http://www.ras.ru/digest/showdnews.aspx?id=58249f18-3e4a-4520-a1b5-8a72ccf8e1da&print=1© 2024 Российская академия наук
В рамках Санкт-Петербургского международного экономического форума состоялось торжественное вручение премии «Глобальная энергия», лауреатами которой стали известный учёный, академик Филипп Рутберг и его коллега из США, профессор Калифорнийского университета Беркли Артур Розенфельд. Награду лауреаты получили из рук президента России Дмитрия Медведева. Академик Рутберг любезно согласился ответить на вопросы STRF.ru.
Справка STRF.ru:
Рутберг Филипп Григорьевич, директор Института электрофизики и электроэнергетики Российской академии наук. Родился 22 сентября 1931 года. Окончил юридический факультет Ленинградского государственного университета (1954) и Ленинградский политехнический институт имени М. И. Калинина по специальности «электрофизика» (1961). Начал заниматься научной работой в Физико-техническом институте имени А. Н. Иоффе АН СССР, затем в Институте электромеханики АН СССР, в дальнейшем и во ВНИИ Электромашиностроения. Профессор Санкт-Петербургского государственного политехнического и Балтийского университетов. Автор более 500 научных работ, в том числе пяти монографий и нескольких десятков изобретений, включая международные патенты.
Доктор технических наук, профессор. Действительный член (академик) РАН, член президиума Санкт-Петербургского научного центра РАН, председатель Научного совета РАН «Энергомашиностроение»; имеет правительственные награды, лауреат Государственной премии СССР, Государственных премий РФ и премии Правительства Санкт-Петербурга имени А. Н. Крылова в области технических наук, награждён медалью Питера Марка, почётный профессор Университета Бен-Гурион в Негеве. Именем Рутберга названа малая планета Солнечной системы № 14815
Болезненные проблемы российской энергетики
Филипп Григорьевич, прежде всего, разрешите присоединиться ко всем тем поздравлениям, которые, наверное, Вы получили от тысяч людей. Давайте поговорим о проблемах российской энергетики – их много. Какие из них, на Ваш взгляд, наиболее болезненны?
– Самое главное: фактически в течение двадцати пяти лет не производилось обновления оборудования, и очень ограничен был, до минимума, ввод новых мощностей. Считайте, что у нас 180–200 ГВт установленных мощностей, следовательно, по всем законам эксплуатации оборудования и прочего надо было вводить порядка 7–8 ГВт новых мощностей ежегодно, следя одновременно за старыми. Ни то ни другое не делалось. Поэтому сейчас у нас около 60 процентов энергогенерирующих мощностей, то есть электрических станций, работает на изношенном оборудовании. Все ресурсы вышли. Продлевали, продлевали, но уже опасно продлевать, потому что обычный срок работы такого оборудования – двадцать пять лет. При грамотной эксплуатации этот срок можно продлить лет на десять, но не больше.
Это надо исправлять, причём это надо делать ускоренными темпами, если не хотим дождаться больших неприятностей. А они уже случаются. Вспомните Саяно-Шушенскую ГЭС. Случаются неприятности и на тепловых станциях. А у нас большинство энергии производится на подобных станциях, просто такие случаи не так громко известны. Это первое, о чём надо сказать.
Второе: в ещё худшем состоянии распределительные сети. Им тоже не уделялось должного внимания, не было соответствующих вложений. Оборудование устаревшее, не хватает трансформаторных станций. Как иллюстрация: у нас ещё стоят трансформаторы производства Brown, Boveri & Cie 1910 года! Недавно авария была на Васильевском острове, в Санкт-Петербурге, так вот там был такой трансформатор. Он бы и дальше стоял, если бы во время ремонта крыши его не залили водой.
К сожалению, сети в основном не закольцованы. Все более-менее крупные сети надо закольцовывать, чтобы – если что случится – можно было перебросить энергию.
А у нас этого не делается?
– Только сейчас начинают делать. Но на большинстве территорий не сделано, нет соответствующего оборудования. Поэтому была неприятность в Москве. В Санкт-Петербурге имела место ещё более крупная авария, когда 2 ГВт отключилось. Это недопустимо. Нужны вложения, немалые, но очень нужны. И я бы сказал – немедленно.
Но это только начало. Оборудование надо менять на более современное, новое. Если в советские времена было восемь заводов для большой энергетики, то сейчас реально осталось два – «Электросила» и Лысьвенский завод на Урале, но там производят сравнительно маленькие машины. А газовые турбины мы практически не делаем. Пока идёт только сборка на Металлическом заводе из блоков Siemens. На Невском пытаемся наладить производство турбин малой мощности, вот и всё. А без газовых турбин сейчас никуда. Покупать – дорого. Во-первых, нельзя попадать в зависимость, это вопрос стратегический. Во-вторых, во всём мире сейчас идёт замена энергетического оборудования, мощности заняты. В-третьих, если будем покупать, то скоро не будем понимать, что это такое, с какой стороны подойти. Придётся, как при царе Петре, посылать за границу молодёжь учиться.
