ENERGOTECHNOLOGICAL COMPLEXES - THE REAL PATH TO ENERGY SAVING AND IMPORTS

Васильев А.М.¹, Денисова И.А.², Денисова А.В.³, Ершова Л.В.⁴, Волков В.Н.⁵, Тимофеенко О.П.⁶

¹Профессор, к.т.н. Южно-Российского государственного политехнического университета (НПИ) имени М.И.Платова, ²Профессор, д.т.н. Южно-Российского государственного политехнического университета (НПИ) имени М.И.Платова, ³Аспирант Южно-Российского государственного политехнического университета (НПИ) имени М.И.Платова, ^4,5,6 Эксперт по объектам нефтехимии ООО НПП «ПромТЭК» г. Ростов-на-Дону

ЭНЕРГО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСЫ - РЕАЛЬНЫЙ ПУТЬ К ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЮ И ИМПОРТОЗАМЕЩЕНИЮ

Аннотация

Применительно к особенностям ряда ведущих отраслей экономики Ростовской области и с учетом потребностей и уровня ее современного обеспечения социально-значимыми продуктами и товарами разработаны модели энерготехнических комплексов (ЭТК), которые целесообразно реализовать на базе теплоэлектростанций, использующих зернистые угли, природный газ и ядерное топливо. В рамках ЭТК, используя вторичные материальные энергетические ресурсы (отходы) на базе отечественных технологий могут производиться: водород, кислород, азот, аммиак и удобрения азотного ряда, серная и азотная кислоты, гипохлорит натрия, строительная смесь из золошлаков.

Ключевые слова: тепловая электростанция, атомная электростанция, энерготехнический комплекс, энергосбережение, энергетическая эффективность, импортозамещение, техногенное сырье.

Vasil'ev A.M.¹, Denisova I.A.², Denisova A.V.³, Ershova L.V.⁴, Volkov V.N.⁵, Timofeenko O.P.⁶

¹Professor, PhD in Engineering, ²Professor, PhD in Engineering, ³Postgraduate student, South-Russian State Technical University (NPI) named after M.I. Platov, ^4,5,6 Expert petrochemical facilities of expert organization «PROMTEK» Rostov-on-Don

ENERGOTECHNOLOGICAL COMPLEXES - THE REAL PATH TO ENERGY SAVING AND IMPORTS

Abstract

With regard to the features of number of leading industries of the Rostov region and the needs and the level of its modern providing of socio-relevant products and commodities models technical energy complexes (TEC) are developed that it is expedient to implement on the basis of thermal power plants using granular coal, natural gas and nuclear fuel. As part of the TEC using secondary material and energy resources (wastes) on the basis of domestic technologies can be produced: hydrogen, oxygen, nitrogen, ammonia and nitrogen fertilizer series, sulfuric and nitric acid, sodium hypochlorite, building mixture of ash and slag.

Keywords: thermal power plant, nuclear power plant, technical energy complex, energy saving, energy efficiency, import substitution, technogenic raw materials.

Исчерпание запасов традиционных энергоносителей, снижение доступности и ухудшение структуры последних, нарастание экологических, технологических и финансовых ограничений, в совокупности сдерживающих процесс устойчивого воспроизводства энергетического потенциала, вызывают установление более адекватного новым реалиям баланса между экономическими интересами и ужесточающимися экологическими нормативами, актуализируют поиск нетрадиционных, отвечающих требованиям рынка, путей повышения эффективности топливно-энергетического комплексам (ТЭК) целом.

Результаты выполненного комплексного исследования применительно к Ростовской области позволяют сделать следующие выводы.

1.Важным и назревшим направлением повышения эффективности и надёжности крупных тепловых и атомных электростанций в сочетании с ростом их социально-экономической значимости становится комплексное и рациональное использование их внутренних ресурсов (материальных и энергетических) в интересах как собственного инновационного развития, так и повышения качества жизни населения. Реализацией такого подхода может стать конверсия ТЭС и АЭС в региональный энерго-технологический комплекс (ЭТК), производящий, помимо основной (тепловой и электрической энергии), дополнительные виды высоколиквидной продукции и использующий в этих целях вторичные материальные и энергетические ресурсы, различные отходы [1].

