінованого виробництва тепла у країнах Європи, державне стимулювання когенерації та її перспективи.

Когенерация в мире

Рост когенерации в Европейском Союзе характеризуется крайним разнообразием, и в масштабах, и в сущности развития. Разнообразие объясняется различиями в истории, политических приоритетах, природных ресурсах, культуре и климате стран Союза, а также тесной связью когенерации со структурой и активностью рынка электроэнергии каждой конкретной страны. Диаграмма показывает степень развития когенерации в различных странах.

Когенерация со временем все активней и активней внедряется практически всеми развитыми и активно развивающимися странами мира. Например, в США принята программа, целью которой является удвоение к 2010 году существующих мощностей когенерации по сравнению с уровнем 1998 года. Это значит, что к концу десятилетия будет дополнительно введено приблизительно 46 ГВтэ. .(рис 1.)

Согласно Cogen Europe (Европейской Ассоциации Когенерации), доля когенерации в производстве электроэнергии будет расти. Их прогноз на 2010 год вы можете увидеть на следующей диаграмме.(рис 2.). В решении первой в Украине международной конференции «Когенерация в промышленности и коммунальной энергетике», которая прошла в октябре 2004 г., Киев, Украина и организаторами которой были Комитет Верховной Рады по вопросам топливно-энергетического комплекса, ядерной политики и ядерной безопасности, Институт технической теплофизики НАН Украины, Институт прикладных исследований в энергетике и Научно-технический союз энергетиков и электротехников Украины было отмечено, что одним из наиболее важных на правлений развития современной теплоэнергетики является соз-

дание энергогенерирующих мощностей на базе когенерационных технологий. Согласно определению, использующемуся в Европейской директиве по когенерации, термин когенерация означает одновременное производство электрической и тепловой энергии в одном процессе. В когенерационных установках обеспечивается самая высокая в теплоэнергетике эффективность полезного использования топлива - свыше 90% и, соответственно, низкая себестоимость выработанной электроэнергии, существенное снижение вредных выбросов, а также парниковых газов, радикальное снижение потерь на транспорт выработанной электроэнергии. Когенерационные установки могут использовать как традиционные ископаемые виды топлив (уголь, природный газ, мазут, уран) так и возобновляемые источники энергии (биомасса, геотермальная энергия и т.д.). Капиталовложения, необходимые на ввод 1 кВт электрогенерирующих когенерационных мощностей, составляют от 300 до 600 дол. США, а срок окупаемости 1,5-5 лет в зависимости от сложности установки, цен на энергоносители, состава оборудования. Производство энергии с использованием когенерационных технологий динамично развивается во всем мире. Во многих странах разработаны планы или стратегии развития когенерации на перспективу до 2010 г. Так, Правительства США и Великобритании планируют удвоить установленную электрическую мощность когенерационных станций; Китай стремится ежегодно вводить около 3 тис. МВт таких мощностей; Япония, Австралия, Канада имеют перечни утвержденных к строительству когенерационных проектов, реализация которых будет повышать ежегодно на 200-300 МВт когенерационных мощностей в секторах национальной энергетики. Когенерация в ЕС снижает энергопотребление на 1500 ПДж в год, что соответствует энергопотреблению Бельгии. В 1999 году доля когенерации в общем производстве энергии составляла 10%. В некоторых Европейских странах этот показатель значительно превышает среднеевропейский. Лидерами здесь являются: Дания – 50%, Голландия – 40%, Финляндия – 35%, Австрия – 28% от общего производства тепловой энергии. После принятия в ЕС директивы о Когенерации ожидается увеличение когенерационных мощностей до 18% от всех установленных электрогенерирующих мощностей в Европе в последующие 10 лет.

В настоящее время в Украине по технологии комбинированного производства генерируется около 9% электроэнергии вырабатываемой на электростанциях. 3,1 тыс. МВт электрогенерирующих мощностей установлены на промышленных ТЭЦ. Большинство ТЭЦ построены в 50-70 г.г. прошлого века имеют низкую топливную эффективность и требуют модернизации.

Украина имеет достаточно большой потенциал внедрения когенерационных технологий. Комбинированная выработка тепловой и электрической энергии в котельных теплоснабжения позволяет установить до 6 тыс. МВтэ электрогенерирующих мощностей. Еще большим потенциалом обладает промышленная теплоэнергетика - порядка 8 тыс. МВтэ. На базе газотранспортной системы Украины с помощью когенерации можно создать до 2 тыс. МВтэ новых мощностей. При замене каждых 1000 МВтэ отработавших мощностей тепловых электростанций когенерационными может быть сэкономлено до 1,5 млн. т у.т./год, снижение вредных выбросов за год составит: по СО2 - 4 млн. т., по NOХ – 2,5-3,0 тыс. т., по SO2 - 50 тыс. т., а также примерно 25 тыс. т. твердых выбросов.

Широкое внедрение когенерационных технологий позволит решить еще одну задачу - оживить отечественное энергомашиностроение. Украина обладает мощной промышленностью, способной обеспечить реализацию когенерационных технологий практически всем необходимым энергетическим оборудованием.

Для экономики Украины Закон «О комбинированном производстве электрической и тепловой энергии (когенерации) и использования сбросного энергопотенциала», принятый Верховной Радой 28.06. 2004 подавляющим большинством, имеет огромное значение.

Для ускорения развития и внедрения когенерационных технологий в Украине конференция рекомендовала:

Считать, что когенерационные технологии являются одним из наиболее приоритетных для Украины направлений развития теплоэнергетики.
Учесть потенциальные возможности Украины в области когенерации при подготовке «Энергетической стратегии Украины на период до 2030 г. и на дальнейшую перспективу (основные положения)», которая разрабатывается сейчас по заданию Президента Украины.
Создать в ближайшее время в Украине механизм, позволяющий украинским организациям участвовать в проектах совместного осуществления по продаже единиц снижения эмиссии парниковых газов в соответствии с Киотским протоколом, с целью привлечения зарубежных инвестиций для внедрения когенерационных проектов.
Разработать и принять в Украине программу развития когенерации, на государственном уровне определить агентство, государственный комитет или министерство, ответственные за ее выполнение и скоординировать его деятельность с деятельностью соответствующих организаций в Европе, принимая во внимание особенности развития когенерации в ЕС
Расширить работу по распространению информации о результатах выполнения проектов и возможности изготовления отечественными предприятиями когенерационного оборудования. Повысить уровень информированности специалистов путем проведения конференций, семинаров, тренингов, образовательных программ.

З А К О Н У К Р А Ї Н И

Про комбіноване виробництво теплової та електричної енергії (когенерацію) та використання

скидного енергопотенціалу ( Відомості Верховної Ради (ВВР), 2005, N 20, ст.278 )

Цей Закон визначає правові, економічні та організаційні засади діяльності суб'єктів відносин у сфері енергозбереження щодо використання когенераційних установок, регулює відносини, пов'язані з особливостями виробництва, передачі і постачання

електричної та теплової енергії від когенераційних установок. Метою цього Закону є створення правових засад для підвищення ефективності використання палива в процесах виробництва енергії або інших технологічних процесах, розвитку та застосування технологій комбінованого виробництва електричної і теплової енергії, підвищення надійності та безпеки енергопостачання на регіональному рівні, залучення інвестицій на створення

когенераційних установок.

Розділ I

ЗАГАЛЬНІ ПОЛОЖЕННЯ

Стаття 1. Визначення термінів

У цьому Законі терміни вживаються у такому значенні:

відпущена енергія - електрична або теплова енергія, щопостачається споживачам від когенераційної установки;

додаткове паливо - паливо, що спалюється постійно або тимчасово в продуктах згорання основного палива з метою підвищення електричної і/або теплової потужності когенераційної установки;

ефективність використання додаткового палива - відношення приросту обсягу відпущеної протягом року електричної і/або теплової енергії від когенераційної установки, обумовленого спаленням додаткового палива протягом вказаного строку, до енергії

цього додаткового палива;

кваліфікація когенераційної установки - встановлення центральним органом виконавчої влади у сфері енергозбереження відповідності умов та показників експлуатації когенераційної

установки вимогам (кваліфікаційним показникам) цього Закону;

кваліфікована когенераційна установка - когенераційна установка, умови і показники експлуатації якої відповідають вимогам цього Закону;

когенераційна установка - комплекс обладнання, що працює за способом комбінованого виробництва електричної і теплової енергії або перетворює скидний енергетичний потенціал технологічних процесів в електричну та теплову енергію;

комбіноване виробництво електричної та теплової енергії (когенерація) - спосіб одночасного виробництва електричної та теплової енергії в межах одного технологічного процесу у результаті спалення палива;

основне паливо - паливо, що забезпечує роботоздатність когенераційної установки, у тому числі скидний енергетичний потенціал технологічних процесів;

скидний енергетичний потенціал технологічних процесів - вторинні енергетичні ресурси, які можуть бути використані для виробництва електричної та теплової енергії в когенераційних установках. Перелік цих вторинних енергетичних ресурсів встановлюється центральним органом виконавчої влади у сфері енергозбереження.

Стаття 4. Особливості використання і експлуатації когенераційних установок

Використання когенераційних установок має особливості, що обумовлені такими факторами:

споживанням традиційних органічних видів палива або використанням скидного енергетичного потенціалу технологічних процесів;

можливістю застосування додаткового палива;

можливістю відпуску електричної енергії від когенераційної установки в місцеві (локальні) електричні мережі або споживанням її для власних потреб об'єкта, на якому використовується когенераційна установка;

різноманітністю енергетичних об'єктів, на базі яких споруджуються когенераційні установки;

наявністю суттєво відмінних вимог до співвідношення обсягів електричної і теплової енергії, що виробляються когенераційною установкою.

Експлуатація когенераційних установок провадиться за умов:

підтримки необхідного балансу потужності та якості електричної енергії, виробленої когенераційними установками, для забезпечення надійного функціонування енергетичної системи;

запобігання неправомірному втручанню в роботу системи протиаварійної автоматики.

Розділ II

ДЕРЖАВНА ПОЛІТИКА У СФЕРІ КОМБІНОВАНОГО ВИРОБНИЦТВА

ТЕПЛОВОЇ ТА ЕЛЕКТРИЧНОЇ ЕНЕРГІЇ

Стаття 5. Принципи державної політики у сфері використання

когенераційних установок

Державна політика у сфері використання когенераційних установок ґрунтується на засадах:

розвитку та збалансованого використання когенераційних установок у національній економіці;

сприяння перебудові діючих теплогенеруючих об'єктів в установки комбінованого виробництва електричної та теплової енергії з метою зростання ефективності використання палива та підвищення екологічної безпеки;

створення розподілених (місцевих) електрогенеруючих потужностей як умови підвищення надійності та безпеки енергопостачання на регіональному рівні;

державного регулювання відносин у цій сфері;

економічного стимулювання використання когенераційних установок на підприємствах незалежно від форми власності та галузевої належності;

забезпечення вільного доступу органів, що здійснюють державний контроль, до інформації про стан когенераційних установок та обсяги виробництва електричної і теплової енергії.

Стаття 6. Фінансування створення когенераційних установок

Фінансування розробки проектів, закупівлі технологічного обладнання та будівництва когенераційних установок здійснюється за рахунок власних і запозичених коштів підприємств, часткового використання коштів спеціальних рахунків технопарків, фізичних

осіб, у тому числі іноземних інвесторів, кредитів енергосервісних компаній, а також за рахунок коштів відповідних бюджетів.

Стаття 7. Відносини власності при створенні і використанні когенераційних установок

При створенні когенераційних установок, у тому числі на базі діючих енергетичних об'єктів у промисловості або у комунальному теплопостачанні, із залученням коштів інвестора такий інвестор може набувати права власника (співвласника) когенераційної

установки на умовах, визначених інвестиційною угодою.

Уповноваженим особам власника (співвласника), інвестора когенераційної установки надається право доступу на територію, до приміщень і обладнання (устаткування) енергетичних об'єктів для спорудження та технічного обслуговування когенераційної установки

на умовах, визначених інвестиційною угодою.

Власникам (співвласникам), інвесторам когенераційної установки надається відповідно до Земельного кодексу України (2768-14) право користування земельною ділянкою, на якій розташовується когенераційна установка, у тому числі в охоронній

зоні з обмеженнями (обтяженнями) відповідно до закону або договору.

Власник когенераційної установки вирішує питання використання когенераційної установки на власний розсуд, а співвласники – за відповідною угодою, з урахуванням обмежень, передбачених законом.

Розділ III ДЕРЖАВНЕ РЕГУЛЮВАННЯ ТА СТИМУЛЮВАННЯ

У СФЕРІ ВИКОРИСТАННЯ КОГЕНЕРАЦІЙНИХ УСТАНОВОК

Стаття 8. Державне регулювання у сфері використання когенераційних установок

Державне регулювання у сфері використання когенераційних установок здійснюють центральний орган виконавчої влади у сфері енергозбереження, Національна комісія регулювання електроенергетики України та інші уповноважені Кабінетом Міністрів України органи виконавчої влади у відповідних сферах діяльності в порядку, визначеному законодавством України.

