Часть 2. Направления технического прогресса в энергетике

Тепловые электростанции. ТЭС на природном газе. Среди энерготехнологий на природном газе фаворитами во всем мире являются парогазовые установки, совмещающие высокую топливную (тепловую) экономичность со сравнительно невысокой стоимостью. Их единичная мощность достигла 400 - 500 МВт, а КПД 57 - 58 %. Разработаны ПГУ с КПД более 60%.

При дальнейшем развитии ГТУ и включении в энергетический цикл надстройки с топливными элементами возможно повышение КПД производства электроэнергии до 70 % и более.

Небольшие ГТУ и топливные элементы достаточно экономичны при использова­нии в децентрализованных системах энергоснабжения, как правило, для комбиниро­ванного производства электроэнергии и тепла.

Угольные ТЭС. КПД паротурбинных блоков мощностью 400 - 1100 МВт, постро­енных в последние годы в Европе и Японии и работающих на пылеугольном топливе, достиг 44 - 45 %. Экономичность возросла за счет совершенствования оборудова­ния, тепловой схемы и повышения параметров: давления пара перед турбиной до 260 - 300 кг/см² и температуры перегретого пара до 580 - 610°С.

Повышение экономичности достигнуто без существенного удорожания установки в результате применения более совершенной технологии изготовления. Удельная сто­имость установок на суперкритических параметрах пара приближается к стоимости ТЭС с давно освоенными энергоблоками на сверхкритических параметрах.

В результате совершенствования процессов сжигания и систем очистки уходящих газов паротурбинные блоки на угле могут удовлетворять самым строгим требовани­ям по выбросам в окружающую среду золы, окислов серы и азота. Стоимость газо­очистных систем после их освоения в эксплуатации существенно снизилась.

Европейское экономическое сообщество финансирует, например, разработку перспек­тивного "энергоблока 2010 г.", на котором с использованием никелевых сплавов темпе­ратура пара будет повышена до 700 - 720°С, а КПД (нетто) составит 52 - 55 %.

В паровых установках меньшей мощности, работающих на низкокачественных вы­сокозольных углях, широко используются котлы с циркулирующим кипящим слоем. С их помощью можно эффективно сжигать такие угли, обеспечивая удовлетворительные выбросы без применения очистных систем.

За рубежом активно разрабатываются ПГУ на угле с прямым сжиганием его в кипящем слое под давлением, с газификацией угля и глубокой очисткой искусствен­ного газа. КПД 50 - 52 %.

Атомные электростанции

Основными направлениями НТП в атомной энергетике являются следующие:

• расширенное внедрение атомной теплофикации в районах с суровыми климати­ческими условиями для снижения потребности в органическом топливе и экологи­ческой нагрузки на территорию на базе ЯЭУ малой мощности и повышенной безо­пасности (в том числе в подземном исполнении);

• создание транспортных (в т.ч. плавучих) атомных энергоисточников;

• совершенствование проектов традиционного типа в целях повышения их безопасности и эффективности использования ядерного топлива;

• создание нового поколения ядерных энергетических установок с улучшенны­ми характеристиками топливного цикла, обладающих свойствами естествен­ной самозащищенности, на базе ядерных реакторов на быстрых нейтронах со свинцовым теплоносителем, а также установок повышен­ной безопасности на базе реакторов с водным теплоносителем средней мощно­сти;

• создание технологий малоотходной переработки ядерного топлива с радиационно-эквивалентным захоронением радиоактивных отходов (в том числе для раз­мещения в едином территориальном комплексе с АЭС);

• внедрение прогрессивных технологий обслуживания и ремонта АЭС с широким использованием агрегатной замены оборудования, привлечением к работам за­водов-изготовителей и энергосервисных подразделений;

• расширение работ по внедрению прямых методов преобразования тепловой энер­гии ядерных реакторов в электрическую (проект "Топаз");

• участие в международных проектах, направленных на решение стратегических задач атомной энергетики (международный проект создания термоядер­ного реактора, международный проект создания модульного гелийох-лаждаемого реактора с газовой турбиной);

• расширение НИР и ОКР по вовлечению в ядерный топливный цикл тория и ору­жейного урана (МОХ-топливо);

• продление назначенного срока службы действующих энергоблоков до 40 - 50 лет.

