Глубинное тепло Земли

Лауреат премии «Глобальная энергия» академик Сергей Алексеенко считает, что наиболее перспективные направления научных работ в области энергетики — повышение эффективности использования органического топлива, развитие ВИЭ и создание более эффективных источников хранения энергии
Глубинное тепло Земли
Лауреат Международной энергетической премии «Глобальная энергия» 2018 года академик РАН Сергей Алексеенко
Из архива С.В. Алексеенко

В начале июня в Москве были названы имена лауреатов Международной энергетической премии «Глобальная энергия». В 2018 году высокой награды удостоены ученые из России и Австралии: академик РАН Сергей Алексеенко — за исследования в области теплофизики, закладывающие основу для создания современного энергосберегающего оборудования, и профессор Мартин Грин — за технологии в фотовольтаике, повышающие экономичность и эффективность солнечных элементов. В этом году «Глобальная энергия» нарушила многолетнюю традицию и не стала привязывать свои торжественные мероприятия к Петербургскому экономическому форуму, а само вручение премии состоится в октябре, в рамках Международного форума «Российская энергетическая неделя». Лауреаты 2018 года получат золотые медали, нагрудные значки, дипломы и поделят премиальный фонд в 39 млн рублей.

Лауреаты были определены на заседании Международного комитета по присуждению премии. В его состав входят 20 экспертов из 13 стран мира. На пресс-конференции они подвели итоги 16-го номинационного цикла, отметив, что в борьбе за звание лауреатов приняли участие 44 ученых из 14 стран. Большая часть номинационных представлений приходится на область возобновляемой энергетики (34,09%). На втором месте — разведка, добыча, транспортировка и переработка топливно-энергетических ресурсов (15,91%). Исследования в области ядерной энергетики (13,64%) замыкают тройку лидеров.

Научному руководителю новосибирского Института теплофизики Сергею Алексеенко награда присуждена «за подготовку теплофизических основ для создания современных энергетических и энергосберегающих технологий и их применение при модернизации электростанций, мусороперерабатывающих предприятий, а также разработку концепций охлаждения различной техники: от мощных вычислительных систем до атомных электростанций». Его работы по моделированию процессов горения газа, угля и другого топлива, в том числе твердых бытовых отходов, позволяют строить экологически безопасные тепловые электростанции, ученый известен как исследователь и разработчик вихревых технологий в энергетике. Помимо этого Сергей Алексеенко — активный сторонник развития гео- и петротермальной энергетики (с использованием высоких глубинных температур недр Земли). Ученый убежден, что это еще один возобновляемый источник энергии, который позволит обеспечить энергопотребности человечества. Обо всем этом он рассказал в интервью «Стимулу».


Сергей Владимирович, как бы вы сами определили, за что вас наградили премией «Глобальная энергия»?

— Мне очевидно, что я получил премию по совокупности достижений в теплофизике, в физических исследованиях, которые связаны с энергетикой. То есть в этом смысле спектр научных работ очень широкий. Хочу сразу напомнить, что я представляю академический институт — Институт теплофизики. И то, чем мы занимаемся, можно определить так: это теплофизические основы энергетических технологий.

АЛЕКС КУТЕЛАДЗЕ.png
Самсон Семёнович Кутателадзе советский физик, специалист в области теплофизики, гидродинамики газожидкостных систем, проблем энергетики. Академик АН СССР
Wikipedia

То есть как правильно передать тепло на стенку чайника, чтобы он эффективно работал.

— Совершенно верно. А вот как чайник сделать — это уже забота инженерных компаний. В этом смысле академическая наука сильно отличается от производства. Если бы премию давали конкретно за выпуск продукции, например за новые турбины, то мы бы ее точно не получили, потому что мы занимаемся процессами конвективного теплообмена, термодинамическими процессами, излучением, аэрогидродинамикой, плазмой и так далее. Другое дело, что без нашей работы не создать новых более совершенных энергосберегающих и экологически чистых технологий. В этом принципиальное отличие между академической наукой, производством и внедрением. Но, к сожалению, у нас в инновационной сфере почти исчезла прослойка между академической наукой и практикой. Раньше этим занимались отраслевые институты и КБ. Теперь их осталось очень мало.

Но вы выпускаете те же тепловые насосы, другое оборудование, и, в представлении многих, у вас один из самых финансово успешных институтов.