Державне регулювання у сфері використання когенераційних установок здійснюється шляхом:

проведення кваліфікації когенераційних установок;

ліцензування господарської діяльності з комбінованого виробництва теплової і електричної енергії;

встановлення тарифів на електричну та теплову енергію, що виробляються когенераційними установками;

надання дозволів на встановлення або спорудження когенераційних установок на базі існуючих енергетичних об'єктів;

нагляду та контролю за безпечним виконанням робіт при будівництві чи реконструкції когенераційних установок.

Видачу ліцензій і встановлення тарифів на електричну та теплову енергію, що виробляються когенераційними установками, здійснює Національна комісія регулювання електроенергетики України.

Стаття 9. Державне стимулювання створення і використання когенераційних установок

Власникам когенераційних установок незалежно від встановленої електричної потужності надається право безперешкодного доступу до місцевих (локальних) електричних мереж та продажу виробленої електричної енергії окремим споживачам за договорами, включаючи

право постачати споживачу електричну енергію в години доби найбільшого або середнього навантаження електричної мережі (пікові та напівпікові періоди доби) одночасно (додатково) з основним постачальником електричної енергії.

Власникам кваліфікованих когенераційних установок у встановленому законодавством України порядку нарівні з іншими суб'єктами підприємницької діяльності з виробництва та постачання електричної енергії надається право продажу всього обсягу або частини виробленої ними електричної енергії в Оптовий ринок електричної енергії України, місцевим енергопостачальним організаціям, до електричних мереж яких приєднані когенераційні установки, а також за договорами зі споживачами по всій території

України незалежно від електричної потужності когенераційної установки за тарифами, встановленими Національною комісією регулювання електроенергетики України.

Стаття 10. Когенерація в комунальному теплопостачанні

Умови господарювання підприємств комунального теплопостачання, визначені нормативно-правовими актами, зберігаються у разі модернізації цих підприємств на основі використання когенераційних установок та поширюються на суб'єктів господарювання, які забезпечують тепловою енергією населення та об'єкти соціальної сфери від окремо споруджених когенераційних установок.

Розділ IV. ОРГАНІЗАЦІЙНЕ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ДІЯЛЬНОСТІ У СФЕРІ ВИКОРИСТАННЯ КОГЕНЕРАЦІЙНИХ УСТАНОВОК

Стаття 11. Кваліфікація когенераційних установок

Когенераційні установки, які відпускають частину або весь обсяг виробленої електричної енергії споживачам, крім потреб власного споживання, можуть бути визнані як кваліфіко-вані, якщо вони відповідають кваліфікаційним показникам однієї з двох таких умов:

1) як основне паливо використовується скидний енергетичний потенціал технологічних процесів; для таких установок виробництво теплової енергії не є обов'язковим.

Якщо застосовується додаткове паливо, то ефективність використання додаткового палива протягом одного року з дня введення в експлуатацію цієї установки і кожних наступних 12 місяців повинна бути не меншою 42 відсотків.

У разі, якщо спалення додаткового палива застосовується для підтримання проектної електричної потужності когенераційної установки при тимчасовому зменшенні теплової потужності скидного енергетичного потенціалу стосовно його значення, прийнятого у

технічному проекті когенераційної установки, обсяг витрат додаткового палива повинен бути узгоджений з центральним органом виконавчої влади у сфері енергозбереження;

2) як основне паливо використовується традиційне (органічне) паливо, при цьому обсяг відпущеної теплової енергії повинен бутине менше 10 відсотків від загального виробництва електричної ітеплової енергії протягом одного року з дня її введення в експлуатацію і протягом кожних наступних 12 місяців; протягом вказаного строку обсяг відпущеної електричної та теплової енергії по відношенню до енергії основного та додаткового палива повинен становити не менше 42 відсотків.

Кваліфікацію когенераційних установок здійснює центральний орган виконавчої влади у сфері енергозбереження у порядку,затвердженому Кабінетом Міністрів України. Строк дії кваліфікації становить один рік. Кваліфікація когенераційної установки, яка вперше введена в експлуатацію, провадиться за проектними даними та результатами випробувань когенераційної установки на експлуатаційних режимах. Кваліфікація когенераційної установки на кожний наступний рік після спливу строку її попередньої кваліфікації здійснюється за фактичними показниками експлуатації когенераційної установки за попередні 12 місяців.

Стаття 12. Особливості приєднання когенераційних установок до електро- і тепломереж

Технічні умови на приєднання когенераційних установок до електричної і/або теплової мережі надаються її власником у порядку, встановленому нормативними актами, не пізніше 15 днів з дня отримання відповідного запиту. Приєднання здійснюється згідно

з договором про приєднання, невід'ємним додатком до якого є технічні умови.

У разі, коли в технічних умовах передбачається проведення реконструкції або модерні-зації розподільчих електричних мереж або технологічного обладнання власника електричної мережі, пов'язаних з приєднанням когенераційної установки, власник когенераційної

установки має право звернутися до Національної комісії регулювання електроенергетики України за експертним висновком щодо технічної обґрунтованості технічних вимог на приєднання, обсягу робіт.

Власник електричної мережі зобов'язаний підключити когенераційну установку до своєї електричної мережі у порядку, встановленому нормативними актами, за умови виконання договору на приєднання та після затвердження акта технічної комісії про

готовність когенераційної установки до прийняття в експлуатацію.

Правила приєднання когенераційних установок до електричної мережі встановлює Національна комісія регулювання електроенергетики України.

У разі, коли в технічних умовах передбачається проведення реконструкції або модерні-зації теплових мереж або технологічного обладнання власника теплової мережі, пов'яза-них з приєднанням когенераційної установки, власник когенераційної установки має Пра-во звернутися до центрального органу виконавчої влади у сфері теплопостачання за експертним висновком щодо технічної обґрунтованості технічних вимог на приєднання, обсягу робіт.

Власник теплової мережі зобов'язаний підключити когенераційну установку до своєї теплової мережі у порядку, встановленому нормативними актами, за умови виконання договору на приєднання та після затвердження акта технічної комісії про готовність

когенераційної установки до прийняття в експлуатацію.

Правила приєднання когенераційних установок до теплової мережі встановлює центральний орган виконавчої влади у сфері теплопостачання.

Стаття 13. Державний нагляд у сфері використання когенераційних установок

Державний нагляд у сфері використання когенераційних установок здійснюють центральний орган виконавчої влади у сфері енергозбереження та інші уповноважені Кабінетом Міністрів України органи виконавчої влади у відповідних сферах діяльності. Україна бере участь у міжнародному співробітництві у сфері комбінованого виробництва теплової і електричної енергії та використання вторинних енергетичних ресурсів відповідно до

законодавства України та міжнародних договорів України.

Обычный (традиционный) способ получения электричества и тепла заключается в их раздельной генерации (электростанция и котельная). При этом значительная часть энергии первичного топлива не используется. Можно значительно уменьшить общее потребление топлива путем применения когенерации (совместного производства электроэнергии и тепла).
Когенерация есть термодинамическое производство двух или более форм полезной энергии из единственного первичного источника энергии.
Две наиболее используемые формы энергии - механическая и тепловая. Механическая энергия обычно используется для вращения электрогенератора. Вот почему именно следующее определение часто используется в литературе (несмотря на свою ограниченность).
Когенерация есть комбинированное производство электрической (или механической) и тепловой энергии из одного и того же первичного источника энергии.
Произведенная механическая энергия также может использоваться для поддержания работы вспомогательного оборудования, такого как компрессоры и насосы. Тепловая энергия может использоваться как для отопления, так и для охлаждения. Холод производится абсорбционным модулем, который может функционировать благодаря горячей воде, пару или горячим газам.
При эксплуатации традиционных (паровых) электростанций, в связи с технологическими особенностями процесса генерации энергии, большое количество выработанного тепла сбрасывается в атмосферу через конденсаторы пара, градирни и т.п. Большая часть этого тепла может быть утилизирована и использована для удовлетворения тепловых потребностей, это повышает эффективность с 30-50% для электростанции до 80-90% в системах когенерации. Сравнение между когенерацией и раздельным производством электричества и тепла приводится в таблице 1, основанной на типичных значениях КПД.
Исследования, разработки и проекты, реализованные в течение последних 25 лет, привели к существенному усовершенствованию технологии, которая теперь действительно является зрелой и надежной. Уровень распространения когенерации в мире позволяет утверждать, что это наиболее эффективная (из существующх) технология энергообеспечения для огромной части потенциальных потребителей.

Таблица 1

Преимущества технологии

Технология когенерации действительно одна из ведущих в мире. Что интересно, она прекрасно сочетает такие положительные характеристики, которые недавно считались практически несовместимыми. Наиболее важными чертами следует признать высочайшую эффективность использования топлива, более чем удовлетворительные экологические параметры, а также автономность систем когенерации.
Технология, которой посвящен данный ресурс, не просто "комбинированное производство электрической (или механической) и тепловой энергии", - это уникальная концепция, сочетающая преимущества когенерации, распределенной энергетики и оптимизации энергопотребления.
Следует заметить, что качественная реализация проекта требует наличия специфических знаний и опыта, иначе значительная часть преимуществ наверняка будет потеряна. К сожалению, в России очень мало компаний, которые действительно обладают необходимой информацией и могут грамотно реализовать подобные проекты.
Выгоды от использования систем когенерации условно делятся на четыре группы, тесно связанные друг с другом.

Преимущества надежности

Когенерация - фактически идеальная форма обеспечения энергией с точки зрения безопасности энергоснабжения.
Развитие современных технологий усиливает зависимость человеческой деятельности от энергоснабжения во всех областях: и в доме, и на работе, и на отдыхе. Непосредственная зависимость человеческой жизни от бесперебойного энергоснабжения растёт на транспорте (начиная с лифтов и заканчивая системами обеспечения безопасности на скоростных железнодорожных магистралях) и в медицине, полагающейся сегодня на сложные и дорогие приборы, а не только на стетоскоп и ланцет.
Повсеместное распространение компьютеров только повышает требования к энергоснабжению. Не только "количество", но и "качество" электроэнергии становятся критичными для банков, телекоммуникационных или промышленных компаний. Скачок или сбой напряжения могут повлечь сегодня не просто остановку или порчу машины, но и потерю информации, восстановление которой иногда несравнимо сложнее ремонта оборудования.

Требования к энергоснабжению формулируются просто - надёжность, постоянство. И для многих становится ясно, что на сегодня единственный путь иметь продукт высшего качества - произвести его самому. Военные во всём мире знают это давно, промышленники уже пришли к таким решениям, а семьи и предприятия малого бизнеса начали осознавать преимущества владения электрогенераторами и тепловыми котлами только сейчас. Кризис сложившейся монополизированной энергетической инфраструктуры и начавшаяся либерализация энергетических рынков одновременно и увеличивают степень неопределённости будущего, и привлекают открывающимися возможностями для бизнеса. И тот и другой фактор увеличивают спрос потребителей энергии на собственные генерирующие мощности.
В случае использования системы когенерации потребитель застрахован от перебоев в централизованном энергоснабжении, время от времени возникающих либо вследствие крайнего износа основных фондов в электроэнергетике, либо природных катаклизмов или других непредвиденных причин. У него, скорее всего, не возникнет организационных, финансовых или технических трудностей при росте мощностей предприятия, поскольку не понадобится прокладка новых линий электропередач, строительство новых трансформаторных подстанций, перекладка теплотрасс и т. д. Более того, вновь приобретенные когенераторы встраиваются в уже существующую систему.
Расположение Энергоцентра в непосредственной близости от потребителя подразумевает то, что Энергоцентр находится в зоне безопасности конкретного предприятия, и энергоснабжение зависит только от потребителя.
Распределенные (автономные) источники энергии, подобные системам когенерации, снижают уязвимость инфраструктуры энергетики. Станции когенерации, рассеянные по Европе и Америке, менее уязвимы к естественному и умышленному разрушению, чем крупные центральные электростанции. Когенерация в основном работает на природном газе и других "бытовых" видах топлива, то есть не требует экстраординарных мер по обеспечению топливом.
Когенерация повышает надежность энергоснабжения сооружений - это существенное преимущество в условиях меняющегося рынка энергии и высокотехнологичного общества. Высоконадежное электроснабжение критически важно для большинства компаний, работающих в информационной, производственной, исследовательской областях, сфере безопасности и т.д.
Сооружения подобно информационным центрам требуют "6 девяток" или 99,9999% вероятности бесперебойной подачи электроэнергии. Распределительные электросети обеспечивают только 4 девятки или 99,99% вероятности - недостаточная вероятность для компании, которая теряет миллион долларов в минуту при сбоях электропитания. Автономная энергетика обеспечивает основное электроснабжение, а сети используются в качестве резерва.
Когенерация может гарантировать широко известные "6 девяток" надежности электроснабжения цифровым системам, также как обеспечить охлаждение высокотехнологичного оборудования. Компьютерные микросхемы, действующие в промышленных процессах, сетях связи, Интернет-коммуникациях и финансовых сделках, могут, при потере питания, сохранять информацию только в течение 8 миллисекунд.
Система когенерации не представляет желаемой цели для потенциальных террористов, в отличии от, например, атомной электростанции.

