ОБЗОР АКТУАЛЬНЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ В ОБЛАСТИ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКИ

В настоящее время теплоэнергетика занимает одну из ведущих позиций в энергетике нашей страны. Она присутствует в таких отраслях, как сельское хозяйство, промышленность, бытовая промышленность. По данным статистики, которые приводит в своей статье [1] Семенов В.С., 70% от всего объема, произведенной электроэнергии на электрических станциях, приходится на тепловую энергетику. Однако, необходимо отметить, что на сегодняшний день наблюдается очень высокий процент износа энергетического оборудования (основной износ мощности в электроэнергетике составляет около 65%), что сказывается как на производительности станций, так и на экологии в целом. Все это обуславливает необходимость проведения исследований, нацеленных на поиск новых более эффективных и экологичных способов получения энергии.

На данный момент проводится достаточно большое количество исследований, ориентированных на поиск способов увеличения коэффициента полезного действия (КПД) станций с одновременным снижением потребления топлива. По мнению ряда экспертов [2, 3], повысить КПД производства электрической энергии из тепловой можно за счет исключения из данного процесса промежуточного этапа преобразования в механическую работу. Но в настоящее время, существующие опытные установки обладают очень низкой мощностью, малым временем работы, низким КПД, а также зависят от ряда внешних факторов (от временных до погодных условий).

Достаточно недавно для решения вопроса повышения КПД был разработан перспективный метод получения энергии – парогазовые и газотурбинные установки тепловых электростанций. Они позволяют повысить КПД до 58%, что значительно выше КПД установок используемых на большинстве станций. Также данные установки обладают высокой надежностью и позволяют уменьшить объемы вредных выбросов в атмосферу в 3 раза [4]. На данный момент в нашей стране такие установки есть в г. Санкт-Петербург на Северо-Западной ТЭЦ, в Тюмени на ТЭЦ-1 и электростанция в г. Сочи.

Вторым немаловажным направлением проводимых исследований в области теплоэнергетики является снижение пагубного воздействия на окружающую среду с одновременным повышением объемов вырабатываемой энергии. Результаты исследований за последние годы, о которых говорится в статье [3], показали, что повышение экологичности выработки энергии может быть достигнуто не только за счет создания новых технологий, а также при использовании традиционных схем сжигания органического топлива на станциях с паротурбинными блоками. Они могут быть применены при использовании малотоксичных горелок. Разработка таких горелок широко и достаточно успешно велась за рубежом. Отечественным же специалистам в связи с отсутствием крупных огневых стендов, не удалось создать достаточно эффективные малотоксичные горелки, на что указывается в статье [5].

Помимо вышесказанного на сегодняшний день широко обсуждаются вопросы разработки станций, позволяющих получать энергию из альтернативных источников. Существует два наиболее обсуждаемых и грандиозных проекта в данной области. Одним из них является открытие М.В. Стекольщикова, связанное с использованием эндотермического цикла, позволяющего добывать энергию за счет самоохлаждения воды. Данный процесс позволяет использовать в качестве источника энергии солнечную энергию, концентрирующуюся в гидросфере и атмосфере, что позволит избежать вредных выбросов в атмосферу, отказавшись от сжигания топлива и повысить производительность электроэнергии вследствие более высокого КПД. Доказательством данного открытия является решение уравнения Гиббса-Гельмгольца для эксергии.

Разработанный цикл, как утверждает М.В. Стекольщиков [6], может быть использован везде, где есть теплый воздух и вода. Так, в воде присутствует скрытое тепло, которое может быть использовано для получения эксергии. При этом совместное производство эксергии и холода может быть осуществлено за счет гидросферы или любых других объектов и сооружений, выделяющих тепло. Применение открытия возможно для обогрева домов и выработки электроэнергии, помимо этого возможна разработка двигателей для водного транспорта с двигателями, разработанными на базе рассматриваемого принципа. Но это возможно исключительно для водного транспорта. Автомобили могут быть полностью переоборудованы в электромобили. Необходимо отметить, что разработка нового оборудования для целей генерации электроэнергии и тепла не потребуется, необходимо только модернизировать уже существующее.