— Но это не в Институте теплофизики. Да, есть компании при институте. Даже не при институте, они независимые. Но исследования проводятся в институте, а компания выпускает тепловые насосы. И это совершенно разная специфика деятельности. Нам платят за исследования, за то новое, что мы предлагаем и что потом можно использовать на практике. Это я хочу особо подчеркнуть. И, кстати, этим компаниям не удается особенно сильно развернуться на выпуске такой продукции. Есть фундаментальные исследования, где мы весьма успешны. А потом идет практика, где успешных примеров, к сожалению, не так много. Мы единственные в России разработчики тепловых насосов. А потребность — одно-два устройства в год. Конечно, тут уже другая проблема: к сожалению, потребность в инновациях в России пока слаба. Любая инновация — это гигантский риск. И у нас даже серьезные компании с трудом идут на использование новых технологий. Например, возобновляемые источники у нас почти не востребованы. Любой разговор с любым заводом или энергетической компанией завершается следующим: «Если у вас есть готовая технология, мы у вас купим. Если вы предлагаете исследование, то до свидания, мы ждем технологии». И вопрос, кто же будет заниматься передачей тех новых знаний, которые получены при фундаментальных исследованиях, кто их будет превращать в готовую технологию? Мы этого сделать не можем, у нас нет КБ, у нас даже инженеров-разработчиков нет. Сейчас отсутствие отраслевых институтов и КБ пытаются компенсировать созданием технопарков, скажем, то же Сколково. Есть технопарк у нас в Академгородке, Академпарк. Но дело в том, что они не восполняют эту нишу. В Академпарке в основном работают малые компании, их сферы IT, материаловедения, биотехнологий, приборостроения. А большая промышленность не поддерживается в инновационном плане.

magnifier.png Есть фундаментальные исследования, где мы весьма успешны. А потом идет практика, где успешных примеров, к сожалению, не так много. Мы единственные в России разработчики тепловых насосов. А потребность — одно-два устройства в год

Еще одна особенность: у нас очень слабое финансирование в том смысле, что не финансируются как раз те исследования, которые приводят к конечным разработкам. Я специально сравнил финансирование научных исследований и институтов в России и в США именно по новым направлениям энергетики, когда анализировал возможности реализации Стратегии научно-технологического развития Российской Федерации. Сравним Институт теплофизики с национальной лабораторией Ок-Ридж (Oak Ridge National Laboratory), принадлежащей Департаменту энергетики США. Правда, эта структура гораздо больше нашего института, я поэтому пересчитывал бюджеты в расчете на одного работающего. Итак, в Институте теплофизики, который считают хорошо зарабатывающим, на каждого сотрудника приходится один миллион рублей. А на сотрудника Ок-Риджа — двадцать миллионов рублей. Вы, конечно, можете сказать, что у нас жизнь дешевле. А ничего подобного. Дело в том, что мы пользуемся теми же самыми приборами, что и американцы. Нам они еще дороже обходятся с доставкой. Мы ездим на международные профессиональные конференции. Взносы на участие те же самые, стоимость билетов еще и выше. В итоге мы в двадцать раз беднее их.

В чем большой плюс этой лаборатории при Департаменте энергетики? По результатам исследований они, имея такие средства, могут сразу начать создавать пилотную установку, на которую у нас вообще нет денег. Если такая установка создана, то, поскольку все это в рамках министерства, ей зеленая дорога на коммерциализацию. Уже можно и инвестиции искать, и там все это четко прописано в «дорожных картах» и целевых программах.

Тем не менее Институт теплофизики очень известен и авторитетен и в стране, и в мире, прежде всего, конечно, в научной среде.

— Я сразу могу сказать, что наш институт преуспевает по многим направлениям, что отражается и в формальных достижениях. Например, мы удерживаем передовые позиции по грантам Российского научного фонда — входили три года подряд в топ-10 организаций по всей стране, включая Московский университет. В этот рейтинг вошло только три академических института. Кроме нас это Институт биоорганической химии имени Шемякина и Овчинникова и питерский Физтех. Всё. У нас очень много грантов РФФИ. Мы лидеры по молодежным грантам президента России. Кстати, мы получили четыре премии правительства Российской Федерации подряд. В 2013 году — за вихревые технологии в энергетике. Я в этой работе тоже участвовал, а руководителем был академик Александр Иванович Леонтьев. Кстати, бывший сотрудник нашего института. Потом — за тепловые насосы. Следующая — за оптические методы диагностики, руководитель проекта — член-корреспондент РАН Дмитрий Маркович, нынешний директор Института. В прошлом году получили молодежную премию правительства за методы диагностики. Несмотря на молодость ученых, это мощная исследовательская группа, которая занимается лазерными методами диагностики структуры многофазных течений. «Побочным» эффектом их изысканий стала разработка метода ранней диагностики рака.