Экономические преимущества

Когенерация предлагает превосходный механизм экономического стимулирования.
Высокие затраты на энергию могут быть уменьшены в несколько раз.
Например, при качественной реализации проекта, система когенерации может вырабатывать энергию, себестоимость которой в 7 раз меньше, чем ее же стоимость у "АО-энерго".
Уменьшение доли энергии в себестоимости продукции позволяет существенно увеличить конкурентоспособность продукта.
В России доля энергии в себестоимости продукта колеблется от 10% до 70%, что в 5-10 раз выше мирового уровня.
В себестоимости продукции химической промышленности на энергию приходится порядка 70%.
В металлургии - до 27%.
Темпы роста тарифов на энергию превышают темпы роста цен на продукцию большинства отраслей хозяйства. Это явилось одной из важнейших причин увеличения удельного веса затрат на энергию в себестоимости продукции. Как показал проведенный анализ деятельности ряда предприятий машиностроительного комплекса, доля затрат на электрическую и тепловую энергию в себестоимости продукции выросла с 1-2% в 1990 году до 16-20% в 1999 году. Аналогичная тенденция наблюдается и на предприятиях легкой промышленности, где проведенное обследование позволило установить увеличение доли затрат на электрическую и тепловую энергию в себестоимости продукции с 8-9% в 1995 году до 17-19% в 1999 году.
Особо следует подчеркнуть, что при уменьшении выпуска промышленной продукции в 3-4 раза потребление энергии на предприятиях сократилось всего лишь в 1,5-2 раза. Использование в производстве морально и физически устаревшего оборудования, объясняемое, прежде всего, отсутствием у большинства промышленных предприятий средств на его замену или модернизацию, приводит к нерациональному расходу энергетических ресурсов и лишь усугубляет ситуацию.
Некачественное электроснабжение - главный фактор замедления экономического роста. Когенерация является практически самым оптимальным вариантом обеспечения надежности снабжения электричесткой энергией.
Энергозависимая экономика требует все больше и больше энергии для работы и развития. При традиционном энергобеспечении возникнает множество организационных, финансовых и технических трудностей при росте мощностей предприятия, поскольку часто необходимы прокладка новых линий электропередач, строительство новых трансформаторных подстанций, перекладка теплотрасс и т.д.

В то же время, когенерация предлагает крайне гибкие и быстрые в плане наращивания мощностей решения. Наращивание мощностей может осуществляться как малыми, так и достаточно большими долями. Этим поддерживается точная взаимосвязь между генерацией и потреблением энергии. Таким образом, обеспечиваются все энергетические нужды, которые всегда сопровождают экономический рост.
Стоимость прокладки энергокоммуникаций и подключение к сетям могут вылиться в сумму, сравнимую или превосходящую стоимость проекта когенерации.
Большая часть территории страны (по различным оценкам от 50 до 70%) располагается вне зоны действия централизованных электрических сетей.
Природоохранные ограничения, стоимость земли и воды, государственное регулирование - есть тысячи препятствий для энергокомпании, решившей построить новую мощную электростанцию.
Топливом является газ, его преимуществом является относительная дешевизна, мобильность и доступность.
Когенерация позволяет воздержаться от бесполезных и экономически неэффективных затрат на средства передачи энергии, к тому же исключаются потери при транспортировке энергии, так как энергогенерирующее оборудование установлено в непосредственной близости от потребителя.
Еще в 1962 году советскими учеными было отмечено, что передача газа по газопроводам в 10-12 раз экономичнее передачи электрической энергии по высоковольтным линиям электропередачи.
Нормативные потери в теплосетях - 5%, а реальные, в среднем, - 12-16% от передаваемой тепловой энергии
С развитием реформ и принятием соответствующих законов возникает привлекательное использование распределённых генераторов - превращение миллионов частных домов, офисных зданий и предприятий в производителей и продавцов электроэнергии. Реализация этой "программы-максимум" позволяет не только рассчитывать на включение собственного генератора в случае аварии или перегрузки местной электрической сети, но и следить за разницей цен на газ и электричество и играть на этой разнице, получившей название "искровой маржи" (spark spread), или просто продавать энергию в периоды пиковых нагрузок и высоких цен. Чем ближе создание рынка электроэнергии с изменяющимися в реальном времени ценами, тем привлекательнее становится такой "дополнительный" бизнес, способный при некоторых условиях стать даже прибыльнее основного.
Значительное и быстрое снижение эмиссий вредных веществ приносит существенную пользу не только в экологическом контексте. Также имеет место моральное и экономическое удовлетворение подобных усилий: снижение или полное избавление от штрафов, гранты, налоговые льготы, снятие многих экологических ограничений.
Существует несметное количество экономических выгод когенерации, к сожалению, часть этого потенциала остается незамеченной конечными пользователями, промышленностью, бизнесом и властью или не реализованной компаниями-исполнителями.

Когенерация уменьшает затраты на топливо/энергию - КПД производства энергии из первичного топлива увеличивается в 2-3 раза, потребители сокращают затраты на топливо на две трети и получают возможность эффективного применения утилизируемого тепла (сушка, охлаждение, кондиционирование и т.д.).
Когенерация оптимизирует потребление природного газа - снижаются затраты на приобретение газа, требования к газовой инфраструктуре и беспокойство касательно запасов газа.
Когенерация снижает потребности в новых линиях электропередач - позволяет избежать строительства дорогостоящих и опасных высоковольтных линий над частной собственностью, экологического противоборства. Распределенная энергетика в будущем могла бы уменьшить капитальные вложения и уменьшить стоимость новой энергии . С когенерационными системами, расположенными в непосредственной близости от потребителя, исключаются потери энергии. Величины потерь нынешних сетей лежат в пределах от 5 до 20% суммарной мощности.

Когенерация - это технология комбинированной выработки энергии, позволяющая резко увеличить экономическую эффективность использования топлива, так как при этом в одном процессе производятся два вида энергии — электрическая и тепловая. Наибольший экономический эффект когенерации может быть достигнут при полном использовании обоих видов энергии. В этом случае бросовая энергия (тепло выхлопных газов и систем охлаждения агрегатов, приводящих в движение электрогенераторы, или излишнее давление в трубопроводах) может быть использована по целевому назначению. Причем система утилизации тепла для каждой конкретной ТЭС подбирается индивидуально и может включать в себя как система утилизации только выхлопных газов, так и комплексную систему утилизации бросового тепла со всей генерирующей установки. Общий КПД ТЭС при применении когенерации возрастает примерно в 2 раза c 37-40% до 75-80%.

Когенерація:
Технологія комбінованого отримання електроенергії і тепла
Когенерація дозволяє з високою ефективністю використовувати первинне джерело енергії - горючий газ, для отримання двох форм корисної енергії - теплової та електричної.
Головна перевага когенератора, перед звичайними теплоелектростанціями, полягає в тому, що перетворення енергії тут відбувається з більшою ефективністю:
> Система когенерації дозволяє використовувати те тепло, яке зазвичай просто губиться, а ми за нього змушені сплачувати у складі тарифу!

Компанія Jenbacher входить до складу General Electric і випускає газопоршневі двигуни більш 40 років, будучи найпередовішою в світі за технологічним розробкам знергетіческого устаткування подібного роду.

На їх базі мотор-генератори фірми виробляють електроенергію , як постійні джерела електроживлення, за ціною не дорожче 22 коп. за кВт електроенергії.

При використанні разом з теплообмінною системою, що забезпечує додатково економію на вартості теплоенергії, загальна вартість одержуваної від установки енергії виходить не дорожче 14 коп. за кВт (розрахунки проводилися при вартості газу 686 грн. за 1ООкуб м).

При використанні біогазу вартість енергії знижується ще, як мінімум на чверть. При цьому підприємство стає енергонезалежним від монополістів енергетичного ринку!

Когенератор складається з газового двигуна, електрогенератора, системи відбору тепла і системи управління. Тепло відбирається з газовихлопу, масляного холодильника і охолоджуючої рідини двигуна.

При цьому в середньому на 100 кВт електричної потужності споживач отримує 110-160 кВт теплової потужності у вигляді гарячої води (90 ° С-120 ° С) для опалення та гарячого водопостачання. Обов'язкових вимог з опріснення води не пред'являти.

Трігенератор має додатковий блок перетворювача тепла в холод, завдяки чому можна в теплий період року мати холодильну установку або систему промислового кондиціонування.

Вартість встановленого під ключ когенераційного обладнання орієнтовно становить від $600 за 1 кВт.

Когенератори успішно покривають потребу споживачів у дешевій електричній і тепловій енергії.

Як паливо використовуються різні гази: природний, рудничний, попутний, піролізний, коксовий, факельний газ, біогаз, гази хімічної промисловості, сміттєвих звалищ і стічних вод.

Випускаємі компанією високотехнологічні ТЕЦ Jenbacher призначені для тривалої роботи в стаціонарних умовах, мають високий ККД, з великим терміном служби - 180 000 мотогодин і високою надійністю.

Можуть працювати і як самостійні джерела, так і паралельно з електромережею.

Мала токсичність відпрацьованих газів є ще однією перевагою зтой системи.

Когенерация

Основным элементом комбинированного источника электроэнергии и тепла, в дальнейшем когенератора (конгенерационной установки, мини-ТЭЦ), является первичный газовый двигатель внутреннего сгорания с электрогенератором на валу. При работе двигатель-генератора утилизируется тепло газовыхлопа, масляного холодильника и охлаждающей жидкости двигателя. При этом в среднем на 100 кВт электрической мощности потребитель получает 150-160 кВт тепловой мощности в виде горячей воды 90 С для отопления и горячего водоснабжения.

Таким образом, когенерация удовлетворяет потребности объекта в электроэнергии и низкопотенциальном тепле. Главное ее преимущество перед обычными системами состоит в том, что преобразование энергии здесь происходит с большей эффективностью, чем достигается существенное сокращение расходов на производство единицы энергии.

Основные условия для успешного применения когенерационной технологии:

При использовании конгенерационной установки (мини-ТЭЦ) в качестве основного источника энергии, то есть при загрузке 365 дней в году, исключая время на плановое обслуживание.

При максимальном приближении конгенерационной установки (мини-ТЭЦ) к потребителю тепла и электроэнергии, в этом случае достигаются минимальные потери при транспортировке энергии.

При использовании наиболее дешевого первичного топлива — природного газа.

Наибольший эффект применения конгенерационной установки (мини-ТЭЦ) достигается при работе последнего параллельно с внешней сетью. При этом возможна продажа излишков электроэнергии, например, в ночное время, а также при прохождении часов утреннего и вечернего максимумов электрической нагрузки. По такому принципу работают 90% когенераторов в странах Запада.

Сферы применения когенерационных установок (Мини-ТЭЦ)

Максимальный эффект применения когенераторов достигается на следующих городских объектах:

Собственные нужды котельных (от 50 до 600 кВт). При реновации котельных, а также при новом строительстве источников тепловой энергии крайне важным является надежность электроснабжения собственных нужд теплоисточника. Применение газового когенератора (газопоршневого агрегата) оправдано здесь тем, что он является надежным независимым источником электроэнергии, а сброс тепловой энергии когенератора обеспечен в нагрузку теплоисточника.

Больничные комплексы (от 600 до 5000 кВт). Эти комплексы являются потребителями электроэнергии и тепла. Наличие в составе больничного комплекса когенератора дает двойной эффект: снижение расходов на энергообеспечение и повышение надежности электроснабжения ответственных потребителей больницы — операционного блока и блока реанимации за счет ввода независимого источника электроэнергии.

Спортивные сооружения (от 1000 до 9000 кВт). Это, прежде всего, бассейны и аквапарки, где востребованы и электроэнергия, и тепло. В этом случае конгенерационная установка (мини-ТЭЦ) покрывает потребности в электроэнергии, а тепло сбрасывает на поддержание температуры воды.

Электро- и теплоснабжение объектов строительства в центре города (от 300 до 5000 кВт). С этой проблемой встречаются компании, ведущие реновацию старых городских кварталов. Стоимость подключения реновируемых объектов к инженерным сетям города в ряде случаев соизмерима с объемом инвестиций в собственный когенерационный источник, однако в последнем случае собственником источника остается компания, что приносит ей дополнительную прибыль при эксплуатации жилого комплекса.

