Разработка прорывных энергетических установок для Арктики и Крайнего Севера – веление времени

Об этом говорили заместитель предсе­дателя Якутского научного центра, доктор экономических наук А.А. Пахомов и стар­ший специалист центра  А.И. Чомчоев:

– Основной проблемой Якутии является энерготеплоснабжение мелких населенных пунктов и отдельных мелких поселений, которых обеспечивают электроэнергией 166 крупных ДЭС ОАО «Якутскэнерго», с общей мощностью 300 МВт, с себестоимостью выра­ботки 1 кВт•ч – 24 рубля. Кроме того 900 коневодческих баз, 300 летних ферм, 120 оленеводческих, 70 рыболовецких бригад и множество золотодобывающих артелей пок­рывают свои энергетические потребности за свой счет дорогими в эксплуатации бензи­новыми или дизельными источниками электро­энергии, затрачивая до 129 рублей за 1 кВт•час. Расстояния между отдельными населенными пунктами в отдаленных районах достигают до 600-700 километров. На завоз и хранение топлива для штатных электростанций ОАО «Якутскэнерго» ежегодно расходуется около 3 млрд. рублей.

В 2012-2013 годах нами были проведены поисковые исследования надежных, простых в эксплуатации и доступных по стоимости электрических источников малой энергетики для условий Арктики и Крайнего Севера, удовлетворяющих спросы охотников и олене­водов мощностью 3 кВт; для отдельных прие­мо-передающих станций сотовой связи мощ­ностью 7 кВт; для фермерских хозяйств, небольших рыболоводческих и охотничьих бригад мощностью 15 кВт; для старательских артелей, баз коневодов, родовых общин и кочевых школ малочисленных народов Севера мощностью 50 кВт и для мелких населенных пунктов, временных баз дорожников и про­мыш­ленников мощностью 100 и 200 кВт. Поиски привели нас к известному конструктору Атомэнергомаша, стороннику радионуклидной энергетики, д.т.н. И.Н. Острецову, бывшему начальнику отдела разработок радиоизотопных термоэлектрических генераторов (РИТЭГ) Всероссийской НИИ технической физики и автоматизации, к.т.н. А.А. Пустовалову, уче­ным ФЭИ г. Обнинска, главному конструк­тору Отдельного конструкторского бюро по газовым турбинам наземного применения «Сатурн-Газовые турбины», д.т.н. В.Е. Бе­ля­е­ву и его первому заместителю, д.т.н. А.С. Косой, генеральному директору ЗАО «Агентство по прогнозированию балансов в электроэнергетике», к.э.н. И.С.Кожуховскому и координатору Технологической платформы «Малая распределенная энергетика» О.А. Ново­селовой, председателю Подкомитета по региональной энергетической политике Коми­тета по энергетике Государственной Думы ФС РФ К.К.Ильковскому (ныне губернатор Забайкальского края) и к другим федеральным государственным служащим, ученым и спе­циалистам.

– Как мы знаем, в Якутии есть опыт исследований возможностей солнечных и ветряных электрических станций.

– Надежды на их жизнеспособность не оправдались. В этом особую роль сыграли суровые природно-климатические условия Якутии. Как известно, Якутия является самым холодным регионом в мире, где постоянно проживают люди и ведут хозяйственную деятельность.  Годовая амплитуда температур воздуха составляет более 100°С. Средняя температура января составляет от -28°- 29°С до -40°-50°С. В такой холод даже сталь меняет свои свойства: стальной электрический про­вод сокращается, часто разрывается, а летом, наоборот, зависает до земли. Зима в Якутии длится 8-9 месяцев и, как правило, в ночное время суток время стоит безветренная пого­да, которая не пригодна для получения элек­троэнергии ветряными электростанциями.  Вечная мерзлота летом протаивает всего от 30 см до 2,5 метров в глубину. Средняя температура июля от +4–8°С до +17°С–19°С. Среднее годовое количество осадков составляет 200 - 290 мм, иногда  достигает до 700 мм. В районах Заполярного круга зимой в течение 1,5 месяца стоит полярная ночь, а летом во многих районах Якутии стоят полярные дни. Пять районов Якутии относятся к Арктической зоне Российской Федерации, а 8 районов – к Крайнему Северу. Продолжительность отопительного периода в северных районах составляет 223–365 суток, почти (круглый год).

