3.2. Проблемы транспорта энергоносителей

На сегодня наиболее широко развит транспорт трех видов энергии [8]:

химической, запасенной в массе органических топлив;

тепловой, содержащейся в веществе, имеющем температуру, превышающую температуру окружающей среды;

электрической, переносимой потоком электронов по токоведущим элементам линий электропередачи (ЛЭП).

Эффективность транспорта топлива тем выше, чем больше его энергоемкость или теплотворная способность. Здесь пальма первенства принадлежит природному газу (12-13 тыс. ккал/кг), затем следуют нефть (около 10 тыс. ккал/кг), каменный уголь (4,5-6,5 тыс. 13 ккал/кг), бурый уголь (2-4 тыс. ккал/кг).*[11] Горючие сланцы и торф относятся к категории низкосортных местных топлив, которые не выгодно транспортировать на большие расстояния.

В мировых масштабах на сегодня на первом месте по объемам транспорта находится нефть. В сыром виде она транспортируется на перегонно-очистительные; заводы, где разделяется на фракции, которые затем доставляются потребителям. Применительно к сырой нефти, в основном, используются два вида транспорта - по трубопроводам и с помощью танкерного флота по морям. В последнем случае на сырую нефть приходится около 70% общего объема перевозок, а 30% - на нефтепродукты.

Технические проблемы, характерные для трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов - создание коррозионностойких металлических труб большого диаметра и повышение производительности и надежности нефтеперекачивающих станций. Эффективность перевозки нефти по морям увеличивается с ростом ее дальности и с увеличением грузоподъемности танкера. Отсюда вытекает тенденция к созданию все более крупных и мощных нефтеналивных судов, вмещающих 500-800 тыс. т нефти.

Транспортировка газа с технической точки зрения аналогична перекачке нефти по трубопроводам. В мировых масштабах сегодня около 60% добываемого газа передается по газопроводным магистралям на расстояния, достигающие подчас нескольких тысяч километров. Оставшиеся 40% транспортируются в сжиженном состоянии по трубопроводам (на относительно короткие расстояния) или с помощью танкеров, оборудованных рефрижераторными установками. При передаче по газопроводам технические сложности связаны с необходимостью предварительной очистки газа от твердых и жидких примесей, с обеспечением компрессорными станциями величины давления (5,0-5,5 МПа), с обнаружением утечек газа на магистрали, с созданием труб высокой прочности и герметичности, способных работать при достаточно низких температурах окружающей среды (до 50-60 градусов ниже нуля), с трудностью прокладки в условиях вечной мерзлоты.

Преимущество перекачки газа в сжиженном состоянии заключается прежде всего в значительном увеличении плотности потока (по сравнению с газом), а следовательно, в росте пропускной способности магистрали (в 4-5 раз). Однако, как и всякое новое качество, оно не дается бесплатно, поскольку поддержание газа в жидкой фазе требует установки дорогого рефрижераторного оборудования, что, в свою очередь, приводит к увеличению стоимости передачи единицы энергоносителя. Аналогичная проблема возникает и в случае использования специальных танкеров. И несмотря на это, объемы транспорта газа в сжиженном состоянии постепенно, но неуклонно возрастают.

В настоящее время транспорт угля в основном производится по железным дорогам. Стоимость перевозки определяется техническим оснащением железнодорожной сети (грузоподъемностью вагонов, скоростью движения, степенью механизации погрузочно-разгрузочных работ и т.п.). Эффективность железнодорожного транспорта угля растет с увеличением его калорийности. Перевозка низкосортных углей, содержащих большое количество примесей и влаги, оказывается невыгодной по сравнению с сжиганием их вблизи места добычи на электростанциях и последующей передачей электроэнергии к центрам потребления.