Когенерационные системы классифицируются по типам основного двигателя и генератора:

паровые турбины, газовые турбины;
поршневые двигатели;
микротурбины.

Наибольшим преимуществом пользуются поршневые двигатели, работающие на газе. Они отличаются высокой производительностью, относительно низким объемом начальных инвестиций, широким выбором моделей по выходной мощности, возможностью работы в автономном режиме, быстрым запуском, использование различных видов топлива.

Давний сторонник и проектировщик электростанций без выбросов - доктор Клаус Лакнер был взволнован заявлением президента США - Джорджа Буша о том, что Соединенные Штаты будут спонсировать в объеме 1 миллиарда долларов 10-летний проект по созданию первой в мире электростанции, работающей на угле и водороде, которая не будет иметь вообще вредных выбросов в атмосферу.

"Я потратил десять лет, исследуя потребность, выполнимость и технологию создания таких предприятий, которые бы не выбрасывали углекислый газ в атмосферу. Заявление Белого дома - главный шаг в правильном направлении, но мы не должны ограничить это лишь усовершенствованиями существующих технологий", говорит Лакнер. "Я предложу, чтобы промышленность и исследования были направлены на развитие сверхэффективных электростанций без выбросов, которые комбинировали бы в себе и технологии потребления углеводородного топлива, и технологии работы на водороде с безопасной и постоянной переработкой углекислого газа. Это большая возможность разработать источники выработки электроэнергии от почти неистощимых и низких по стоимости ресурсов, и обеспечить этой энергией весь мир в течение нескольких поколений.

В противном случае, предупреждает Лакнер, мир очень быстро придет к исчерпанию запасов углеводородов в течение 50 лет. По его мнению, мир также не может позволить себе, чтобы в дальнейшем снова вернуться к потреблению каменного угля, и новые технологии будут радикально отличаться от сегодняшних.

Переход к использованию водорода позволит получать больше энергии, чем при потреблении каменного угля и углеводородов. Между тем, эти же самые виды топлива (типа угля и природного газа) – идеальное и дешевое сырье, чтобы из него производить большие объемы водорода. Однако простого использования водорода не достаточно, поскольку переход на чистый водород вероятно только ухудшил бы парниковый эффект на планете, а не уменьшил бы последствия от выбросов углекислого газа.

Поэтому Лакнер исследовал новые технологии, которые могли бы на выходе собирать и перерабатывать весь углекислый газ. Эти подходы, согласно Лакнеру, сделали бы использование электроэнергии на каменном угле жизнеспособными в течение по крайней мере ближайшего столетия.

В настоящее время отлажены технологии отбора углекислого газа непосредственно из воздуха. Работают они таким образом, что когда ветер несет воздух по поглотителю, тот адсорбирует углекислый газ. Затем из этого газа производится известняк.

По разным оценкам, стоимость заманивания в ловушки углекислого газа из воздуха могла бы в конечном счете быть меньше, чем 25 центов за галлон газа, с потенциалом удешевления этих технологий в будущем.

Переработка углекислого газа непосредственно от электростанций еще проще, поскольку отлавливать ничего не нужно, а достаточно направить газ из труб, выходящих в атмосферу, прямо на переработку.

Бактерии способны превращать углекислый газ в топливо

Ученые сумели заставить генетически модифицированные бактерии с высокой эффективностью производить исходный компонент для создания перспективного жидкого топлива из поглощаемого ими углекислого газа, и полагают, что разработка может использоваться как один из альтернативных источников энергии, сообщается в статье исследователей, опубликованной в журнале Nature Biotechnology.

Принцип использования бактерий в качестве организмов, перерабатывающих вредные вещества или отходы производства в полезные компоненты, осваивается учеными уже очень давно. Однако, все попытки использовать бактерии для переработки парникового газа СО2 в водород, метан или этанол, являющиеся различными типами источников энергии, до сих пор терпели неудачу. Главным образом из-за того, что ученым не удавалось получить штаммы бактерий, работающие с достаточной эффективностью, поясняет РИА "Новости".

В своей новой работе ученые из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе под руководством Джеймса Ляо сумели с помощью генетической модификации "научить" бактерии производить довольно сложное органическое соединение - изобутиральдегид - которое является сырьем для производства важных химических веществ, в том числе и изобутанола, считающегося перспективным высокоэнергетическим углеводородным топливом.

При этом, исходным компонентом для производства микроорганизмами полезного продукта является парниковый газ СО2. Ученые использовали бактерии Synechococcus elongates, которым внедрили четыре дополнительных гена, позаимствованных у бактерий L. lactis, B. subtilis и E. coli. Эти гены производят ферменты, которые изменяют метаболизм S. elongates таким образом, что бактерии из обычных микроорганизмов превращаются в микроскопические фабрики по выработке изобутиральдегида.

Отличием процесса, разработанного командой Ляо, от предшественников является то, что бактерии производят изобутиральдегид в 10 раз эффективнее, чем лучшие их штаммы вырабатывают водород и в 100 раз эффективнее, чем этанол. Кроме того, в процессе синтеза бактериями бутиральдегида, тот быстро испаряется из жидкостной среды, в которой живут бактерии, а потому не вредит им. После этого целевой компонент собирается в специальной емкости и сжижается под небольшим давлением.

Одной из основных задач для ученых, которые намерены довести свою разработку до промышленного применения, является перенесение биологического синтеза бутиральдегида бактериями из лабораторных условий в установки коммерчески приемлемого масштаба.

Мысль об искусственном дереве обычно рождает воспоминания о Рождественской елки. Но вот новшество, выходящее за рамки наших представлений: ученые в университете Колумбии разрабатывают структуру, которая может переработать углерод в 1 000 раз быстрее, чем реальное дерево.

Обрабатывающая углерод структура больше походит на цилиндр чем высокое Красное дерево.(Global Research Technologies)

Клаус Лэкнер, профессор геофизики в университете, работал над проектом с 1998 г. он доволтно оптимистически настроен на счет использования идеи в ближайшем будущем.

Современное развитие электростанций, работающих на угле уменьшило углеродистую эмиссию, но Лэкнер пытается найти другое назначение. "Дерево" использовалось бы, чтобы "ловить" углерод, который был уже выпущен в воздух выхлопами автомобилей или самолетов.

В отличие от настоящего, синтетическое "дерево" не нуждается в прямом солнечном свете, воде, стволе, или ветвях, чтобы функционировать, поскольку это больше походит на цилиндр чем высокое Красное дерево. Концепция, как говорит Лэкнер, гибка в размерах и может быть помещена почти куда угодно, работает, собирая углекислый газ на сорбенте, чища и герметизируя газ, и выпуская его. Сорбент собирает углекислый газ по принципу губки, впитывающей воду. Каждое синтетическое дерево поглотило бы одну тонну углекислого газа в день, устраняя количество газового эквивалента произведенного 20 автомобилями. Лэкнер является также соучредителем и председателем Tuscon, Ariz.- основал Global Research Technologies, которая работает над технологией. Хотя перспектива этого является захватывающей, производство структуры было бы дорогим удовольствием, поскольку каждая единица будет стоить приблизительно 30 000$.

На дорогах в Соединенных Штатах двигаются 135 932 930 автомобилей, согласно американскому Министерству транспорта. Чтобы возместить их объединенную эмиссию, мы нуждались бы приблизительно в 6.8 миллионах из этих "деревьев". Учитывая текущую экономику, Соединенные Штаты, со своей стороны, вероятно не могут позволить себе это - по крайней мере, только через некоторое время. Тем не менее, Лэкнер и его команда двигают проект в полную силу. И он уже встретился с американским Министром энергетики Стивеном Чу, чтобы обсудить концепцию, которая, по словам Лэкнера, будет прототипом в течение трех лет. Он также направляет предложение о Министерстве энергетики, стараясь поднять внимание для концепции, которая, как он объясняет, в несколько сотен раз более эффективно, чем традиционная ветряная мельница.

На борьбу с изменением климата отправят "искусственные деревья"
В Великобритании придумали необычный способ борьбы с изменением климата на планете. Как известно, основное негативное влияние на экологию оказывают выбросы парниковых газов. Соответственно, уменьшив содержание углекислого газа можно снизить негативное воздействие на экологию Земли. Британские ученые считают, что помогут в этом "искусственные деревья". "Искусственные деревья" - это такие конструкции, которые смогут составить альтернативу естественному лесному массиву и ничуть не уступающие по качеству очистки воздуха. Через импровизированные "листья" эти "деревья" буду собирать углекислый газ, а затем его перерабатывать. Принцип работы таких установок будет схож с тем, который применяется для создания систем кондиционирования. Однако эффективность очищения атмосферы с помощью таких "лесов" будет значительно выше, утверждают ученые. "Высаживать" такие "деревья" планируется по обочинам автомагистралей, а также вблизи различных заводов и фабрик. По подсчетам ученых, 100 тыс "искусственных деревьев", размещенных на 600 га площади, хватит для поглощения вредных веществ, выделяемых британской транспортной и легкой промышленностью, а также жилыми домами. Для "очищения" всего мира потребуется 5 млн таких конструкций, уверяют британские специалисты. Отметим, что стоимость одной установки "искусственного дерева" составляет около 20 тысяч долларов.

Британские ученые разработали новый метод снижения негативного воздействия глобального потепления на экологию Земли. Выиграть время в противостоянии с этим явлением помогут "искусственные деревья" и водоросли.
Наиболее многообещающим проектом, по оценкам специалистов, является создание своеобразной альтернативы лесному массиву нашей планеты - "искусственных деревьев". Эти конструкции, по виду напоминающие гигантские мухобойки, можно расположить по обочинам автомагистралей, а также вблизи различных заводов и фабрик. Через импровизированные "листья" эти "деревья" буду собирать углекислый газ, а затем его перерабатывать. Принцип работы таких установок будет схож с тем, который применяется для создания систем кондиционирования. Однако эффективность очищения атмосферы с помощью таких "лесов" будет значительно выше, утверждают ученые.
Так, 100 тыс "искусственных деревьев", размещенных на 600 га площади, хватит для поглощения вредных веществ, выделяемых британской транспортной и легкой промышленностью, а также жилыми домами. Для "очищения" всего мира потребуется 5 млн таких конструкций, уверяют британские специалисты.
На создание одного "дерева" потребуется порядка 20 тыс долл, уровень вредных веществ, которые выделятся в процессе строительства и обслуживания конструкций составит не более 5 проц от объема углекислого газа, который "дерево" поглотит за свою жизнь.
Выращивание водорослей в домах и офисах, а также высаживание их по фасаду зданий также поможет уменьшить количество углекислого газа в атмосфере. Ученые предлагают использовать водоросли также как топливо для фото-биореакторов.

В качестве прототипа Нижегородской АЭС определена строящаяся Нововоронежская АЭС-2 (проект «АЭС-2006»).

«АЭС-2006» - эволюционный проект, разработанный в развитие проекта АЭС с реакторными установками ВВЭР-1000, которые наработали более 130 реакторо-лет и успешно эксплуатируются, в том числе на Калининской АЭС (блоки 1-3), Ростовской АЭС (блок 1). При его разработке были учтены требования современных российских нормативных документов по безопасности, а также рекомендации Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ) и норм Европейского сообщества (EUR). Широко применены пассивные системы безопасности, не требующие электропитания для функционирования, предусмотрена двойная защитная оболочка. Ресурс основного оборудования - 60 лет. Проект ориентирован на отечественное оборудование, устойчив к внутренним и внешним воздействиям.

Показатели радиационной безопасности населения и персонала станции проекта «АЭС-2006» соответствуют требованиям российских и международных норм за счет организации физических барьеров на пути возможного распространения радиоактивных веществ и излучения и поддержании их в состоянии постоянной готовности; системы локализации источников радиационного воздействия.

Граница санитарно-защитной зоны станции совпадает с границей промплощадки.

Облученное ядерное топливо хранится в бассейне выдержки, расположенном под защитной оболочкой, там оно остывает, после чего вывозится за пределы АЭС спецтранспортом на завод по переработке ядерного топлива.

Разработка и реализация проекта ведутся в соответствии с утвержденным ОАО «Атомэнергопром» типовым графиком работ по сооружению двухблочной АЭС проекта «АЭС-2006». Расчетный срок сооружения серийного энергоблока от первого бетона до пуска в эксплуатацию - 54 месяца.

Почему выбор пал на Монаково?

Район размещения АЭС рассматривается на правом берегу Оки выше по течению города Павлово. Положение площадки определено геологическими условиями. Выполненный комплекс изысканий и исследований позволил выбрать в пределах изученной территории площадью 20 кв. км участок под размещение промплощадки, характеризующийся пятой категорией устойчивости, где нет ограничений по планировочному размещению объектов, то есть возможно размещение любых видов сооружений. Площадка располагается в Навашинском районе Нижегородской области вблизи деревни Монаково.