– Вами конкретно какие исследования проведены?

– Возможность использования в условиях Якутии энергетических установок на основе твердооксидных тепловых элементов (далее ТОТЭ) стран Евросоюза. Их приобретение  в условиях экономических санкций в отношении России имеет проблемы, так как стоимость первых промышленных ТОТЭ на 50 кВт довольно высокая и в условиях Якутии они пока не апробированы.

Для удешевления стоимости энергообеспече­ния в районах Арктики и Крайнего Севера мы предлагаем внедрить энергопреобразователи -- многорежимные карнотизированные газотур­бинные установки (далее МКГТУ), автором которого является д.т.н. В.В. Беляев мощностью от 3 кВт до 12 МВт с карнотизированным термодинамическим циклом.

Расчеты показывают, что для проведения НИОКР МКГТУ потребуется 500 млн. рублей. В результате внедрения этих установок Россия получит конкурентоспособную МКГТУ с коэффициентом использования удельной мощ­ности (далее КИУМ) 98,6%. Установки с такими показателями КИУМ сегодня не разра­ботаны ни в одной стране  мира. При этом электрический коэффициент равен 60%. Первые МКГТУ могут работать на газе, жид­ком или на твердом топливе.

Также нами проведены исследования возможностей использования в МКГТУ тепловыделение твердооксидных тепло­вых элементов или радиоизотопных тер­моэлектрических генераторов (далее РИТЭГ). РИТЭГ был разработан и широко применялся в Советском Союзе. Завод-изготовитель был в г. Нарве в Эстонии. Ныне промышленное производство РИТЭГ в России свернуто. Единичные РИТЭГ производит Сухумский физико-тех­ни­ческий институт (Абхазия). Для вос­становления этой перспективной отрасли в России на базе ПО «Маяк», по расчетам ученых атомщиков, потребуется 2,4 млрд. рублей. Кроме того будут расходы на получение разрешительных документов использования РИТЭГ с МАГАТЭ.

РИТЭГ (радионуклидная энергетика) с технической стороны вопроса явля­ется одним из надежных, простых в экс­плуа­тации и долговечных источников электрической энергии. Из-за этого РИТЭГ применяли в советское время военные в космических технологиях и предприятия, имеющие доступ к секретным разработкам государства. Их устанавливали вдоль Арктического побережья трассы Северного морского пути как источник электроэнергии маяков, автоматических метеостанций и других приборов со сроком работы на 10 лет. Позднее их эксплуатация закончилась и просто про них забыли. Однако про них напомнили норвежские экологи. Экологи были правы, что у РИТЭГов имеется риск утечки радиации и радиоактивных мате­риалов. Большинство РИТЭГ уже эксплуа­тировались на протяжении 3-4 сроков, поэтому уже давно утонули в вечной мерзлоте или были бесхозными, вместе с тем они фунционировали. Экологические проблемы РИТЭГов были не надуманными, т.к. к ним был свободный доступ людей.

Радионуклидная энергетика (прин­цип работы РИТЭГ) широко применяет­ся в медицине, в том числе в кардио­стимуляторах. Поэтому мы предлагаем использовать тепловой эффект радиону­клидов для подачи на турбину при помощи компрессора, а принцип съема электрической энергии РИТЭГ использо­вать для первоначальной работы компрес­сора МКГТУ. Такой технический и эконо­мический подход к созданной МКГТУ с радионуклидным источником топлива даст возможность создания новой энерге­ти­ческой установки для выработки тепла и электричества (микроТЭЦ или когене­ратора).

– Спасибо за полное разъяснение проблемы. Думаем, что такой микроТЭЦ (когенератор) будет востребован в условиях Арктики и Крайнего Севера в силу своей компактности, надежности, долговечности, простоте эксплуатации, а также малой стоимости.

Полина Николаева