В тисках энергетического кризиса

В тисках энергетического кризиса

Сколько я себя помню, всё время идут разговоры о близящемся энергетическом кризисе. Дескать, углеводороды закончатся в течение ближайших 15–20 лет, и тогда человеческая цивилизация будет отброшена в век пара, начнутся беспощадные войны за последние капли нефти, к власти придут тоталитарные вожди, народы надолго забудут о комфорте и демократии, наступит темная мрачная эра. Единственным спасением может стать только управляемая термоядерная реакция (так называемый «термояд»), которая обеспечит человечество практически дармовой энергией.

Но время идет, а нефть не кончается, цены на нее то растут, то падают, открываются новые богатые месторождения и прокладываются новые трубопроводы. Вообще слухи о конце углеводородной эры оказались сильно преувеличены. Тем не менее энергетический кризис всё же может грянуть – потребление энергии растет очень быстро, и расширением добычи проблему уже не решить. К тому же нефть нужна в химической промышленности, и очень нерационально жечь ее просто так, оказывая дополнительное «давление» на окружающую среду.

Энергетики поняли это одними из первых, опередив футурологов, которые, сочиняя свои концепции будущего, часто забывают о самом главном – об энергии и способах ее преобразования. Еще в 1970-е была сформулирована концепция «газовой паузы» – то есть периода между двумя эпохами (не побоюсь этого слова!) в развитии энергетики: эпохами нефти и… угля.

Да-да, это не описка. Те, кто считает, что времена угля и пара ушли в прошлое, ошибаются. Уголь по-прежнему остается одним из самых приоритетных видов топлива, поскольку сравнительно дешев и его разведанные запасы огромны. Например, если говорить о странах СНГ, то разведанных запасов нефти нам хватит на 50 лет, запасов природного газа – на 70 лет, а угля – на 590 лет!

Однако есть нюанс – энергетика на каменном угле чрезвычайно затратна и грязна. Давно доказано, что по выбросам вредных веществ, в том числе и радиоактивному загрязнению, угольная энергетика превосходит атомную. В городах, снабжаемых угольными электростанциями, очень нездоровая обстановка. Поэтому было принято решение увеличить долю газа в энергетике страны, снизив вредное воздействие и обеспечив растущее потребление.

Тут надо вернуться к основам и напомнить читателям, что по методам преобразования энергии мы еще не вышли из XIX века – и на обычных тепловых, и на атомных станциях стоят огромные турбины, которые вращает водяной пар. Сам же пар получается в котле или реакторе – по сути это огромные чайники. К сожалению, Вселенная устроена таким образом, что мы не можем преобразовать всю энергию, которую получаем в тепловом цикле, – часть ее, довольно большую, нам приходится выбрасывать в окружающую среду. Для этого рядом с тепловыми станциями строят градирни (огромные широкие трубы гиперболоидной формы), а рядом с атомными – выкапывают пруд-охладитель. Совершенство энергетической установки определяется коэффициентом полезного действия (КПД), который можно повысить, например, за счет увеличения температуры в котле. Однако и разогревать рабочее тело (в данном случае – пар) до бесконечности мы не можем: раньше или позже прогорят стенки.

Для повышения КПД придумали использовать комбинированные установки. Представьте себе турбину, работающую не на паре, а на газе, который сгорает непосредственно в ее проточной части. Чем выше температура на входе в такую турбину, тем выше ее эффективность, но и на выходе температура газовой смеси всё еще очень высока. А если сделать так, чтобы выходящая смесь не улетала просто так, а грела воду в котле, к которому подключены небольшие паровые турбины? Таким образом мы резко повысим общую мощность и эффективность энергоустановки – экономия газа при этом составит аж 35 %! Долгое время развитие подобных парогазовых установок (ПГУ) с котлами-утилизаторами (КУ) сдерживало отсутствие компактных систем охлаждения для мощных газовых турбин, позволяющих работать с высокими температурами. Но в середине 1990-х такие системы появились, и западные компании («ABB-Alstom», «General Electric», «Siemens», «Pratt & Whitney») выпустили на рынок целую серию мощных энергетических газотурбинных установок.

Природный газ хорош еще и своими свойствами. Прежде всего, он бесцветен, не имеет запаха (то, что считается «запахом газа», на самом деле является запахом меркаптанов – специальных ароматизирующих веществ). Он высококалориен и при сжигании оставляет после себя только углекислый газ и водяной пар. И его очень много в России – то есть по разведанным запасам мы впереди планеты всей. По данным Международного газового союза в мире имеется 118 триллионов кубометров доказанных запасов газа, в России доказанные запасы – от 48 до 64 триллионов кубометров (в этом вопросе источники разнятся, хотя с каждым годом количество доказанных запасов растет). Поскольку триллион кубометров газа примерно эквивалентен миллиарду тонн нефти, то можно утверждать, что доказанные запасы газа в нашей стране значительно превышают разведанные запасы нефти.

Газ хорош как топливо именно для городских электростанций, потому что в городах очень неравномерный график потребления, имеются утренние и вечерние «пики», а электростанции с газовыми турбинами отличаются высокой маневренностью, допуская суточное снижение нагрузки до 50 % в отличие от 30 % у угольных и 10 % у атомных станций.

Поэтому нет ничего удивительного в том, что Россия еще в рамках Советского Союза начала тотальную газификацию. Столь развитого потребления газа, как в странах СНГ, нет больше нигде в мире. 68 % отопления в нашей холодной стане обеспечивается газом. Газовыми баллонами постоянно пользуются 18 миллионов человек. Энергетика давно и успешно осваивает этот вид топлива – еще в 1990 году все старые ТЭЦ в Москве были переведены на газ, а в настоящее время в черте столицы и на ее окраинах вырастают, словно грибы после дождя, малые электростанции с газотурбинными установками, в том числе созданными на основе авиационных двигателей.