При выборе участка под строительство учитывались следующие факторы.

В санитарно-защитной зоне станции отсутствуют населенные пункты.

В радиусе 5 км от площадки АЭС нет промышленных или каких-либо других предприятий (склады, шахты, буровые установки и др.); железная дорога общего пользования проходит южнее площадки на расстоянии 24 км, что превышает нормируемое расстояние 10 км. На Нижегородскую АЭС не оказывают влияние возможные чрезвычайные происшествия в близлежащих городах. Отсутствуют заповедники, курортные зоны, археологические памятники на прилегающей к Нижегородской АЭС территории. Ближайшим военным объектом от АЭС является аэродром «Саваслейка», расположенный на расстоянии 28 км, что превышает нормируемое расстояние 10 км. В зоне наблюдения Нижегородской АЭС и выше по течению Оки водохранилища отсутствуют, перспектив их создания не имеется. Ядерно- и радиационно опасные объекты в районе размещения Нижегородской АЭС отсутствуют. В радиусе 10 км от площадки АЭС нет стационарных источников возможных выбросов взрывчатых, токсичных паров, газов и аэрозолей в атмосферу. Все источники внешних техногенных воздействий находятся за пределами нормируемой величины 5 км от границ рассматриваемого участка.

Естественный радиационный фон соответствует среднестатистическому для Европейской части России.

Воздействие ниже допустимого

На всех стадиях жизненного цикла любого промышленного объекта, в том числе и АЭС, неизбежно воздействие на окружающую среду.

На стадии строительства основными видами воздействия на окружающую среду являются изменение ландшафта; запыление воздуха; выбросы и отходы технологических процессов строительства; шумовое воздействие.

На стадии эксплуатации АЭС основными видами воздействия на окружающую среду являются радиационное; тепловое; химическое; шумовое.

Все виды воздействий АЭС на окружающую среду как на стадии строительства, так и на стадии эксплуатации не превышают установленные нормативами значений.

Проект АЭС выполнен таким образом, что радиационное воздействие на население и окружающую среду при нормальной длительной эксплуатации вообще не обнаруживается и не превышает фоновых значений, а при эксплуатационных нарушениях не приводит к превышению установленных доз облучения населения.

Естественный фон - 1 млЗв/год; допустимое радиационное воздействие сверх естественного фона (кроме медицины) - 1 млЗв/год; в том числе допустимое от АЭС - 10 мкЗв/год (1 проц.); фактическое радиационное воздействие от АЭС - 1 мкЗв/год (0,1 проц.).

Из расчетных прогнозных оценок воздействия на окружающую среду и население при нормальном режиме эксплуатации АЭС следует, что диапазон значений объемных активностей радиоактивных изотопов в приземном атмосферном воздухе в радиусе 30 км от источника на несколько порядков ниже допустимого нормативными документами; максимальная эффективная доза облучения на группу населения «Дети» в 20 раз меньше допустимой дозы (не превысит 0,5 мкЗв/год, допускается 10 мкЗв/год).

А что если все-таки...

Несмотря на то, что проект «АЭС-2006» в принципе не допускает аварий, разработчики успокаивают. При гипотетической аварии на АЭС прогнозируемая удельная активность радионуклидов в продуктах питания местного производства составит значение на несколько порядков ниже допустимого уровня по санитарно-эпидемиологическим правилам и нормативам.

Прогнозируемый уровень радиационного воздействия Нижегородской АЭС на население при хозяйственном использовании Оки как минимум на 3 порядка меньше, чем установленная минимально значимая доза - 10 мкЗв/год; прогнозируемая поглощенная доза облучения гидробионтов при эксплуатации АЭС примерно на 6 порядков ниже безопасной дозы - 100 мГр/год; прогнозируемая доза облучения кроны деревьев радионуклидами в 100 раз меньше дозы, способной вызвать первые наблюдаемые отклонения в росте и развитии деревьев; максимальный уровень радиационного воздействия на водопользователей реки Оки как минимум в 50 раз меньше предела дозы - 1 мЗв/год для населения; максимальная годовая поглощенная доза облучения гидробионтов, обитающих в Оке, не превысит 5,1 мГр/год. Такая доза гидробионтов примерно в 20 раз ниже безопасной дозы облучения - 100 мГр/год.

Радиационная безопасность населения и окружающей среды при нормальной эксплуатации, нарушениях нормальной эксплуатации и аварийных ситуациях на энергоблоке проекта «АЭС-2006» надежно гарантирована в соответствии с требованиями российских и международных норм и правил.

Отходов в Монаково не будет

Образующиеся в процессе эксплуатации энергоблока радиоактивные отходы (РАО) подлежат переработке, кондиционированию и временному хранению в специально спроектированных контейнерах в хранилище на АЭС. Конечный объем твердых отходов (после переработки и не подлежащих переработке) не превышает значения 50 м3/г с одного блока.

В дальнейшем отходы подлежат вывозу в федеральные хранилища РАО.

Сброс радиоактивных сред в окружающую среду исключен.

Одним из факторов воздействия на экосистемы района размещения АЭС является выброс влаги из градирен при эксплуатации станции. Однако при годовом объеме осадков в регионе порядка 700-750 мм, вклад осадков от парового факела градирен на площади радиусом 1-2 км составит всего 2-3 мм в год.

При эксплуатации АЭС организуется комплексный экологический мониторинг окружающей среды. Для непрерывного контроля и прогнозирования радиационной обстановки на территории Нижегородской АЭС и в зоне наблюдения предусматриваются создание и ввод в действие автоматизированной системы радиационного мониторинга и автоматической системы контроля радиационной обстановки (АСКРО); контроль всех радиационных параметров окружающей среды; контроль состояния приземного слоя воздуха, атмосферных осадков, водной среды, почвы, растительности; проведение мониторинга здоровья населения; контроль производимых и потребляемых населением сельскохозяйственных продуктов.

Атом - экономике региона

Что же касается экономической стороны вопроса, отметил докладчик, реализация проекта Нижегородской АЭС обеспечит создание необходимых и замещение выбывающих генерирующих мощностей; потенциал для развития рынка потребления энергоресурсов; замещение органического топлива - природного газа, мазута, каменного угля; выполнение положений Киотского протокола по ограничению выбросов.

Строительство энергоблоков Нижегородской АЭС благоприятно скажется на экономическом состоянии как Нижегородской области, так и административного района размещения АЭС, а также регионов, в которых располагаются предприятия, производящие оборудование и материалы для АЭС.

Строительство Нижегородской АЭС будет способствовать созданию новых рабочих мест; повышению жизненного уровня населения; развитию социальной сферы; закреплению молодежи; развитию жилищного хозяйства.

В смете на строительство Нижегородской АЭС предусмотрены средства на строительство жилого поселка энергетиков.

В Навашинском районе, недалеко от АЭС, будет построен новый город энергетиков примерно на 23 тысячи жителей с дошкольными учреждениями, школами, объектами профессионального образования, здравоохранения, культуры, спорта.

Налоговые поступления от действующей Нижегородской АЭС в местный и региональный бюджеты составят, по предварительной оценке, около 2 млрд руб. ежегодно. Например, в 2008 году Калининская АЭС в областной бюджет перечислила 1,27 млрд руб. Налоговые поступления во все уровни бюджетной системы за период строительства Нижегородской АЭС - порядка 9 млрд руб.

В целом Нижегородская АЭС характеризуется как экологически безопасный объект как для персонала, населения, так и для окружающего животного и растительного мира.

Проект Кольской АЭС «Комплекс по переработке жидких радиоактивных отходов» (КП ЖРО) был заявлен на конкурс в номинации «Природоохранные технологии». В этой номинации жюри рассматривало устройства, приспособления и технологические процессы, предназначенные для охраны окружающей среды и обеспечения экологической безопасности человека на производстве и в быту.
По словам главы Министерства природных ресурсов Ю. Трутнева, возглавлявшего конкурсную комиссию, «лучшими названы проекты, при реализации которых используются наилучшие доступные технологии; задачей премии также является и повышение уровня экологического сознания россиян». «Мы награждаем тех людей, которые всерьез думают об экологической безопасности будущих поколений», – подчеркнул он.
Введение в эксплуатацию КП ЖРО стало первым в мире цивилизованным шагом по утилизации накопившихся радиоактивных отходов. На создание комплекса «Концерном Энергоатом» потрачено 12 лет и около 2-х млрд. рублей.
Технология, применяемая на Кольской АЭС, позволяет сократить количество подлежащих захоронению радиоактивных отходов в 50 раз, а значит, она уже сегодня работает на безопасность будущих поколений. Эта технология является уникальной российской разработкой и нигде в мире более не используется. Аналогичные комплексы должны появиться на Калининской, Курской, Смоленской и Ленинградской АЭС.
Кольская АЭС в рамках экологической политики ежегодно выделяет значительные средства на сохранение природы, проводит работы по модернизации и совершенствованию технологического процесса, направленные на минимизацию влияния деятельности предприятия на окружающую среду.
Премия «Лучший экологический проект года» учреждена в целях совершенствования программ в области охраны окружающей среды, привлечения общественного внимания к природоохранным проблемам, поощрения организаций, осуществляющих просветительскую деятельность в сфере экологии. Премия присуждалась в трех номинациях: «В гармонии с природой», «Экологическая эффективность экономики» и «Природоохранные технологии».
Комплекс по переработке жидких радиоактивных отходов принят в промышленную эксплуатацию по результатам оценки Государственной приемочной комиссии 30 декабря 2006 года после полугодовой опытно-промышленной эксплуатации. КП ЖРО Кольской АЭС предназначен для извлечения жидких РАО из емкостей хранения и их очистки от радионуклидов, концентрирования радионуклидов в минимальном объёме и перевода их в твердую фазу, обеспечивающую безопасное хранение в течение 300-500 лет.

Тепловой насос является преобразователем низкопотенциального тепла. Любой источник тепла можно пустить в дело, будь то грунт, вода или воздух. С развитием тепловых насосов отопление становиться экологически чистым и входит в моду. Рынок отопительного оборудования быстро отреагировал на эту тенденцию. Независимо от того, идет ли речь о каминных печах или, замена привычного газового или жидкотопливного котла нисколько не отражается на уровне жилищного комфорта, но позволяет домовладельцам достичь существенной финансовой экономии. На сегодняшний день, по отечественным расценками на газ, это экономия в 2 - 2,5 раза.

Тепловой насос – техническое устройство, реализующее процесс переноса низкотемпературного тепла, не пригодного для прямого использования, на более высокотемпературный уровень. По аналогии с водяными насосами, перекачивающими воду, тепловые насосы "перекачивают" тепло. Иными словами, тепловые насосы являются трансформаторами тепла, в которых рабочие тела совершают обратный термодинамический цикл, перенося тепло с низкого температурного уровня на более высокий.

. Энергетическая эффективность очень высока: на один киловатт затраченной электроэнергии тепловой насос выдает 3 - 5 киловатт тепловой. Помимо финансовых преимуществ нельзя не принимать во внимание экологический аспект использования теплонасосов: полное отсутствие выбросов углекислого газа (СО2), что очень немаловажно в настоящее время. Теплонасосы можно без проблем устанавливать в жилых домах, где они прекрасно вписываются в интерьер помещения и не портят дизайн и при необходимости их также можно комбинировать с существующими или централизованными системами водного отопления.

Технологии тепловых насосов постоянно совершенствуются, приспосабливаясь к современным теплотехническим и энергетическим требованиям. Сегодня характеристики последних моделей от австрийской компании OCHSNER по коэффициенту преобразования тепла (СОР) и комфорта эксплуатации превосходят существующие аналоги.

Для промышленных нужд предусмотрена разработка индивидуальных систем отопления с участием специалистов, эксперты оценивают ваши потребности и приспосабливаются под них, а так же осуществляют подбор оборудования и оптимизацию процесса работы для получения наивысшего эффекта и минимизации эксплуатационных затрат. Мощность системы может быть в пределах 2 - 1 000 КВт. Не менее важная деталь, о которой необходимо сказать, что существует возможность работы в каскаде, где суммарная мощность теплонасосных установок может достигать 3 000 – 8 000 кВт, а при необходимости и больше.

Особенно обрадуются нашей новинке те, кто не имеет возможности подвести газ в здание. Тепловые насосы "OCHSNER" - прекрасная альтернатива газу. Теперь появилась возможность иметь удобный, полностью автоматизированный источник тепла.

Кстати, теплонасосы от "OCHSNER" являются не только универсальным отопительным устройством и нагревать воду, но и могут служить для кондиционирования помещений в летний период времени. Они не только практические, но и имеют красивый внешний вид, украсят вашу котельную.

Общий объем продаж тепловых насосов, выпускаемых за рубежом, больше мирового
объема продаж вооружений в 3 раза.