Электрические сети

В передаче и распределении электрической энергии выделяются следующие про­грессивные направления.

1. Внедрение компактной, экологичной и надежной техники и энергоустановок, как правило, не требующих ремонта в течение срока службы:

• блочных долговечных подстанций с комплектующим оборудованием из перс­пективных компонентов;

• экономичных динамически устойчивых трансформаторов с нешихтованными магнитопроводами;

• газонаполненных, вакуумных или полупроводниковых коммутационных аппа­ратов;

• газонаполненных измерительных трансформаторов тока и напряжения;

• герметизированных изолирующих конструкций;

• стабилизирующих устройств с компактными щитами в схемах оперативного тока;

• воздушных линий электропередачи всех классов напряжений без изолирующих подвесок с опорами из электроизоляционных материалов;

• воздушных линий распределительных электрических сетей с самонесущими изо­лированными и защищенными проводами;

• микропроцессорных устройств релейной защиты и автоматики;

• совершенных средств связи и телемеханики с волоконно-оптическими каналами связи.

2. Внедрение высокоэффективных способов передачи электроэнергии:

• компактных воздушных линий электропередачи высокой пропускной способно­сти;

• линий электропередачи с повышенными характеристиками проводов по несу­щей способности и обладающих сверхпроводимостью при температуре окружа­ющей среды;

• кабельных линий электропередачи высокого напряжения с изоляцией из сшитого полиэтилена.

3. Автоматизация производственных процессов (тестирование электроустановок в процессе работы; распределение электроэнергии на всех уровнях напряжения и лока­лизация повреждений в электроустановках; управление потреблением; определение мест возникновения повреждений в электроустановках лазерным сканированием, дефектографированием линий электропередачи и др.).

Системы теплоснабжения.

Среди направлений технического прогресса в системах теплоснабжения выделя­ются следующие:

• внедрение комбинированного цикла ПГУ-ТЭЦ на вновь строящихся и реконст­руируемых теплоисточниках;

• использование нетрадиционных возобновляемых источников энергии (солнечная, геотермальная энергия, биоэнергия);

• сооружение атомных станций теплоснабжения (ACT), в том числе подземных, мощностью 500 - 1000 Гкал/ч;

• сооружение АТЭЦ средней мощности (до 1000 мВт);

• реконструкция котельных под мини-ТЭЦ (установка противодавленческих тур­бин);

• использование газотурбинных и дизельных установок малой и средней мощнос­ти для совместного производства тепловой и электрической энергии;

• применение тепловых насосов в районных системах теплоснабжения, использу­ющих тепло сточных вод, водоносных слоев, промышленных сбросов, геотер­мальных вод;

• постепенный переход с открытых систем теплоснабжения на закрытые с установ­кой пластинчатых теплообменников непосредственно в зданиях у потребителя;

• создание передвижных диагностических лабораторий для исследования фи­зического состояния теплоэнергетического оборудования и трубопроводов тепловых сетей, обнаружения утечек и контроля параметров теплоносителя;

• применение новых технологий изготовления и восстановления внутренних по­верхностей труб сетей теплоснабжения, теплообменных аппаратов, котельного оборудования; внедрение надежных и экономичных автоматизированных узлов управления си­стемами теплоснабжения зданий взамен традиционной технологии через элева­торные узлы;

- применение терморегулирующей аппаратуры в системах отопления жилых и об­щественных зданий;

- повышение теплозащитных характеристик существующих и вновь строящихся зданий путем применения энергоэффективных стеклопакетов с использованием вакуумного покрытия на оптически прозрачной полимерной пленке; теплосбере­гающего стекла с заполнением внешней камеры аргоном; двух- и трехслойных стен с утеплителем в качестве внутреннего или среднего слоя.