Энергомашиностроение у нас раньше было на очень приличном уровне – по паровым турбинам, по генераторам. Сейчас, извините, всё это надо восстанавливать.
Об атомной энергетике я не говорю. Прежде всего надо проверить состояние нынешних станций, комплектацию устаревшего оборудования. Это первоочередная задача.
Кроме того, на тепловых станциях уже несколько десятков лет в мире практически строят установки так называемого комбайн-цикла. Это газовая турбина – котёл-утилизатор – паровая турбина. Тогда у вас электрический КПД может быть 55–60 процентов, плюс 30 процентов – тепловой. То есть экономится энергия.
А у нас на тепловых станциях, где просто паровая турбина, электрический КПД, стыдно сказать, порядка 20 процентов. Остальное идёт на топку атмосферы, а заодно и на её загрязнение.
Премия «Глобальная энергия» была учреждена в 2002 году для поощрения учёных, которые ищут решение самых актуальных энергетических проблем человечества. Размер премии в 2011 году составил 33 миллиона рублей. За девять лет существования её обладателями стали 24 учёных из крупнейших стран мира: Великобритании, Германии, Исландии, Канады, России, США, Украины, Франции, Японии. Неформально за премией «Глобальная энергия» закрепилось название «энергетический Нобель»
Перспективы возобновляемой энергетики
Вы много говорите и пишете о загрязнённости нашей планеты.
– Загадили, да.
И Вы предлагаете решение…
– Одно из решений. Я предлагаю решение, связанное с возобновляемой энергетикой. Это одновременно и решение проблемы мусора. Но надо иметь в виду, что возобновляемая энергетика – это не только то, что мы предлагаем. Это и многое другое.
Тут и гидроэнергетика, которая, к сожалению, исчерпала свои возможности. Если малые гидроэлектростанции, горные особенно, ещё имеют какой-то ресурс, то в основном он исчерпан.
Дальше – ветер. Ветряки. В Дании около 19 процентов всей энергии производится ветряками. В Северной Германии их тоже очень много. Ветряки своё место займут. Но, понимаете, у них КПД только 30 процентов: сегодня ветер дует, завтра – нет.
Солнечная энергетика? Безусловно. Но я должен сказать, что она сыграет большую роль в будущем. А сейчас, в силу дороговизны полупроводников и низкой эффективности преобразования, там низковольтный сигнал получается, который ещё надо преобразовать в высоковольтный – я не вижу особых перспектив солнечной энергетики на сегодняшний день. Для локальных вещей – возможно. И для тепла, скажем, в Израиле, в Турции, на юге есть много тепловых трубок, которые нагревают воду, но не генерируют электричество.
Есть ещё энергия приливов, геотермальная энергия…
А есть ещё то, что мы предлагаем. И не только предлагаем – делаем. Судя по всему, в ближайшем будущем это займёт 50 процентов всех возобновляемых источников. А прогнозы, кстати, пересматриваются. Если раньше думали, что через десять-пятнадцать лет возобновляемые источники займут 5 процентов мировой энергетики, то сейчас уже считают, что в развитых странах они займут от 15 до 20 процентов, а это сумасшедшие цифры! Кстати сказать, сегодня атомная энергетика – это всего 5 процентов.
В будущем ещё будет энергетика на органике, атомная энергетика, о чём я упомянул. А там и термоядерная подойдёт, ещё что-нибудь. Но это не скоро. К концу XXI века, в лучшем случае.
Вернёмся к мусору. В чём суть дела? В мире огромное количество отходов.
Огромные площади мирового океана, например, загажены пластиком. За 80 лет накопились целые острова величиной с Техас. Пластик измельчается под воздействием ультрафиолета, но не разлагается. А пластик – это хлор в каком-то смысле. Он отравляет местных жителей, я имею в виду рыбёшек. А от мирового океана 3 миллиарда людей, между прочим, кормится. И у берегов это всё накапливается. Проблема дичайшая.
А для нас пластик – идеальное сырьё.
Я расскажу, как это всё может выглядеть. Строится корабль, на котором размещаются наши установки, можно совместить всё это с атомным реактором, можно без такового. Весь этот мусор можно перерабатывать на месте, вырабатывая энергию, синтетическое топливо, да ещё и океан бы чистили. Эта идея корабля в сочетании с нашей технологией не моя. Я её обсуждал с Евгением Велиховым, с которым мы с 1961 года вместе работаем.
Но мусор везде, не только в океане. Например, в Нью-Йорке каждый человек «производит» 4 килограмма в день только бытовых отходов. А муниципальные отходы включают в себя многое другое. Отходы сельского хозяйства в огромном количестве, слэдж – канализационный ил, водоросли, сельскохозяйственные отходы, токсичные отходы и др. Их и сейчас используют, но часть из них сама по себе не горит. Надо либо жидкое топливо, либо газы добавлять, чтобы уничтожить всё это.