Значительная часть энергоносителей используется для отопления помещений, хотя тепло можно "выкачивать" из моря, или реки с помощью теплового насоса, который более ста лет тому изобрел У. Томсон. Это устройство дает возможность трансформировать низкотемпературное тепло тела, которое имеет очень большую массу (море, река) и отдавать его горячему, которое имеет намного меньшую массу, поэтому тепловой насос еще называют "трансформатором тепла".
На первый взгляд кажется, что тепловой насос - это техническая диковинка, которую редко увидишь. На самом деле с тепловыми насосами все знакомы, так как обычный домашний холодильник - это тоже тепловой насос. Он "выкачивает" тепло из холодильной камеры и отдает ее трубчатой решетке - радиатору на задней стенке холодильника, которая от этого становится теплой, а иногда даже горячей.
Охлаждая морозильную камеру, холодильник нагревает комнату, но это тепло выделяется исключительно за счет превращения в него электрической энергии, которую потребляет холодильник.
Если морозильную камеру погрузить в речку, то холодильник начнет охлаждать воду и нагревать радиатор, но тепловой энергии будет выделяться больше, чем потребляет холодильник от сети питания.
На первый взгляд КПД устройства становится большим 100%, но никакого нарушения закона сохранения энергии не возникает, так как к энергии, которую потребляет двигатель компрессора холодильника, добавляется тепловая энергия воды реки, которая не дает возможности замерзнуть морозильной камере и нагревает ее. Система холодильника начинает "перекачивать" тепло из реки (с низкопотенциального источника тепла) в радиатор (в высокопотенциальное), даже, если вода в реке очень холодная, а радиатор в комнате горячий.
Эффективность работы теплового насоса характеризуется коэффициентом преобразования теплоты, или отопительным коэффициентом
Коп= q1/q0= (q0+ q2)/ q0
где: q 2 - количество теплоты, которая отбирается от источника тепла (реки);
q 0 - количество теплоты, которую отдает рабочему телу теплового насоса компрессор;
q 1 - количество теплоты, которую отдает рабочее тело насоса радиатору.
В холодильной технике отношения
e = q2 / q0 = Т2 / (Т1 - Т2)
называют холодильным коэффициентом, где Т 1 - температура радиатора в градусах Кельвина, а Т 2 - температура низкопотенциального источника тепла.
С учетом холодильного коэффициента получим еще одну формулу для отопительного коэффициента - Коп = e + 1
Для примера рассчитаем эффективность работы теплового насоса для отопления жилого помещения теплом реки зимой, когда вода подо льдом имеет температуру Т 1 = 3ОС, температура батареи водяного отопления Т 2 = 70ОС.
Холодильный коэффициент e = (273 + 3) / (70-3) = 4,1.
Отопительный коэффициент Коп = e + 1 = 5,1.
Это значит, что только пятую часть тепла батареи отопления будут получать от компрессора теплового насоса, а 80% тепла дает река. Выгодно? Конечно, выгодно, особенно для нашего государства, которое импортирует энергоносители.
Тепловые насосы дают возможность экономить топливо, не загрязняют окружающую среду, а наоборот, очищают воду от лишнего тепла.
Тепловое загрязнение воды в реках и озерах сточными водами городов и отработанными теплыми водами заводов и теплоэлектростанций уже перерастает в глобальную проблему, которая вызывает изменение климата на Земле.
Почему же тепло рек, которое способно заменить тысячи котельных, до этого времени не используется в широких масштабах для отопления городов? Возможно, в реке недостаточно тепла для отопления целого города?
Подсчеты показывают, что, охладив воду реки Днепр всего на один градус, с помощью тепловых насосов, можно получить тепловой энергии в три раза больше, чем вырабатывает весь каскад днепровских гидроэлектростанции на протяжении года.
Следовало ли сооружать этот каскад, затапливая "рукотворными морями" самые плодородные земли? По большому счету, конечно, нет, но построить гидроэлектростанции было проще, чем создать тепловые насосы такой же мощности.
В тепловом насосе рабочее тело (теплоноситель) сначала сжимается компрессором, а потом, испаряясь, забирает тепло из морозильной камеры и охлаждает ее. При сжимании и сжижении газа в компрессоре выделяется тепло, которое передается радиатору. За счет принудительной циркуляции рабочего тела от испарителя до компрессора проходит перенос тепла от морозильной камеры к радиатору. В такой системе рабочее тело должно иметь температуру кипения низшую за температуру, которую надо получить в морозильные камере. Поэтому в качестве рабочего тела используют фреон, или аммиак, которые имеют низкие (криогенные) температуры кипения.
В первых тепловых насосах для отопления домов теплом рек использовался ядовитый аммиак, только его нужно было намного больше, чем в домашнем холодильнике, а это уже целое криогенное хозяйство - дело сложное, рискованное и дорогое. Подкидывать дрова или уголь в топку обычной котельной намного проще.
На сегодняшний день такой подход недопустим, поэтому разработка мощных тепловых насосов простой конструкции имеет стратегическое значение не только для энергетики, но и для улучшения экологии.
Толчком к интенсивным разработкам и внедрению в эксплуатацию геотермальных тепловых насосов, которые есть экологически чистыми, энергосберегающими системами отопления и кондиционирования стал энергетический кризис 1973 и 1978 г. в развитых странах.
Геотермальные тепловые насосы нашли широкое распространение в США, Канаде и странах Европейского Союза.
В США ежегодно выпускается возле 1 млн. тепловых насосов. При строительстве новых домов используются исключительно геотермальные тепловые насосы. Эта норма была закреплена Федеральным законодательством США.
В Швеции 70% тепла обеспечивают тепловые насосы. В Стокгольме 12% всего отопления обеспечивают геотермальные тепловые насосы общей мощностью 320 мВт, которые используют тепло Балтийского моря, с температурой 8 ОС.
В Германии предусмотренная дотация государства на установку тепловых насосов в размере 400 марок за каждый кВт установленной мощности.
В мире, по прогнозу Мирового Энергетического Комитета, до 2020 года доля геотермальных тепловых насосов в теплоснабжении будет составлять 75%.
Сегодня тепловые насосы выпускаются на тепловую мощность от 2 кВт до 20 МВт.
А есть ли альтернатива тепловым насосам с электромеханическим компрессором? Да, есть - это газовый адсорбционный тепловой насос, его еще называют тепловой цеолитовый насос.
Цеолиты, это экологически чистые алюмосиликаты - высокоэффективные минеральные адсорбенты с чрезвычайно развитой внутренней поверхностью, и как следствие, очень высокой адсорбционной емкостью.
Работу цеолитового насоса можно разбить на две фазы.
Сначала влажный цеолит, через теплоноситель, нагревают с помощью газовой горелки. После выпаривания всей воды с цеолита, адсорбированной в нем, газовую горелку гасят - это первая фаза.
Испаренная вода конденсируется в теплообменнике, теплота, которая выделяется в процессе конденсации, используется для отопления. Конденсированная вода поступает в вакуумный контейнер и испаряется, поглощая тепло из окружающей среды при низкой температуре, а потом снова абсорбируется охлажденным цеолитом. При адсорбции воды цеолит нагревается, и это тепло также используется для отопления. После того, как вся вода снова накопится в цеолите (конец второй фазы) - весь процесс начинается снова.
В тепловых цеолитовых насосах используют два одинаковых модуля, в которых синхронно протекают разные фазы процесса, который дает возможность увеличить КПД устройства, которое на сегодня составляет 130%, но никакого нарушения закона сохранения энергии не возникает, так как к тепловой энергии газовой горелки добавляется тепловая энергия окружающей среды.
Если учесть, что тепловая энергия газовой горелки в три раза дешевле электрической энергии, которую потребляет электрический двигатель компрессорного теплового насоса, то станет понятным, почему цеолитовый насос нашел широкое применение при замене существующих газовых отопительных котлов. Возможность непосредственного подключения цеолитового насоса к существующим системам отопления существенно снижает затраты на реконструкцию отопления.

Практика внедрения тепловых насосов в Украине

Обеспечение теплоснабжения жилых и производственных помещений на основе энергетических технологий с использованием тепловых насосов является одним из наиболее динамично развивающихся направлений мировой возобновляемой энергетики. Ежегодный рост количества устанавливаемых почти в тридцати странах таких систем оценивается в 10%, а общее число уже работающих тепловых приближается к миллиону. Величина установленной тепловой мощности достигает 10100 МВт, а ежегодное производство тепловой энергии составляет около 59000 ТДж (16470 ГВтч) [2]. Наиболее распространенными являются тепловые насосы, использующие в качестве внешнего источника тепловой энергии низкопотенциальное рассеянное тепло наружного воздуха (цикл «воздух-воздух») или грунта на небольших глубинах (цикл «грунт-вода»).

Замещение традиционных схем отопления системами, использующими тепловые насосы, не требует ввода дополнительных энергетических мощностей, осуществляется с помощью минимальных конструктивных доработок и, в конечном итоге, дает значительный энергетический и экономический эффект.

Однако расширение применения в Украине систем теплоснабжения на основе тепловых насосов идет, безусловно, недостаточно высокими темпами. Имеются немногочисленные примеры попыток установки таких систем в Крыму, Киеве, Харькове, Приблизительные оценки количества установленных в г. Николаеве тепловых насосов, работающих в режиме «воздух-воздух», приведены на рис. 1.

Представленные на рис. 1 данные являются приблизительными, так как не представляется возможным учесть количество тепловых насосов, установленных частными предпринимателями, во владении которых может находиться до 30% объема этого рынка услуг. Наиболее ходовыми кондиционерами, работающими врежимах теплового насоса, являются кондиционеры мощностью 9000 BTU (2,6 кВт) и 12000 BTU (3,5 кВт).

Оптимальной областью работы таких тепловых насосов является диапазон температур наружного воздуха от 0 до 15°С. Практический опыт показывает, что при температурах окружающего воздуха ниже минус 5°С происходит обледенение поверхностей испарителя, и работа теплового насоса прекращается.

На рис. 2 показано реальное изменение интегрального значения холодильного коэффициента (отношение полезной мощности теплового насоса к затраченной электрической мощности на организацию цикла) с учетом эффекта обледенения теплообменной поверхности испарителя от температуры наружного воздуха.

Как видно из рис. 2, при температурах наружного воздуха ниже 0°С холодильный коэффициент может оказаться меньше 1. При значениях холодильного коэффициента меньше 1 использование теплового насоса нецелесообразно. Проще использовать электрический или другой обогрев помещения. Кроме того, обледенение поверхности испарителя может привести к выходу из строя поршневой группы компрессоров.

Приведенный краткий анализ работы теплового насоса цикла «воздух-воздух» служит основой для оценки возможности использования низкопотенциальной энергии грунта.

Принципиальная схема отопления помещения тепловым насосом, использующим низкопотенциальное тепло грунта, показана на рис. 3. В помещении 1расположен конденсатор рабочей среды теплового насоса (например, хладоны 134, 404, 407 и др.). Сконденсировавшийся хладон поступает через дроссельный клапан 3 в испаритель 4, который размещен в грунте под отапливаемым помещением. Тепло грунта Q3 может быть воспринято рабочим телом в испарителе 4в том случае, если температура испарения рабочего тела ниже температуры грунта. Пары хладона забираются из испарителя 4компрессором 2и подаются в конденсатор 3. Тепло конденсации паров рабочей среды QK поступает в помещение 1. Температура воздуха в помещении определяется балансом между поступившим теплом QK и теплопотерями в окружающую среду Qп. Таким образом отбирается низкопотенциальная энергия от грунта для обогрева помещения в холодный период времени. Описанная схема трансформации энергии является самой простой, но она позволяет сформулировать необходимый перечень вопросов для оценки возможности применения ее в условиях Украины.

Исходя из принципиальной схемы (рис. 3), можно сделать вывод о том, что возможность использования трансформаторов низкопотенциальной энергии поверхностных слоев грунта должна основываться на термодинамическом и технико-экономическом анализе как самих установок трансформации энергии, так и стоимостных характеристик эксплуатации оборудования зданий и сооружений и др.

В первую очередь оценке подлежит энергетический потенциал грунта в месте расположения отапливаемого помещения. Энергетический потенциал грунта во многом зависит от геологии местности, типа грунта и глубины залегания грунтовых вод [1,3,4].

С целью определения теплового потенциала некоторого объема грунта, который может быть использован тепловым насосом, нами был рассмотрен механизм теплообмена в системе «грунт – рабочая среда теплового насоса» (рис.4).

Теплоотдача от грунта к рабочей среде теплового насоса определяется балансом тепла, отданного от грунта трубе коллектора теплового насоса, и количеством тепла, воспринятым рабочей средой теплового насоса. Уравнение теплоотдачи в этом случае имеет следующий вид:

где Тg– температура грунта,°С;

Т – текущее значение температуры рабочей среды,°С;

Сp– теплоемкость рабочей среды, кДж/(кг / град);

М – массовый расход рабочего тела через поперечное сечение коллектора, кг/с;

dT– изменение температуры рабочей среды на элементарном участке dx,°C;

R– суммарное термическое сопротивление теплоотдачи от грунта рабочей среде теплового насоса.

