6.6. Инновационные технологии в сфере газовой генерации

По прогнозам МЭА доля газовой генерации энергии считается стабильной и составляет от 23 до 28 % в период до 2050 г.

самые современные газотурбинные установки при максимальной температуре рабочего тела 1400–1500 °С имеют КПД брутто около 40 % (температура газов на выхлопе составляет 500–600 °С). Дополнительное повышение эффективности производства электроэнергии из природного газа возможно путем использования более высокопроизводительных газовых турбин. По циклу Карно для роста КПД необходимо использовать все более высокие температуры рабочих газов (за рубежом прорабатываются возможности увеличения температуры до 1700 °С), идущих в турбину, а расширение мощности неизбежно влечет за собой увеличение габаритов турбины и, как следствие, увеличение размеров лопаток. При этом должен обеспечиваться надежный теплосъем с габаритных лопаток при высоких температурах.

Путь, по которому развиваются ГТУ, основан на интеграции в высокотемпературной газовой турбине надежного высокопрочного лопаточного аппарата большого срока службы, обладающего высокими аэродинамическим совершенством и длительной прочностью, и компактного теплообменника с высоким коэффициентом теплопередачи и низким гидравлическим сопротивлением на обеих сторонах. Развитие по указанному пути идет в нескольких направлениях:

• разработки и создания новых жаростойких жаропрочных материалов с большей допустимой температурой Тс - металлических сплавов с монокристаллической структурой, конструкционной керамики и композитов, углеграфитов и углекомпозитов и др.;

• разработки новых способов и систем охлаждения - заградительного вместо конвективного (пленочного, пористого), парового, квазииспарительного и др.;

• разработки новых конструктивных схем охлаждаемых высокотемпературных элементов BГT - оболочковых и гильзовых лопаток, гибридных металлокерамических лопаток, деталей с термобарьерными и защитными покрытиями и др.

Комбинированный парогазовый цикл

В настоящее время наиболее эффективным и технологически реализуемым представляется комбинированный парогазовый цикл, основанный на использовании каскадов газовых, сверхкритических и докритических паровых турбин.

Эта технология уже представлена на рынке, поэтому рост ее применения может иметь большое значение в краткосрочной, а также среднесрочной (до 2030 г.) перспективе. Однако, поскольку стоимость топлива в общих затратах на генерацию для технологии составляет от 60 до 85 % (что значительно выше, чем у других технологий выработки энергии), принципиальным препятствием к дальнейшему ее распространению является неопределенность цен на газ.

Продукты сгорания природного газа также содержат твердые частицы (при горении образуется сажа), однако оптимизация процессов горения позволяет уменьшить концентрацию сажи до допустимого уровня. Удельные выбросы СО₂ на 1 кВт при NGCC в 2 раза ниже, чем при сжигании угля, так как природный газ менее углеродоемкое топливо, а новейшие парогазовые станции обладают КПД около 60 %. Для дальнейшего повышения КПД газовых установок необходимо будет использовать новые материалы, которые способны выдержать более высокие температуры.