А как получилось, что в процессе работ по диагностике энергооборудования теплофизики вы зашли на территорию медицины?

— Первое, что делается, когда придумывается новая топка, — оптимизируются процессы, идущие внутри нее; необходимо, чтобы внутренность котла была полностью заполнена движущейся газовой средой и сгорающими частицами. Потому что если аэродинамика плохая, то у вас струя, например, из форсунки пойдет вдоль стенки, начнет набегать на нее и начнется шлакование или сильные перекосы температурного поля, что приведет к серьезным проблемам вплоть до аварийных ситуаций. Естественно, необходимо знать картину с распределением частиц: где они находятся, какая температура, возможно ли шлакование. Поэтому первое, что делается, — исследуется аэродинамика, а потом уже занимаются зажиганием, тепловыведением и так далее.

magnifier.png Сейчас отсутствие отраслевых институтов и КБ пытаются компенсировать созданием технопарков, скажем, то же Сколково. Есть технопарк у нас в Академгородке, Академпарк. Но дело в том, что они не восполняют эту нишу

И мои коллеги, исследуя эти частицы размером от микрона до десятков нанометров, научились измерять скорость осаждения микрочастиц в разных жидкостях. Это уже нанотехнологии. И в итоге оказалось, что по скорости оседания частиц можно определить размеры частиц, а по видеосъемке — их количество и концентрацию. Какое, казалось бы, это имеет отношение к диагностике в медицине? Если оценить концентрацию и размеры органических частиц в моче, то можно обнаружить связь с раковыми заболеваниями, причем на очень ранней стадии. Мы такие работы провели вместе с городской больницей, вместе с медиками из отделением урологии. Сейчас мы можем определять около десятка онкозаболеваний на уровне экспресс-анализа. Мы с помощью лазерного луча снимаем материал на камеру, обрабатываем, строим картину распределения частиц и по их размерам и концентрации определяем заболевание. Достоверность — восемьдесят пять процентов. Делать такой экспресс-анализ можно хоть каждый день. Что такое каждый день? Если на ранней стадии обнаружить онкозаболевание, то вероятность его излечения, вы знаете, почти сто процентов. Это означает, что мы почти в десять раз можем уменьшить смертность от онкологических заболеваний. Недавно нам торжественно вручали Евразийский патент за это изобретение. Все говорят: как здорово. Но пока методом никто не заинтересовался. Вот собираемся предлагать разработку китайцам.

Расскажите, пожалуйста, о других научных достижения вашего института.

— Мы следуем традициям главного нашего теплофизика, академика Самсона Семеновича Кутателадзе. Его имя носит наш институт. Но, конечно, появилось много новых направлений научных исследований. У нас разработаны оптические методы диагностики исследований вихрей и течений за лопатками гидротурбин (они используются, например, для усовершенствования гидравлического оборудования на Ленинградском металлическом заводе). Они все время совершенствуются. Недавние открытия, касающиеся явления перезамыкания вихрей в отводе, дают новые возможности контроля режимов работы гидроэлектростанций. Многие вихревые явления играют ключевую роль при разработке других перспективных энергетических технологий. В топочных камерах часто используют самые современные и эффективные горелки вихревого типа. За счет закрутки происходит распад вихря — внезапное раскрытие воздушно-топливной струи, сопровождающееся возвратным движением горячих газов к корню факела. Это обеспечивает эффективное сжигание топлива. Важно, что так можно сжигать обедненные топливные смеси с очень низким выбросом окислов азота.

magnifier.png Мы можем определять около десятка онкозаболеваний на уровне экспресс-анализа. Мы с помощью лазерного луча снимаем материал на камеру, обрабатываем, строим картину распределения частиц и по их размерам и концентрации определяем заболевание

Я сам был двадцать лет директором, до прошлого года, и курировал практически все направления исследований по энергетике и многое инициировал сам, например исследования по энергосбережению. Так, мы одними из первых в стране организовали Совет по энергосбережению. И было финансирование от Сибирского отделения РАН, и, кстати, много наших разработок пошло в жизнь. В частности, в результате реализации программы «Энергосбережение» СО РАН, подготовленной и скоординированной нами, была разработана система автоматизированного контроля и менеджмента энергоресурсов. Она позволяет в режиме реального времени рассчитывать электрические и тепловые энергопотоки, а также контролировать прием оперативных данных для регулирования баланса используемого топлива и генерируемой энергии на ТЭЦ.