Еще одним, но не менее масштабным направлением развития теплоэнергетики и энергетики в целом, является геотермальная энергетика, основанная на использовании тепла горячих подземных вод. На данный момент в ряде стран мира таких как США, Австралия, Англия, Франция и Япония уже используется несколько геотермальных систем, причем в Соединенных штатах Америки уже присутствует станция, производящая 1,3 МВт энергии, отдавая ее в систему. В дальнейшем также прогнозируется переход к петротермальной энергетике, использующей тепло сухих пород, расположенных на глубине от 3 до 10 км, где температура достигает 350^оС и, по оценкам ряда специалистов, является неисчерпаемым источником тепла. Стоит отметить, что в США уже имеется официальный план по развитию петротермальной энергетики, а также опытные станции, что доказывает практическую реализуемость рассматриваемого источника энергии.

Но не смотря на практическую возможность реализации петротермальных станций, присутствует ряд трудностей в использовании подземных источников энергии. В первую очередь для России это отсутствие наиболее полной и подробной информации о местах, где может быть установлена станция. На данный момент известно о присутствии проницаемых пород только на Северном Кавказе. Также представляет достаточно высокую трудность бурение достаточно глубоких скважин, что является и энерго, и ресурсозатратным процессом.

Таким образом, подводя итог вышесказанному, можем сделать вывод о том, что на данный момент, как в нашей стране, так и во всем мире ученые широко заинтересованы в вопросах поиска новых, более экологичных источников энергии, проводится большое число исследований и разработок. Но, к сожалению, несмотря на то, что российские ученые вносят достаточно весомый вклад в исследования данного вопроса, имеется еще множество проблем, препятствующих и замедляющих процесс исследований и опытного внедрения разработок – это, как и недостаток финансирования, так и ряд различных физических и юридических ограничений в возможностях проведения исследований. При этом, ученые продолжают развивать уже существующие технологии, стараясь повысить производительность установок с одновременным снижением пагубного влияния на окружающую среду.

Список литературы:

1. Семенов В.С., Бейльман А.В., Трифанов И.В. Способы прямого преобразования тепловой энергии в электрическую [Электронный ресурс] : Актуальные проблемы авиации и космонавтики. 2015. № 11. С. 124-126. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/sposoby-pryamogo-preobrazovaniya-teplovoy-energii-v-elektricheskuyu (дата обращения: 28.09.2019)
2. Воропай Н.И., Сендеров С.М. Энергетическая безопасность: состояние, проблемы и опыт исследований [Электронный ресурс] : Современная наука: исследования, идеи, результаты, технологии. 2015. № 2 (15). С. 18-24. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=26397561 (дата обращения: 28.09.2019)
3. Трачук К.В. Современные исследования проблем энергетической безопасности: теоретические аспекты [Электронный ресурс] : Вестник МГМО Университета. 2015. № 4. С. 219-225. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/sovremennye-issledovaniya-problem-energeticheskoy-bezopasnosti-teoreticheskie-aspekty (дата обращения: 30.09.2019)
4. Киселёв Б.Ю., Шепелев А.О., Лысенко В.С., Киселёв Г.Ю., Бубенчиков А.А. Энергетическая эффективность парогазовых установок [Электронный ресурс]: Технические науки. 2016. № 3. С. 113-115. URL: https://research-journal.org/technical/energeticheskaya-effektivnost-parogazovyx-ustanovok/ (дата обращения: 28.09.2019)
5. Котлер В.Р. ОАО «ВТИ» Снижение эмиссии оксидов азота при внедрении на котлах технологических методов [Электронный ресурс] : Новые инновационные технологии в энергетике. 2014. № 1. С. 219-225. URL: https://www.krasnoyarsk.startbase.ru/knowledge/articles/164/ (дата обращения: 30.09.2019)
6. Stekolschikov M.V., Method for the fuel-free cyclic generation of mechanical work and cold. WIPO Patent Application WO/2011/119074., RU2011/000206, September 29, 2011.