Конкурентом перевозки угля по железной дороге может выступить его транспорт по трубопроводам в размельченном состоянии и в смеси с водой, т. е. в виде пульпы. Этот способ пока не нашел широкого применения из-за ряда технических трудностей, связанных с созданием установок по приготовлению пульпы и, в особенности, ее обезвоживанию; с обеспечением требуемой скорости прокачки и т.д. Эффективность этого вида транспорта угля повышается с увеличением диаметра труб и количества перемещаемого в единицу времени энергоносителя. Естественно, как и в предыдущих случаях (транспорт нефти и газа), возникает задача определения областей экономически целесообразного применения возможных способов транспорта угля, хотя в мировой практике уже имеются единичные примеры создания промышленных пульпопроводов.

Передача тепловой энергии в виде горячей воды и пара эффективно осуществляется лишь на сравнительно небольшие расстояния в связи с тем, что без специальной тепловой изоляции трубопроводов температура теплоносителя в пунктах потребления тем ниже, чем протяженней теплотрасса. Это связано с рассеянием тепла в окружающую среду, причем тем в большей степени, чем больше разность температур теплоносителя и окружающей среды, в качестве которой в большинстве случаев выступает естественный грунт. Развитие теплофикации крупных промышленных центров, где источниками тепловой энергии являются теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) или районные котельные (районные станции теплоснабжения - РТС), выдвинуло задачу создания разветвленных теплосетей. Сегодня диаметр магистральных теплопроводов достиг 1200-1400 мм при мощностях 800-1000 Гкал/час. Вместе с тем, масштабы передачи тепловой энергии по сравнению с мировыми объемами транспорта органических энергоносителей пока еще весьма незначительны.

Техника передачи электрической энергии развивается с 80-х годов прошлого столетия очень быстрыми темпами. Это объясняется рядом положительных свойств электроэнергии в отношении транспортабельности - высокий КПД ЛЭП, легкость отбора мощности, удобство распределения по территории и т.п. Развитие шло по пути увеличения дальности и мощности, передаваемой по единичной линии. Это, в свою очередь, требовало роста номинального напряжения ЛЭП. На сегодня у действующих линий оно достигло 1100-1200 кВ и рассматривается техническая возможность создания линий класса 1800-2500 кВ [9]. Протяженность некоторых ЛЭП превышает 1000 км.

Эти цифры относятся к воздушным линиям (ВЛ) электропередачи. Вместе с тем, в ряде случаев их сооружение оказывается нецелесообразным по экономическим, эстетическим и архитектурно-планировочным соображениям. Особенно это характерно для систем электроснабжения густонаселенных районов, где стоимость отчуждаемой под трассу ЛЭП территории достаточно высока. При этом в качестве конкурирующих вариантов выступают линии "закрытого типа" (кабельные). Поскольку токоведущие элементы таких линий заключены в герметичную оболочку, то по сравнению с ВЛ условия отвода тепла, выделяющегося в этих элементах (жилах кабеля) при протекании электрического тока, значительно хуже. По этой причине нагрузочная способность кабельной линии в общем случае меньше, чем воздушной, и встает задача ее увеличения, решение которой рассматривается по трем нетрадиционным направлениям [10]:

* применение принудительного охлаждения водой или маслом (кабельные линии с форсированным охлаждением);

* применение в качестве электрической изоляции сжатого газа (газоизолированные линии);

применение сверхчистых и сверхпроводяпщх материалов и их охлаждение до низких температур (криогенные линии).

Идея беспроводной передачи на Землю больших количеств энергии из космического пространства от источника электромагнитного излучения сверхвысокой частоты (2-3 тыс. МГц) в настоящее время находится в стадии, далекой от технической реализации. Препятствием является высокая стоимость проекта и достаточно низкая техническая эффективность этого способа, связанная прежде всего с малым КПД серии преобразователей энергии солнечного излучения в переменный ток стандартной частоты (50-60 Гц).

Подводя итоги рассмотрения техники транспортировки химической, тепловой и электрической энергии, можно констатировать, что на современном этапе и в перспективе не существует непреодолимых технических проблем, которые могли бы ограничить масштабы передачи этих видов энергии от источников к потребителям. Вместе с тем, неодинаковая эффективность различных способов транспорта энергии заставляет исследователей работать не только над их совершенствованием, но и над новыми альтернативными проектами (например, промышленное получение водорода, его передача по криогенным трубопроводам и использование в качестве топлива).