Сейчас вы много занимаетесь углем. Интересно, а ведь в мире идет обратная тенденция на снижение сжигания угля, и, конечно, сильна контрпропаганда его потребления.

— Считается, что структура мировой энергетики претерпит радикальные изменения в ближайшие несколько десятилетий в результате вытеснения угля и замещения его газом и безуглеродными источниками. Но мы пока никуда от угля не денемся, мы все равно этим должны заниматься, особенно в Сибири. В Сибири в балансе выработки электрической энергии уголь занимает 86 процентов, в России в целом — около 20 процентов, тогда как в мире примерно 40 процентов. Поэтому мы просто обязаны разрабатывать новые угольные технологии для энергетики и ЖКХ.

Раньше углем в Институте теплофизики не занимались. Сейчас появился ряд новых технологий, я парочку перечислю. Например, появилось такое понятие: микроуголь. Это наша идея. В чем она заключается? На больших станциях сжигается измельченный уголь частицами размером примерно 100 микрон. Но чтобы такая частичка как можно более полно выгорела, требуются большие размеры котла. Скажем, на Березовской ГРЭС-2 высота котла 100 метров, а сечение — 24 на 24 метра, можете себе представить? Это просто монстр.

Мы предлагаем сжигать уголь с размером частичек не 100 микрон, а от 40 и вплоть до шести микрон. В чем преимущество? Во-первых, такой мелкий уголь механоактивирован — это тоже новое понятие. Механоактивация означает, что температура воспламенения уменьшается, скорость реакции больше, поэтому та же самая частица с механоактивацией будет быстрее выгорать. Если мы посмотрим на фотографии, ощущение такое, как будто горит не уголь, а газ. То есть мы не видим траектории частиц, как в обычных топках.

magnifier.png В топочных камерах часто используют самые современные и эффективные горелки вихревого типа. За счет закрутки происходит распад вихря — внезапное раскрытие воздушно-топливной струи, сопровождающееся возвратным движением горячих газов к корню факела. Это обеспечивает эффективное сжигание топлива

Есть три возможности использования микроугля. Мы можем сжигать его в газовых котельных, настолько быстро он горит. Поэтому объемов даже небольшой газовой котельной хватит, чтобы сжечь такие частицы. Второе: известно, что в больших котлах уголь нужно либо поджигать, чтобы все загорелось, либо, если уголь плохой, нужна подсветка — постоянный поджиг. Для этого используют либо газ, либо мазут. Мазут — самое дорогое топливо, к тому же еще и нехорошее в смысле экологии. В нем много серы, бензопирен есть. Мы предлагаем для поджига использовать тот же самый уголь, только сначала пропустив небольшое его количество через нашу мельницу — дезинтегратор. Этого измельченного угля с механоактивацией хватает и на подсветку, и на поджиг. Эти эксперименты мы все провели, здесь у нас главный исполнитель Анатолий Петрович Бурдуков. На Беловской ГРЭС это все опробовано. И технология полностью готова для применения на больших станциях. И третье применение, самое удивительное, — микроуголь размером шесть–десять микрон можно сжигать, вы не поверите, в газовых турбинах.

Там же лопатки превратятся в решето.

— Вот, газовики и специалисты по турбинам больше всего боятся, что какая-то частица попадет в турбину. Будет мгновенный износ лопаток. Но опыт показал, что если частица имеет размер около шести микрон, то она настолько малоинерционная, что будет следовать за газовым потоком, не взаимодействуя с лопатками турбин. Это уже доказано на опыте. Пока о коммерческом применении говорить рано, но исследования прошли, в том числе наши. Есть модели, осуществлены расчеты, выполнены опыты в лабораторных условиях. Предложены конкретные проекты, но это явно предмет будущего.

Почему это важно? Если вы сумеете сжигать микроуголь в ГТУ, то можно, например, обойтись без промежуточного процесса газификации угля с получением синтез-газа, его очисткой, и так далее. Это очень сложные и дорогостоящие процессы, и с микроуглем вы получаете существенно более высокий — процентов на десять — КПД. Десять процентов в энергетике — это колоссальная цифра.

