|
Сотрудники Уральского федерального университета (УрФУ) разработали более
эффективную по сравнению с существующими на сегодняшний день технологию
превращения каменного угля в электроэнергию. Результаты исследованная
опубликованы в журнале International Journal of Hydrogen Energy.
«В данной работе мы решаем задачу замены уникального продукта — природного
газа — на каменный уголь с одновременным улучшением энергетических и
экологических характеристик установок по сравнению с существующими
угольными электростанциями. Показана высокая эффективность применения
данной технологии для совместного производства электрической и тепловой
энергии при существенно более простой схеме установки», — рассказал один из
авторов статьи Сергей Щеклеин, доктор технических наук, заведующий кафедрой
атомных станций и возобновляемых источников энергии Уральского
энергетического института УрФУ.
Каменный уголь составляет более 90 % запасов органического топлива,
находящегося в литосфере Земли. С помощью сжигания угля и ископаемого
топлива можно получить электрическую энергию (на этом основана работа ТЭС),
однако существующие технологии ее получения таким методом малоэффективны,
неэкологичны и очень материалоемки – с большим количеством отходов. Добыча
и сжигание угля загрязняют почву, воздух, неблагоприятно влияют на флору и
фауну.
Если прямо преобразовывать углеводородное топливо в электрическую энергию,
то можно одновременно и упростить, и улучшить конструкции электростанций.
Такое прямое преобразование можно осуществить с помощью электрохимических
генераторов, использующих в качестве топлива природный газ или схожие с ним
по составу смеси.
Ученые предложили оригинальную схему получения аналога природного топлива —
синтез-газа (смеси водорода с угарным газом) — из каменного угля и
проанализировали эффективность его использования в качестве топлива для
электрохимического генератора. Оказалось, что новая разработка может
заменить использующийся сегодня неэкологичный и низко эффективный процесс
сжигания угля более экологичным и безотходным. Все продукты, полученные при
работе созданной установки, можно либо сжижать и захоранивать, либо
использовать для производства промышленно важных веществ: этилового спирта,
этилена, и других углеводородов.
Получение синтез-газа проходило в установке с кипящим слоем, разработанной
в УрФУ под руководством профессора Алексея Дубинина, позволяющей
многократно увеличить интенсивность взаимодействия реагентов и получить на
выходе более чистый продукт. После очистки полученного продукта ученые
поместили его в высокотемпературный твердооксидный топливный элемент, где в
результате реакций водорода и кислорода воздуха выработалась электрическая
энергия. Остатки водорода и весь оксид углерода поступили в
котел-утилизатор, в котором за счет сгорания была получена тепловая
энергия, необходимая для технологического процесса и генераторов. Продукты
сгорания в котле-утилизаторе не содержат золы и серы, поэтому не требуют
глубокой очистки.
Работа состояла из теоретической и экспериментальной частей. В
теоретической части ученые рассмотрели энергетические и физико-химические
процессы, протекающие в предложенной схеме установки, и определили основные
энергетические характеристики. Также ученые показали, что предложенная
технологическая схема позволяет получить такие же характеристики топливной
эффективности, как и у передовых разработок, использующих в качестве сырья
дефицитные топлива, такие как нефть и природный газ.
В экспериментальной части работы ученые получили из угольного топлива
синтез-газ, который является достаточно энергоемким продуктом и очень
удобен для транспортировки. Авторы исследовали состав полученного газа в
широком диапазоне изменения режимных параметров и определили области,
наибольшей устойчивости кипящего слоя и эффективной газогенерации.
Подобные разработки ведутся во всем мире, и больше всех в этой области
продвинулись США, Китай, и Германия. Но наша российская разработка в этом
плане является уникальной. На данный момент идут переговоры с промышленными
партнерами о создании демонстрационных образцов. Следующий шаг –
масштабирование установки и ее запуск в производство.
«Полученные результаты позволяют ставить вопрос о создании новой энергетики
ХХI века», — заключил ученый.
Пресс-служба Уральского федерального университета.
(343) 374-40-93/375-97-33.
|
.jpg){kind=small}