khimie.ru

С 21 по 25 июня 1982 года в Москве в помещении Центрального дома туриста проходила 6-я Всесоюзная конференция по электрохимии. Ее открыл академик Яков Михайлович Колотыркин.

Ученые (прибыли и иностранные гости из Чехословакии, Польши, ГДР, ФРГ, Италии, Японии и других стран) отчитывались о работе, проделанной ими со времени последнего (1975 год) совещания, демонстрировали созданные ими электрохимические приборы.

900 участников из 42 городов страны прочли и обсудили сотни докладов. Один из них очень заинтересовал автора этой книги. Доклад назывался «Перспектива производства электрической и тепловой энергии электростанциями на топливных элементах».

Собравшимся были представлены схемы вроде бы обычной электростанции. На них были условно обозначены парогенератор, турбины − паровая, газовая…

—      Нет, схожесть эта обманчива,− сказал докладчик.− Смотрите: уголь не сжигается сразу, а в виде пыли подается в газогенератор. В нем под действием кислорода и водяных паров образуются горючие газы. Это и есть топливо для нашей электростанции.

—      Но какой в этом прок? − был задан вопрос.− Мы ждем от электростанции энергии, а тут все наоборот: на превращение угля в газ нужно затратить уйму тепла, той же энергии!

—      Энергию с лихвой возвратят нам топливные элементы…− возразил докладчик.

Позже автору удалось познакомиться и побеседовать с докладчиком − Рустамом Беровичем Ахмедовым, первым заместителем директора Государственного научно-исследовательского института (ЭНИН) имени Г. М. Кржижановского, доктором технических наук, профессором. Побывать в ЭНИНе.

—  Нас, энергетиков, очень заинтересовали топливные элементы,− сказал Ахмедов.− Тут, казалось бы, есть шанс убить сразу трех зайцев: вернуться к углю, сделать энергетику экологически чистой (электрохимическое сжигание в кислороде воздуха водорода и угарного газа − продуктов газификации угля − дает лишь воду и углекислоту) и высокоэкономичной. Для этого наш институт и занялся предварительной комплексной оценкой перспектив создания электростанций (ЭС) на топливных элементах (ТЭ)…

Дело это было для энергетиков новым, непривычным. Оно потребовало инициативы, сметки, творческого подхода, синтеза ряда энергетических идей. Важно было не просто логически продумать этот необычный проект, но и провести его оптимизацию. Но недаром ЭНИН занимается лишь перспективной энергетической техматикой (солнечная, геотермальная и другие новинки), настроен на все новое, головной по этим проблемам. Сотрудники института в короткие сроки проработали и проект с топливными элементами.

В творческом содружестве с исследователями из научно-производственного объединения «Квант», которые занимаются созданием топливных элементов и предоставили энергетикам всю необходимую информацию, сотрудники ЭНИНа занялись расчетами и получили следующие обнадеживающие результаты.

Оказалось, что даже сейчас на топливных элементах первого поколения кпд ЭС на ТЭ могут превышать на 5-10 процентов показатели лучших современных тепловых ЭС, что может обеспечить экономию до 20-25 процентов топлива на каждый выработанный киловатт-час электроэнергии. И это при капиталовложениях в их со­оружение только в 1,5-2 раза больших, чем при строи­тельстве традиционных ЭС. Однако с учетом высоких значений кпд и дальнейшей тенденции к снижению стоимости основного оборудования электростанции на топливных элементах уже сейчас могут рассматриваться как один из альтернативных источников энергии.

Немаловажны и другие соображения. В тепловых схемах таких электростанций может использоваться стандартное теплотехническое оборудование, проектирование и создание которого на данном этапе легко реализуемо.

Я при встрече напомнил Ахмедову про аналогичные работы, которые ведутся сейчас в США.

— Есть большая разница между американскими работами и нашей,− сказал Ахмедов,− Установка в США рассчитана на демонстрацию, рекламу, на привлечение в это дело частного капитала. Предполагалось, что топливом в ЭС будет нефть или природный газ. По этим и по другим причинам электроэнергия, которую вырабатывают в ней десятки электрохимических колонн, еще очень дорога. Ясно, такие устройства годны лишь для специальных применений. Мы же взяли курс на уголь и на Большую энергетику (станции от 500 до 3000 мегаватт), а потому старались сделать ЭС на ТЭ конкурентоспособными с традиционными теплоэнергоустановками. В основу проекта мы положили следующий, как нам кажется, правильный принцип. Музыку, так сказать, заказывает топливный элемент − наиболее эффективная в смысле преобразования энергии, но в то же время и наиболее дорогостоящая пока часть. Именно ТЭ диктуют, каков должен быть окружающий их энергетический антураж. Нами просчитаны различные варианты: топливные элементы, действующие с кислыми, щелочными электролитами, с расплавами. И вот взгляните сами (Рустам Берович придвинул ко мне стопку чертежей): при изменении типа ТЭ существенно меняется и вся энергетическая конструкция. К сожалению, топливные элементы еще не умеют кормиться углем. Эти, в общем-то, всеядные создания пока всему предпочитают в качестве топлива газы, особенно водород. Поэтому в нашей схеме и стоит газогенератор. Но ту энергию, которую вынуждены здесь потратить, мы (и тут коренное отличие нашего проекта от американского) хотим практически полностью вернуть. Взять буквально каждую калорию на учет. Синтез-газ (смесь водорода, угарного газа и других примесей) получается при температурах 1500-1600 градусов Цельсия, таким образом, он обладает не только химической, но и большой тепловой энергией. Топливные же элементы для своей работы требуют температур гораздо более низких. Потому в схеме и представлены паровая и газовая турбины: «каскадированный» метод решения позволяет последовательно превращать тепло охлаждающегося газа в электроэнергию. И в общем балансе топливные элементы дают 50-70 процентов…

Начато большое, перспективное дело. При расчетах в качестве продуктов газификации в энергетическом проекте были взяты угли типа тех, которые добываются под Красноярском в гигантском Ирша-Бородинском угольном разрезе. Такое богатство Сибири, как бурые угли КАТЭКа, обладающие большой зольностью и низкой теплотворной способностью (сжигать их обычными мето­дами дело сложное), могло бы стать полигоном для ЭС на ТЭ. Но где бы они ни начали работать, первый, может быть, самый важный шаг сделан. Энергетики ЭНИНа доказали принципиальную возможность создания экономичных рентабельных электростанций на топливных элементах.

Добро пожаловать, электрохимическая энергетика!