2.Изучение с эколого-экономических позиций характеристик газообразных, жидких и твёрдых отходов крупных ТЭС Ростовской области, использующих углеродсодержащее и ядерное виды топлива, выявило возможность их эффективного использования в качестве техногенного сырья (энергии) для производства широкого ассортимента продукции с высокой добавленной стоимостью и перманентной востребованностью экономикой области. С другой стороны, утилизация только 10% энергии, заключённой в сбросных водах и дымовых газах, эквивалентна увеличению на 15% эффективности сжигаемого угля, существенно повышая тем самым энергетическую эффективность электростанции в целом и ее экологическую безопасность [2].

3.Применительно к особенностям отраслей экономики Ростовской области и с учётом потребностей и уровня её обеспечения социально-значимыми продуктами и товарами, которые целесообразно реализовать на базе теплоэлектростанций, использующих сернистые угли, природный газ и ядерное топливо.

В рамках ЭТК с использованием вторичных материальных, энергетических ресурсов на базе отечественных технологий могут производиться: водород, кислород, азот, аммиак и удобрения азотного ряда, серная и азотная кислоты, гипохлорит натрия, строительная смесь из золошлаков, твёрдая углекислота («сухой» лед). Это не только существенно снижает себестоимость вышеуказанной продукции, но и способствует повышению устойчивости работы электростанций, выравнивания суточный график выработки энергии. Расчетное снижение стоимости производимых в рамках ЭТК дополнительных продуктов и энергии составило (по сравнению с рыночными аналогами): строительные материалы (крупный и мелкий заполнители в строительные смеси) - на 13,75% (экономия природных сырьевых ресурсов при ориентировочной мощности производства только для нужд г.Новочеркасска 10 тыс.м³ бетона в год; песка - 1,25 млн.руб./год; щебня - 5,80 млн.руб./год; фильтрующий сорбент - на 36,92%); сульфат аммония - на 5,46%; карбамид - на 53,63%; нитрат аммония - на 39,34%; карбонат аммония - на 43,61%; серная кислота - на 6,56%; гипохлорит натрия - на 20%; электрическая энергия - на 48,05%; тепловая энергия - на 11,0% [3].

4.Реализация в крупных масштабах технологии глубокого обогащения сернистых углей с последующей утилизацией образующегося отхода - углистого колчедана дает следующие позитивы экономического и экологического характера:

• снижает почти на порядок загрязнение атмосферного воздуха городов и сельских поселений оксидами серы и соответственно размеры экологических штрафов, накладываемых на ТЭС;
• обеспечивает доступным техногенным сырьём химическую промышленность (производство серной кислоты, мелиоранта и удобрений азотного ряда);
• приближает глубокообогащённый уголь по экологическим характеристикам к природному газу, что благоприятствует использованию в экологически неблагополучных регионах страны и повышает его экспортный потенциал;
• перевод отходов углеобогащения в разряд техногенного сырья, имеющего стабильный сбыт, являясь, по сути, частичной диверсификацией углеобогатительной фабрики, повышает не только её экономические показатели, но и уровень экологической безопасности (снижение территории, занятой отходами вредного выделения; размеров экологических платежей и др.).

5.Анализ агрохимического состояния земель Ростовской области указывает на прогрессирующую деградацию почвенного плодородия. Это в значительной степени определяется острым дефицитом удобрений, особенно азотных, усугубляемым отсутствием производства местных агрохимикатов и преимущественной ориентацией российской индустрии на экспорт производимых удобрений.

Согласно результатам маркетинговых исследований, сельское хозяй­ство области является потенциально ёмким рынком сбыта местных удобрений и мелиорантов, которые можно стабильно вырабатывать на базе региональных ТЭС в рамках их конверсии. Определён перечень наиболее значимых для АПК области удобрений и мелиорантов, производство которых (с использованием вторичных материальных ресурсов ТЭС) устранит зависимость от внешних поставок и будет способствовать его устойчивому развитию [4].