Еще одно направление, связанное с углем, — водоугольное топливо, и здесь мы уже добились коммерческого результата.

Сжигать уголь вместе с водой тема не новая, кажется.

— Она старая, но в свое время ее не довели до ума. Потом ее вообще закрыли, потому что не смогли реализовать. Даже был трубопровод Белово — Новосибирск, 270 километров. И ТЭЦ-5 в Новосибирске была создана специально под сжигание водоугольного топлива (ВУТ) в советское время. Провели опытное сжигание, в итоге итальянские горелки работали всего семнадцать часов, они полностью за это время изнашивались. Потому что водоугольное топливо — это абразив, страшный абразив. Представьте, семнадцать часов — форсунки нет. И мы тогда участвовали в тех работах. В общем, эту тему закрыли, хотя китайцы воспользовались опытом сжигания на ТЭЦ-5 и производят ВУТ в объеме примерно 15 миллионов тонн в год. Но они не создали специальной технологии, а просто адаптировали существующие котлы под новое топливо. Недавно мы снова взялись за эту тему. Один котел в два мегаватта мы запустили в поселке Барзас, это Кемеровская область, опробовали, все нормально, причем работает он на отходах углеобогащения, без предварительной подготовки топлива. Идеально работает, но пока в опытном режиме. А новый котел мощностью уже десять мегаватт мы построили на озере Ханка на Дальнем Востоке. Это уже специально сконструированный котел, специально построенные форсунки, которые не знают износа, они очень наукоемкие. Вот там в чистом виде наша наука. Использован эффект Коанда, кумулятивный эффект, там происходит формирование тороидальных вихрей. Основная идея заключается в том, что у нас смешение воздуха и ВУТ происходит не в форсунке, где это все сильно абразивно, а за пределами форсунки. Именно поэтому нет износа. У нас есть около двадцати патентов и на форсунку, и на новый тип топки, и на новую концепцию применения ВУТ. Что касается самого топлива, то это вязкая суспензия, в которой 65 процентов угля и вода с небольшой добавкой пластификатора для снижения вязкости и скорости оседания твердых частиц. Суспензия может храниться в течение месяца.

Это все делается за свой счет или все-таки есть какой-то инвестор?

— Например, первый котел на водоугольном топливе мы сделали за свой счет. Я вам говорил про котел на озере Ханка. Там нашелся бизнесмен, который хочет построить несколько котельных, ему идея понравилось, он решил это внедрить. Эта пилотная установка мощностью десять мегаватт, может стать базовой для малой энергетики и ЖКХ. Она полностью готова для коммерческого тиражирования.

АЛЕКС БЕРЕЗ ГРЭС2.png
«На Березовской ГРЭС-2 высота котла 100 метров, а сечение — 24 на 24 метра, можете себе представить? Это просто монстр»
bbgl.ru

Сергей Владимирович, я понимаю, для вас это больной вопрос. А почему дело-то не двигается?

— Приведу такой пример. Мы получили поддержку от Новосибирской области на один из котлов на котельной в Новосибирской области. Мы десять миллионов рублей туда вложили. Мы его реконструировали, запустили, все нормально. А потом директор говорит: «Через мой труп. Мне скоро на пенсию, зачем мне заниматься новой технологией». И всё. Тему закрыли. И деньги только зря истратили на реконструкцию. Вернулись к старой технологии. А представьте, на котельную привозят не уголь, а водоугольное топливо, у вас чисто, у вас нет пыли. Но при этом вам нужен уже не кочегар, а оператор. Там есть приборы, автоматика. Он должен отслеживать. Это сотрудник нового поколения, ему нужно уже другую зарплату платить. Мало кто хочет этим заниматься. Это психология тоже.

У меня как у человека стороннего возникает странное ощущение. С одной стороны, к вам проявляют большой интерес, с другой стороны, есть какой-то провал с точки зрения реализации проектов. Как это можно победить?

— Вот смотрите, как раз перед нашим разговором мы обсуждали ответ для китайцев. Мне лично пришло письмо из Китая. Что они предлагают. У них в городе Циндао, это примерно 500-600 километров от Пекина в сторону побережья, создан международный академический парк. Они предлагают организовать работы по углю именно у них. То есть проводить там любую работу. Но проблема: жить и работать нужно там. И они предлагают до миллиарда на проект и до 120 миллионов рублей в фонд зарплаты на пять лет на небольшую группу. Можете оценить. Сейчас начали с ними переписку. Как раз вот эти разработки, и водоугольное топливо будем предлагать, и другие вещи. 