Полагая, что Сp, MuRявляются величинами постоянными, разделяя переменные и проинтегрировав уравнение (1) в пределах изменения длины коллектора от 0 до Lи температуры рабочей среды от Tw1до Tw2, получим зависимость для расчета температуры рабочей среды теплового насоса на выходе из коллектора:

где

Уравнение (2) показывает, что определяющим параметром для работы теплового насоса, использующего низкопотенциальное тепло грунта, является температура грунта и динамика ее изменения. Становится необходимым изучение динамики изменения температуры грунта в зависимости от времени года и глубины.

Солнечная радиация, которая в среднем составляет 1,4 кВт/м2 / сут, формирует запасы низкопотенциального тепла в грунте непосредственно у его поверхности. В настоящий период при постоянном росте стоимости традиционных энергоносителей актуальной становится задача определения возможности использования этих запасов низкопотенциального тепла.

Количественной характеристикой запасов этого тепла является зависимость распределения температуры грунтов от глубины и периода времени года. Динамика изменения температуры грунта на различных глубинах, а также максимальные и минимальные значения температур грунта на его поверхности позволяют определить запасы энергии и в последующем сформулировать требования к тепловым насосам.

Нами были проведены исследования изменения температуры грунта в г. Николаеве в зависимости от времени года и глубины. Выбор места исследований был основан на необходимости оценки влияния грунтовых вод на температурные поля в слоях грунта. Установлено, что распределение температуры грунта зависит от ряда показателей. А именно, от состава грунта, наличия растительности на поверхности грунта, количества выпавших осадков и др. Замеры температуры проводились на следующих глубинах: 0,2; 0,8; 1,2; 3,2 и 8,6 м. На глубине 8,6 м существует водоносный слой. Дебит водоносного слоя составляет около 1 м3/ч. Замеры проводились один раз в неделю в течение одного года.

Так как температура воздуха не является стабильной величиной, то результаты изменения измерений представлены в виде разности температуры грунта (Тg) на установленных глубинах и усредненной температуры воздуха за месяц (Tв) в зависимости от последней. Усредненные данные исследований приведены на рис. 5.

Характер изменения температуры грунта в течение года несколько отличается от характера изменений температуры воздуха. С увеличением глубины наблюдается увеличение инерционности в динамике изменения температуры грунта. Это связано с влиянием тепловых потоков от более глубоких слоев грунта. На глубине 3,2 метра зафиксировано сезонное изменение температуры грунта в диапазоне около 7°С. Сезонные колебания температуры воздуха практически не влияют на температуру грунта на глубинах более 8,6 м. На этой глубине сезонные изменения температуры грунта лежат в пределах от +10 до +12°С. Таким образом, горизонт залегания грунтовых вод на глубине 8,6 м является достаточно мощным аккумулятором низкопотенциальной энергии и оказывает существенное влияние на температурное поле в вышележащих слоях грунта. С точки зрения использования трансформаторов низкопотенциального тепла грунта для целей отопления помещений, становится целесообразным дальнейшее проведение исследований температурных полей в грунте при различной глубине залегания грунтовых вод и для различных регионов Украины.

В настоящее время наиболее освоены паровые тепловые насосы. Как правило, рабочей средой таких насосов являются различные хладоны. Марка хладона определяется в основном температурными параметрами цикла трансформации энергии. Исходя из вышеприведенных данных динамики сезонного изменения температуры грунта, определяется граничное нижнее значение температуры последнего. Если температура грунта становится ниже этого значения, то дальнейший отбор тепла от грунта связан с увеличением глубины промерзания его верхних слоев. А это связано с надежностью зданий или сооружений, находящихся над местом расположения коллектора теплового насоса. Расчеты показывают, что значение минимально допустимой температуры грунта должно быть не ниже 5-7°С на глубине до 8 м для регионов Украины, в которых зафиксирована минимальная температура воздуха в зимний период минус 20°С. Если при работе теплового насоса температура грунта становится ниже указанных значений, то происходят существенные отклонения сезонных колебаний температуры грунта от естественных циклов.

Полученное ограничение по минимально допустимой температуре грунта определяет максимальную мощность теплового насоса для конкретного случая его использования.

Теоретическая оценка количества тепла, которое можно снять со 100 м2 поверхности грунта, расположенной параллельно поверхности земли на глубине от 3 до 8 метров, показывает, что оно может обеспечить обогрев 2-3 м2 помещения в течение отопительного сезона без дополнительного аккумулирования энергии. Если обеспечить аккумулирование энергии в этом объеме грунта в летний период, то без дополнительных мер по предотвращению рассеивания тепла можно обеспечить отопление помещения площадью 10 м2 и высотой до 2,7 м. Расчеты, которые выполнялись при температуре наружного воздуха минус 15 “С, показывают, что для отопления 1 м2 помещения в течение всего отопительного сезона необходимо трансформировать тепло 45-50 м3 грунта, лежащего под зданием. Если использовать в качестве рабочего тела хладоны различных марок, то расход циркулирующего в этом объеме грунта рабочего тела будет составлять около 25-28 кг/ч. Равномерное распределение этого количества рабочего тела по указанному объему грунта является достаточно сложной инженерной задачей. Таким образом, без концентрирования низкопотенциального тепла весьма проблематично использование трансформаторов тепла для целей отопления помещений.

Одним из достаточно эффективных концентраторов низкопотенциального тепла могут быть грунтовые воды, так как они представляют собой в основном подземные потоки. Предварительные расчеты необходимого количества тепла на отопление помещения площадью 250 м2 показывают, что при использовании теплового насоса достаточно 10 м3/ч воды с начальной температурой 10°С. В этом случае температура воды на выходе из испарителя составляет около 7°С, а температура кипения хладагента не снижается ниже 5°С. При таких параметрах холодильного цикла холодильный коэффициент теплового насоса составляет ориентировочно 2,6-2,7. Иными словами, для получения 1 кВт тепловой мощности нужно затратить около 0,4 кВт электрической мощности. А так как вода обладает хорошими теплофизическими свойствами, то испарители будут достаточно компактными и несложными в изготовлении.

Однако не во всех районах грунтовые воды находятся на глубинах меньше 10 м. Достаточно интересным может оказаться направление концентрации низкопотенциальной энергии поверхностных слоев грунта путем использования термосифонов.

Потребление энергии из грунта вызывает понижение его температуры в районе размещения испарителя теплового насоса. Но обычно равновесие быстро достигается за счет тепла, поступающего из окружающей среды к месту расположения испарителя. В связи с тем, что коэффициент теплоотдачи от рабочего тела в момент его испарения велик (например, для хладонов 134, 404 и др. он может достигать значений 10000 Вт/(м•К)), то восприятие испарителем тепла грунта практически определяется его параметрами: теплопроводностью, плотностью, теплоемкостью, температуропроводностью и влажностью [1, 3]. Однако следует учитывать, что эти параметры нестабильны и зависят от периода времени года, в основном, от количества выпавших осадков и др.

Анализ составляющих термического сопротивления теплоотдачи от грунта рабочей среде теплового насоса показывает, что лимитирующей величиной является термическое сопротивление грунта, прилегающего к поверхности трубы коллектора теплового насоса. Уравнение для расчета наружной теплоотдачи к цилиндрической стенке от окружающей среды имеет следующий вид:

где Н – расстояние от поверхности трубы до слоя грунта, в котором градиент температуры стремится к нулю, м;

?g – коэффициент теплопроводности грунта, Вт/мград;

d2– наружный диаметр трубы, м;

Тр – температура на поверхности трубы,°С.

Становится очевидным, что с увеличением наружного диаметра трубы при сохранении ее толщины значение теплового потока увеличивается. Это позволяет сделать предположение о том, что при использовании термосифонов большого диаметра можно значительно увеличить глубину их размещения. А это позволит существенно увеличить объем грунта, от которого можно отбирать тепловым насосом низкопотенциальное тепло.

Разработка и внедрение в промышленное использование тепловых насосов с термосифонными концентраторами низкопотенциального тепла грунта требует проведения предварительных теоретических и экспериментальных исследований процессов тепло- и массообмена в таких термосифонных концентраторах низкопотенциального тепла грунта.

Электричество без шума и пыли

В столичном регионе запущен первый парогазовый энергоблок ТЭЦ-27. Новые технологии позволят сэкономить топливо и на треть снизить вредные выбросы в атмосферу.

КПД 51 %

Єконмит 30 % газа

В данный момент во всех промышленно развитых странах на тепловых электростанциях находят широкое применение комбинированные парогазовые установки (ПГУ) работающие по бинарному циклу. Для увеличения КПД парогазовых установок всё чаще применяют впрыск “энергетического” пара.

В ПГУ контактного типа перегретый пар, полученный в котле-утилизаторе (КУ) за счёт тепла уходящих газов, может подаваться либо в предвключённую паровую турбину (ПТ), что увеличивает КПД установки, либо непосредственно в камеру сгорания (КС) двигателя. Если пар поступает в ПТ, то после совершения в ней работы он делится на два потока: первый (большая часть пара) направляется в КУ для вторичного перегрева, а второй – для охлаждения турбин двигателя. Пар, полученный после вторичного перегрева, поступает в две зоны КС двигателя: в зону горения (“экологический” впрыск пара) и непосредственно перед турбиной (“энергетический” впрыск пара). Подача “экологического” пара осуществляется для снижения выброса загрязняющих веществ и в первую очередь окислов азота (NOx).

Важно отметить, что в ПГУ средней и небольшой производительности можно использовать газогенераторы серийных авиационных двигателей, работающие на пониженных режимах, что в сочетании с охлаждением горячей части двигателя слабо перегретым паром позволяет реализовать ресурс ПГУ, сравнимый с ресурсом современных промышленных паро- и газотурбинных установок.

Рассмотренная схема ПГУ при параметрах рабочего процесса: Т*г =1623К и p*к=10 обеспечивает достижение КПД более 50% и, что не мало важно, получение высокой удельной мощности (почти 1МВт на 1 кг/с воздуха на входе в компрессор).

Увеличение параметров рабочего процесса (температуры газа перед турбиной и степени повышения давления в цикле) в сочетании с использованием перспективных жаропрочных материалов для изготовления элементов горячей части двигателя позволит получить КПД установки более 55%. Существенное увеличение КПД ПГУ (при прочих равных условиях) по сравнению с паровыми, так и с газотурбинными установками (КПД последних, как правило, не превышает 35%) обусловлено следующими факторами:

утилизация тепла в котле-утилизаторе;

увеличением расхода рабочего тела через силовую турбину;

повышенной работоспособностью обычных продуктов сгорания углеводородного топлива (в результате более высокого значения газовой постоянной парогазовой смеси);

сжатием паровой компоненты рабочего тела в жидкой фазе.

Рассмотрим схему установки представленную ниже. Атмосферный воздух поступает в компрессор, где он сжимается до заданного полного давления, а затем направляется в камеру сгорания двигателя, куда подаётся и топливо. В камере сгорания ПГУ продукты сгорания топлива смешиваются с «экологическим» и «энергетическим» паром. Образовавшаяся парогазовая смесь направляется в турбокомпрессор. Далее смесь совершает работу в двигателе, где смешивается с паром, охлаждающим турбину. После турбины парогазовая смесь поступает в котёл-утилизатор, где отдаёт тепло генерируемому перегретому пару. Затем охлажденная смесь подаётся в контактный конденсатор, в котором конденсируется не только пар, поступивший в камеру сгорания и проточную часть двигателя, но и часть паров воды, образовавшихся при сгорании топлива. Тепло, отобранное от смеси в контактном конденсаторе, при помощи теплонаносной установки передаётся сетевой воде. На выходе контактного конденсатора имеется смесь газов: N2, O2, H2O, CO2 и Ar при относительной влажности 100%.

После питательного насоса вода подаётся в котёл-утилизатор. После чего перегретый пар с заданными параметрами направляется в паровую турбину. Отработанный в паровой турбине пар делится на два потока. Один поток (большая часть пара) поступает в КУ для вторичного перегрева, после чего – в камеру сгорания двигателя. Второй поток, сохранивший небольшой перегрев, после ПТ направляется для охлаждения парогазовых турбин и далее сбрасывается в проточную часть ПГУ. Давление за паровой турбиной определяется из условия равенства давлений на выходе из компрессора и пара при выходе из паровой турбины.

Согласно имеющимся экспериментальным данным было принято, что количество «экологического» пара равно:

где – коэффициент избытка воздуха в камере сгорания; L0 – стехиометрический коэффициент топлива (для продуктов сгорания метана в воздухе L0=17,208) .