6.Применительно к Новочеркасской ГРЭС (НчГРЭС) разработана технология комплексного использования тепловой и гидродинамической энергии сбросных вод прямоточных и оборотных систем охлаждения тепловых электростанций путём установки каскада малых ГЭС и тепловых насосов. Обоснована с технико-экономических позиций целесообразность использования вырабатываемой при этом энергии для обеспечения пригородных хозяйству, в частности, тепличных, и сельских поселений. Суммарная годовая мощность разработанного проекта каскада МГЭС достигает 56,5 млн.кВт∙ч при проектной себестоимости производства 1 кВт∙ч, равной 0,64 руб.

Экологическим позитивом от реализации данного проекта являются снижение уровня теплового загрязнения прилегающих территорий и улучшение условий для самоочищения водных масс, подвергшихся техноген­ному воздействию.

7.Разработан и апробирован рецептурный состав строительной смеси с использованием в качестве заполнителей золошлаковых отходов тепловой электростанции (НчГРЭС) и минеральной расширяющей добавки, позволяющей производить бетон для крупномасштабного гидромелиоративного и водохозяйственного строительства. Согласно результатам производственных испытаний, бетон разработанного состава ниже по стоимости, чем бетон марки В15. Расход добавки составил 20% от массы цемента, а её среднерыночная стоимость - 17,0 руб./кг. Образцы бетона с 20%-ной добавкой «ИР-1» выдержали сравнительные испытания на прочность, водонепроницаемость и морозостойкость с известными марками В15, W8, F150 и К_мрз = 0,97. Также отмечено «самозалечивание» сквозных трещин в бетоне шириной раскрытия до 0,5 мм в течение 4-5 суток с момента их образования.

Создание и последующее функционирование регионального ЭТК, основанного на максимально возможном использовании вторичных материальных и энергетических ресурсов, а также отходов ТЭС, позволяет последней повысить ее энергетическую эффективность, экологическую и технологическую безопасность, получать прибыль от реализации непрофильной, но востребованной продукции, которая применительно к Ростовской области оценивается в сумму порядка 10 млрд.руб.

Социальная значимость подобных комплексов состоит в формировании рынка экологических товаров и услуг, более активном участии теплоэлектростанции в экономическом развитии региона, особенно его депрессивных районов, создании новых рабочих мест, улучшении качества среды обитания в местах угледобычи и в прилегающих к ТЭС и АЭС поселениях. Кроме того, реализация разработанных рекомендаций и техни­ческих решений, способствуя улучшению финансово-экономических и инвестиционных показателей самих ТЭС/АЭС и региональной экономики, способна сыграть позитивную роль в политике импортозамещения ряда товаров промышленного и продовольственного назначения (в частности, удобрений, продукции тепличного хозяйства и др.).

Литература

1. Экономика природопользования и ресурсосбережения / под ред.   А.П. Москаленко [и др.] - Ростов н/Д: Феникс, 2014. - 478 с.
2. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии / под ред. В.В. Денисова. - Ростов н/Д: Феникс, 2015. - 382 с.
3. Васильев, А.М. Использование золошлаковых отходов в мелиоративном и водохозяйственном строительстве / Мелиорация и водное хозяйство. - Москва, 2013. - №3. - С. 115-141.
4. Васильев, А.М. Развитие региональной индустрии удобрений: энрего-агропромышленный кластер / А.М. Васильев, В.В. Гутенев, В.В. Денисов [и др.] // Проблемы региональной экологии. - Москва, 2013. - №2. - С. 144-149.

References

1. Jekonomika prirodopol'zovanija i resursosberezhenija / pod red. P. Moskalenko [i dr.] - Rostov n/D: Feniks, 2014. - 478 s.
2. Netradicionnye i vozobnovljaemye istochniki jenergii / pod red. V.V. Denisova. - Rostov n/D: Feniks, 2015. - 382 s.
3. Vasil'ev, A.M. Ispol'zovanie zoloshlakovyh othodov v meliorativnom i vodohozjajstvennom stroitel'stve / Melioracija i vodnoe hozjajstvo. - Moskva, 2013. - №3. - S. 115-141.
4. Vasil'ev, A.M. Razvitie regional'noj industrii udobrenij: jenrego-agropromyshlennyj klaster / A.M. Vasil'ev, V.V. Gutenev, V.V. Denisov [i dr.] // Problemy regional'noj jekologii. - Moskva, 2013. - №2. - S. 144-149.