Сейчас идет много споров о прогнозах развития электроэнергетики и энергетики в целом, и ваши коллеги высказывают противоречивые мнения. Кто-то видит почти полную победу возобновляемых источников, другие убеждены, что серьезного изменения в энергобалансе не предвидится как минимум в течение следующих тридцати лет.

— Итак, чем мы должны заниматься сейчас, по крайней мере в России? Прежде всего повышением эффективности сжигания и переработки органического топлива. Это среднесрочная перспектива — несколько десятков лет. Имеется в виду и уголь, и газ, и жидкое топливо. Понятно, что с учетом высокой доли газа в энергобалансе нужны парогазовые установки. По газу, как мне представляется, наука особо не нужна. Другое дело, если мы захотим свою газовую турбину, тогда наука потребуется серьезная. А по углю я вам перечислил ряд технологий сжигания. И, конечно же, это глубокая переработка угля, это газификация. Более дальняя перспектива — возобновляемые источники энергии, но заниматься, я подчеркиваю, ими мы должны уже сегодня. Вот здесь, может быть, для вас будут неожиданные мои выводы. Они заключаются в том, что мы должны заниматься прежде всего солнечной, гео- и петротермальной энергетикой. И обязательно нужно заниматься различными методами хранения энергии, различными видами батарей, гидроаккумуляцией. Потому что, как известно, почти все возобновляемые источники, кроме геотермальных, периодического действия. Без этого смысла заниматься серьезным увеличением доли возобновляемой энергетики нет. Кстати, и мы в институте создаем новый топливный элемент на алюминии совместно с Объединенным институтом высоких температур РАН.

magnifier.png Если вы сумеете сжигать микроуголь в ГТУ, то можно, например, обойтись без промежуточного процесса газификации угля с получением синтез-газа, его очисткой, и так далее. Это очень сложные и дорогостоящие процессы, и с микроуглем вы получаете существенно более высокий — процентов на десять — КПД. Десять процентов в энергетике — это колоссальная цифра

Теперь о том, какие все-таки сроки. По моему мнению, и какие-то прогнозы в прессе уже опубликованы, примерно к 2050 году будут все же начнут доминировать неуглеродные источники (вместе с АЭС и ГЭС), то есть ВИЭ будут производить более 50 процентов электрической энергии. Заметим, что одним из оснований для подобных прогнозов является Парижское соглашение по климату от 2016 года.

То есть такой сдвиг в сторону ВИЭ произошел из-за пресловутых проблем с глобальным потеплением?

— Что касается моего мнения, ВИЭ надо обязательно развивать безотносительно к климату. Вы знаете, что в 1997 году более 15 тысяч американских ученых и инженеров подписали петицию правительству США, где утверждалось, что не существует никаких убедительных научных свидетельств, что антропогенный выброс углекислого газа или других парниковых газов могут в обозримом будущем вызвать катастрофическое прогревание атмосферы Земли и разрушение ее климата. В 2004 году аналогичное заключение официально объявила РАН. Некоторые ученые говорят, что существуют прямые свидетельства того, что изменения содержания CO2 в атмосфере являются следствием изменения температуры, а не его причиной. Некоторые вообще приводят аргументы в пользу грядущего через полвека глобального похолодания на Земле И так далее. Требуются планомерные научные исследования причин изменения климата, но это не означает отказа от ориентации будущей энергетики на возобновляемые источники энергии. ВИЭ — это новые направления исследований, новые прорывные технологии. Новые источники хранения энергии. В конце концов, и экономика.

Из архива С.В. Алексеенко // «Когда меня спрашивают о прогнозах, уже с оптимизмом говорю о развитии геотермальной и петротермальной энергетики»
«Когда меня спрашивают о прогнозах, уже с оптимизмом говорю о развитии геотермальной и петротермальной энергетики»
Из архива С.В. Алексеенко

Вам называют активным сторонником такого, казалось бы, маргинального источника возобновляемой энергии, как петротермальная энергетика.