Рис. 1. Схема парогазовой установки с предвключенной паровой турбиной и двойным перегревом пара.

1 – паровая турбина;

2 – парогазовые турбины;

3 – камера сгорания;

4 - турбина для привода насоса;

5 – компрессор;

6 – питательный насос;

7 – контактный конденсатор;

8 – котёл-утилизатор.

Парогазовые установки (в англоязычном мире используется название combined-cycle power plant) — сравнительно новый тип генерирующих станций, работающих на газе или на жидком топливе.

Принцип работы самой экономичной и распространенной классической схемы таков. Устрой-ство состоит из двух блоков: газотурбинной (ГТУ) и паросиловой (ПС) установок. В ГТУ вра-щение вала турбины обеспечивается образовавшимися в результате сжигания природного газа, мазута или солярки продуктами горения — газами. Образовавшиеся в камере сгорания газотурбинной установки продукты горения вращают ротор турбины, а та, в свою очередь, крутит вал первого генератора. В первом, газотурбинном, цикле КПД редко превышает 38%. Отработавшие в ГТУ, но все еще сохраняющие высокую температуру продукты горения поступают в так называемый котел-утилизатор. Там они нагревают пар до температуры и давления (500ОС и 80 атмосфер), достаточных для работы паровой турбины, к которой подсоединен еще один генератор. Во втором, паросиловом, цикле используется еще около 20% энергии сгоревшего топлива. В сумме КПД всей установки оказывается около 58%. Существуют и некоторые другие типы комбинированных ПГУ, но погоды в современной энергетике они не делают. Как правило, такие системы используются генерирующими компаниями в случае, когда необходимо максимизировать производство электрической энергии. Когенерация в этом случае играет подчиненную роль и обеспечивается за счет отвода части тепла из паровой турбины.

Топливные элементы как часть аккумулирующих систем

Топливные элементы осуществляют прямое превращение энергии топлива (напр.водород + кислород) в электричество минуя малоэффективные, идущие с большими потерями, процессы горения. Это электрохимическое устройство в результате высокоэффективного "холодного" горения топлива непосредственно вырабатывает электроэнергию с КПД до 70 % [17].

Биохимики установили, что биологический водородно-кислородный топливный элемент "вмонтирован" в каждую живую клетку [13]. Источником водорода в организме служит пища - жиры, белки и углеводы. В желудке, кишечнике, клетках она в раскладывается до мономеров, которые, в свою очередь, после ряда химических превращений дают водород, присоединенный к молекуле-носителю. Кислород из воздуха попадает в кровь через легкие, соединяется с гемоглобином и разносится по всем тканям. Процесс соединения водорода с кислородом составляет основу биоэнергетики организма. То есть, в мягких условиях (комнатная температура, нормальное давление, водная среда), химическая энергия с высоким КПД преобразуется в тепловую, механическую (движение мышц), электричество (электрический скат), свет (насекомые излучающие свет). Человек в который раз повторил созданное природой устройство получения энергии. В то же время этот факт говорит о перспективности направления. Все процессы в природе очень рациональны, поэтому шаги по реальному использованию ТЭ вселяют надежду на энергетическое будущее.

Открытие в 1838 году водородно-кислородного топливного элемента принадлежит английскому ученому У. Грову. Исследуя разложение воды на водород и кислород он обнаружил побочный эффект -- электролизер вырабатывал электрический ток. Ископаемое топливо (уголь, газ и нефть) состоит в основном из углерода. При сжигании атомы топлива теряют электроны, а атомы кислорода воздуха приобретают их. Так в процессе окисления атомы углерода и кислорода соединяются в продукты горения -- молекулы углекислого газа. Этот процесс идет энергично: атомы и молекулы веществ, участвующих в горении, приобретают большие скорости, а это приводит к повышению их температуры. Они начинают испускать свет -- появляется пламя. Химическая реакция сжигания углерода имеет вид: C + O2 = CO2 + тепло. В процессе горения химическая энергия переходит в тепловую энергию благодаря обмену электронами между атомами топлива и окислителя. Этот обмен происходит хаотически. Горение -- обмен электронов между атомами, а электрический ток -- направленное движение электронов. Если в процессе химической реакции заставить электроны совершать работу, то температура процесса горения будет понижаться. В ТЭ электроны отбираются у реагирующих веществ на одном электроде, отдают свою энергию в виде электрического тока и присоединяются к реагирующим веществам на другом. Основа любого ХИТ -- два электрода, соединенные электролитом. ТЭ состоит из анода, катода и электролита. На аноде окисляется, т.е. отдает электроны, восстановитель (топливо CO или H2), свободные электроны с анода поступают во внешнюю цепь, а положительные ионы удерживаются на границе анод-электролит (CO+, H+). С другого конца цепи электроны подходят к катоду, на котором идет реакция восстановления (присоединение электронов окислителем O2--). Затем ионы переносятся электролитом к катоду. В ТЭ вместе сведены вместе три фазы физико-химической системы: газ (топливо, окислитель); электролит (проводник ионов); металлический электрод (проводник электронов). В ТЭ происходит преобразование энергии окислительно-восстановительной реакции в электрическую, причем, процессы окисления и восстановления пространственно разделены электролитом. Электроды и электролит в реакции не участвуют, но в реальных конструкциях со временем загрязняются примесями топлива. Электрохимическое горение может идти при невысоких температурах и практически без потерь. В ТЭ поступает смесь газов (CO и H2), т.е. в нем можно сжигать газообразное топливо. Таким образом, ТЭ оказывается "всеядным". Усложняет использование ТЭ то, что для них топливо необходимо "готовить". Для некоторых ТЭ водород получают путем конверсии органического топлива или газификации угля. Поэтому структурная схема электростанции на ТЭ, кроме батарей ТЭ, преобразователя постоянного тока в переменный и вспомогательного оборудования включает блок получения водорода (для солнечной энергетики - это гидролизёр).

Существуют две сферы применения ТЭ: автономная и большая энергетика.

Для автономного использования основными являются удельные характеристики и удобство эксплуатации. Стоимость вырабатываемой энергии не является основным показателем.

Для большой энергетики решающим фактором является экономичность. Кроме того, установки должны быть долговечными, не содержать дорогих материалов и использовать природное топливо при минимальных затратах на подготовку.

Наибольшие выгоды сулит использование ТЭ в автомобиле. Здесь, как нигде, скажется компактность ТЭ. При непосредственном получении электроэнергии из топлива экономия последнего составит порядка 50%.

Впервые идея использования ТЭ в большой энергетике была сформулирована немецким ученым В. Освальдом в 1894 году. Позднее получила развитие идея создания эффективных источников автономной энергии на основе топливного элемента. После этого предпринимались неоднократные попытки использовать уголь в качестве активного вещества в ТЭ. В 30-е годы немецкий исследователь Э. Бауэр создал лабораторный прототип ТЭ с твердым электролитом для прямого анодного окисления угля. В это же время исследовались кислородно-водородные ТЭ. В 1958 году в Англии Ф. Бэкон создал первую кислородно-водородную установку мощностью 5 кВт. Но она была громоздкой из-за использования высокого давления газов (2...4 МПа). С 1955 года в США К. Кордеш разрабатывал низкотемпературные кислородно-водородные ТЭ. В них использовались угольные электроды с платиновыми катализаторами. В Германии Э. Юст работал над созданием неплатиновых катализаторов. После 1960 года были созданы демонстрационные и рекламные образцы.

Первое практическое применение ТЭ нашли на космических кораблях "Аполлон". Они были основными энергоустановками для питания бортовой аппаратуры и обеспечивали космонавтов водой и теплом. Основными областями использования автономных установок с ТЭ были военные и военно-морские применения. В конце 60-х годов объем исследований по ТЭ сократился, а после 80-х вновь возрос применительно к большой энергетике.Фирмой VARTA разработаны ТЭ с использованием двусторонних газодифузионных электродов. Электроды такого типа называют "Янус". Фирма Siemens разработала электроды с удельной мощностью до 90 Вт/кг. В США работы по кислородно-водородным элементам проводит United Technology Corp. В большой энергетике очень перспективно применение ТЭ для крупномасштабного накопления энергии, например, получение водорода . Возобновляемые источники энергии (солнце и ветер) отличаются рассредоточеностью. Их серьезное использование, без которого в будущем не обойтись, немыслимо без емких аккумуляторов, запасающих энергию в той или иной форме. Проблема накопления актуальна уже сегодня: суточные и недельные колебания нагрузки энергосистем заметно снижают их эффективность и требуют так называемых маневренных мощностей. Один из вариантов электрохимического накопителя энергии -- топливный элемент в сочетании с электролизерами и газгольдерами (газгольдер [газ + англ. holder держатель] -- хранилище для больших количеств газа).

Первое поколение ТЭ

Наибольшего технологического совершенства достигли среднетемпературные ТЭ первого поколения, работающие при температуре 200...230°С на жидком топливе, природном газе либо на техническом водороде (технический водород -- продукт конверсии органического топлива, содержащий незначительные примеси окиси углерода). Электролитом в них служит фосфорная кислота, которая заполняет пористую углеродную матрицу. Электроды выполнены из углерода, а катализатором является платина (платина используется в количествах порядка нескольких граммов на киловатт мощности). Одна из таких электростанций введена в строй в штате Калифорния 1991 году. Она состоит из восемнадцати батарей массой по 18 т каждая и размещается в корпусе диаметром чуть более 2 м и высотой около 5 м. Продумана процедура замены батареи с помощью рамной конструкции, движущейся по рельсам. Две электростанции на ТЭ США поставили в Японию. Первая из них была пущена еще в начале 1983 года. Эксплуатационные показатели станции соответствовали расчетным. Она работала с нагрузкой от 25 до 80% от номинальной. КПД достигал 30...37% -- это близко к современным крупным ТЭС. Время ее пуска из холодного состояния -- от 4 ч до 10 мин., а продолжительность изменения мощности от нулевой до полной составляет всего 15 с.

Сейчас в разных районах США испытываются небольшие теплофикационные установки мощностью по 40 кВт с коэффициентом использования топлива около 80%. Они могут нагревать воду до 130oС и размещаются в прачечных, спортивных комплексах, на пунктах связи и т.д. Около сотни установок уже проработали в общей сложности сотни тысяч часов. Экологическая чистота электростанций на ТЭ позволяет размещать их непосредственно в городах. Первая топливная электростанция в Нью-Йорке, мощностью 4,5 МВт, заняла территорию в 1,3 га. Теперь для новых станций с мощностью в два с половиной раза большей нужна площадка размером 30x60 м. Строятся несколько демонстрационных электростанций мощностью по 11 МВт. Поражают сроки строительства (7 месяцев) и площадь (30х60 м), занимаемая электростанцией. Расчетный срок службы новых электростанций -- 30 лет.

Второе и третье поколение ТЭ

Лучшими характеристиками обладают уже проектирующиеся модульные установки мощностью 5 МВт со среднетемпературными топливными элементами второго поколения. Они работают при температурах 650...700°С. Их аноды делают из спеченных частиц никеля и хрома, катоды -- из спеченного и окисленного алюминия, а электролитом служит расплав смеси карбонатов лития и калия. Повышенная температура помогает решить две крупные электрохимические проблемы: снизить "отравляемость" катализатора окисью углерода; повысить эффективность процесса восстановления окислителя на катоде. Еще эффективнее будут высокотемпературные топливные элементы третьего поколения с электролитом из твердых оксидов (в основном двуокиси циркония). Их рабочая температура -- до 1000°С. КПД энергоустановок с такими ТЭ близок к 50%. Здесь в качестве топлива пригодны и продукты газификации твердого угля со значительным содержанием окиси углерода. Не менее важно, что сбросовое тепло высокотемпературных установок можно использовать для производства пара, приводящего в движение турбины электрогенераторов. Фирма Vestingaus занимается топливными элементами на твердых оксидах с 1958 года. Она разрабатывает энергоустановки мощностью 25...200 кВт, в которых можно использовать газообразное топливо из угля. Готовятся к испытаниям экспериментальные установки мощностью в несколько мегаватт. Другая американская фирма Engelgurd проектирует топливные элементы мощностью 50 кВт, работающие на метаноле с фосфорной кислотой в качестве электролита. В создание ТЭ включается все больше фирм во всем мире. Американская United Technology и японская Toshiba образовали корпорацию International Fuel Cells. В Европе топливными элементами занимаются бельгийско-нидерландский консорциум Elenko, западногерманская фирма Siemens, итальянская Fiat, английская Jonson Metju.
В сочетании с солнечными фотоэлектрическими батареями, гидролизёрами, водородными аккумуляторами и инверторами (которые переводят постоянный ток 12 В в переменный ток 50 Гц,220 В), топливные элементы могут являться частью уже вполне реальных работающих солнечных электростанций. В настоящее время идёт снижение стоимости всех составляющих СЭС.

Перспективи когенерації та екологічні проекти АЕС