— Почему же маргинального? Под геотермальными все обычно подразумевают только гидрогеотермальную, то есть энергию горячих подземных источников воды. Если вода очень горячая (более 160 градусов Цельсия), то можно использовать обычный паросиловой цикл для генерации электричества. Для менее горячей воды (вплоть до 70 градусов) необходимо применять бинарные циклы с двумя контурами. В первом циркулирует геотермальная вода, а во втором — легкокипящее вещество типа фреона, пары которого и приводят в движение фреоновую турбину. В 1967 году на Камчатке советскими учеными из нашего Институт теплофизики была построена первая в мире геотермальная электростанция с бинарным циклом на Паратунском геотермальном месторождении с использованием в качестве рабочего тела турбины фреона-12. В этом случае в первом цикле использовалась вода с температурой всего 80 градусов. Станции бинарного цикла получили сейчас широкое распространение, в мире работает около двух тысяч подобных установок, причем около половины применяются для решения задач энергосбережения, то есть генерация электричества осуществляется не только от горячей геотермальной воды, но и от сбросного тепла предприятий и ЖКХ. А в России сегодня нет ни одной такой станции. И все ссылаются на опыт России. Я считаю, что нужно заниматься такими технологиями, причем не только для геотермальной энергетики, но и для решения проблем энергосбережения. У нас много сбросного тепла, и из него можно также генерировать электрическую энергию. Для этого и нужные бинарные установки, работающие на низкопотенциальном тепле.

А вторая составляющая геотермики, о которой даже не все специалисты знают, — петротермальная энергетика, которая основана на глубинном тепле сухих пород на глубине от трех до десяти километров. Недавно это казалось фантастикой, я тоже с сомнением к возможному использованию этой энергии относился. Но сейчас все резко меняется, и когда меня спрашивают о прогнозах, уже с оптимизмом говорю о развитии геотермальной и петротермальной энергетики — я просто анализирую достижения других стран. В США планируют, что к 2050 году на основе петротермальной энергетики у них будет 10% от общей установленной мощности всех американских станций. То есть речь идет не менее чем о 100 гигаваттах — это 40 процентов мощности всех теперешних российских электростанций. Можете себе такие представить? Планы вполне реальные, уже выделяется адекватное финансирование.

А как это будет осуществляться технологически?

— Циолковский в 1897 году предложил использовать глубинное тепло Земли. Даже схему нарисовал и расчеты сделал. Первая технологическая схема геотермальной циркуляционной системы была предложена академиком Обручевым в 1920 году в его повести «Тепловая шахта». Потом в Горном институте в Санкт-Петербурге исследования проводились под руководством профессора Юрия Дядькина. А первая ГЦС, геотермальная циркуляционная система, извлекающая тепло из пластов с естественной проницаемостью, была построена в Париже в 1963 году. Так вот, принцип простой: бурятся две скважины, по одной подается вода, а по другой поднимается пар и горячая вода. Но чтобы накачиваемая вода пошла и нагрелась, надо, чтобы породы были проницаемые, обычно же это не так, поскольку на таких глубинах встречаются преимущественно плотные базальтовые породы. В 1970 году в США был придуман метод гидроразрыва пластов, хотя он сейчас больше известен как способ увеличения добычи нефти. Поэтому используется гидроразрыв, но там есть проблема — при этом может сформироваться всего-навсего одна трещина, которой недостаточно для эффективного теплообмена. Поэтому появляются новые методы типа Enhanced Geothermal Systems, различные виды стимулирования. Это когда увеличиваются естественные дефекты, скажем, методами пульсации давления, другими способами, и в итоге получается проницаемая порода.

magnifier.png В США планируют, что к 2050 году на основе петротермальной энергетики у них будет 10% от общей установленной мощности всех американских станций. То есть речь идет не менее чем о 100 гигаваттах — это 40 процентов мощности всех теперешних российских электростанций

Существуют две серьезные проблемы для развития геотермальной энергетики. Одна проблема, совершенно очевидная, — дороговизна проектов. Представьте, вы бурите скважину на глубину десять километров стоимостью примерно два миллиарда рублей — более 70 процентов капзатрат уйдет именно на бурение. А если вы промазали и попали на непроницаемую породу, то считайте, что два миллиарда выбросили. А второе — это собственно создание проницаемого для воды резервуара. Вот главные проблемы. Их должны решать и геологи, и геофизики, нужно развивать новые, более дешевые способы бурения. Если эти трудности решатся, на что есть надежда, человечество будет навсегда обеспечено действительно чистой энергией.

Темы: Интервью

Еще по теме
Руководитель ВНИИФТРИ Сергей Донченко считает, что очередной и не столь далекий технический прорыв человечества будет св...