Какие сегодня существуют методы переработки этих отходов? Допустим, сложить в кучу, ждать, пока сгниёт. Но, во-первых, не всё гниёт, во-вторых, в процессе гниения выделяется всякая дрянь, включая диоксины, страшные канцерогены, в атмосферу и почвенные воды. Процесс медленный и опасный.
Второй способ (в основном у нас принят) – вывести в лес и свалить. В результате всё кругом загажено.
Более цивилизованный способ – сжигание. В мире 40 тысяч мусоросжигающих заводов. Но сжигание обычным образом, по старой технологии, идёт при температуре 800–1000 градусов. Это оптимум для выброса диоксинов и цианидов. Страшное дело.
Эти заводы потихоньку закрываются по всему миру. И нам продают устаревшие заводы. На определённых условиях…
Мы предлагаем переход в другое качество. А для этого надо использовать плазменные технологии.
Филипп Григорьевич, что собой представляют современные плазменные технологии?
– Плотная низкотемпературная плазма (наш рабочий диапазон – от двух тысяч до десяти тысяч градусов Цельсия) генерируется в плазматронах. Потом плазменная струя вводится в плазмохимический реактор, где помещается перерабатываемое вещество. Это обычный стальной цилиндр с высокотемпературной керамикой внутри. При помощи этой плазменной струи вы сообщаете именно столько энергии, сколько нужно, чтобы твёрдое или жидкое вещество перевести в газообразную фазу, потом развалить на молекулы и атомы и сформировать то, что вам необходимо.
Причём вы не допускаете горения, потому что запускаете туда ровно столько окислителя, чтобы образовалась окись углерода СО и не образовалось СО2. В итоге получаете так называемый синтез-газ – смесь водорода и СО. Он горючий сам по себе. По энергосодержанию он ниже природного газа, но соотношение водорода и СО оптимальное для ряда вещей. Вы его можете использовать в газовой турбине, в дизель-генераторе, в котле-утилизаторе или при помощи дальнейшего катализа получить из него синтетическое топливо, различные виды спирта. Причём сингаз для этого очень подходит, поскольку здесь соотношение водорода и СО можно иметь один к одному, что трудно получить иным способом.
Это как раз то, что делают сейчас американцы и бразильцы. В Калифорнии огромное количество машин ездит на подобных смесях. Но чтобы удовлетворить 15 процентов от всей потребности Штатов в жидком топливе, надо будет использовать всю американскую кукурузу – а в США производят почти половину мировой кукурузы! В России такое топливо вы можете получить сравнительно дёшево. Мы же можем делать его из любой растительной органики, в том числе из древесины. А больше всего дерева где? В Канаде, у нас, в Штатах и Бразилии. У нас оно гниёт в лесах, в других странах его используют более рационально.
Американцы намерены уже через 10–15 лет 50 процентов жидкого топлива получать за счёт такой переработки. Плазменный способ раза в три эффективней любого другого. Кроме того, он не даёт выбросов.
Из каких этапов состоит процесс плазменной переработки мусора?
– Если говорить о мусоре, то его сначала надо подготовить: превратить в гранулированную, спрессованную, подсушенную массу. Его переработка требует меньше затрат. В Европе почти половина мусора перерабатывается таким образом, в Штатах – тоже. Для этого там уже создано специальное оборудование. Оно недорогое, довольно простое. Такую технику надо покупать у них, а не изобретать велосипед.
Чтобы из спрессованного мусора получить плазму, вы должны затратить какое-то количество энергии. Затем из плазмы получаете синтез-газ, который содержит энное количество энергии. В частности, можно затратить одну единицу энергии, а в синтез-газе получить шесть единиц. Но поскольку КПД преобразования из газа в электричество в лучшем случае – при больших установках комбайн-цикла – 60 процентов, а обычно – 40–50 процентов, вы с каждого килограмма мусора можете получить в чистом виде 1,5–2 КВт-часа. Что это значит:
10 килограммов мусора в день – и одна квартира полностью снабжена электроэнергией и теплом.
Для получения из синтез-газа жидкого топлива и спирта тоже необходимо стандартное оборудование. Его много, оно тяжёлое, дорогое. Всё производится на Западе: скрубберы, теплообменники, фильтры очистки, насосы и даже энергетические блоки комбайн-цикла, которые способны работать на слабообогащённом газе, системы управления и прочее (там всё давно автоматизировано). У нас ничего этого нет.
Однако ни одна страна – а наша тем более – не способна сама по себе эффективно построить такой завод. Нужна кооперация разных государств. Наша часть – плазматроны. Мы первые начали разрабатывать наиболее эффективные плазматроны. Вместе с американцами. Если хотите, на их деньги – по межгосударственным соглашениям. Иначе бы мы в 90-е годы не выжили. А наш институт [электрофизики и электроэнергетики РАН] выжил, сейчас он оснащён не хуже любой американской научной лаборатории.
А для дачи, скажем, отдельного коттеджа, можно делать такие установки?
– Это экономически нецелесообразно. А для маленького посёлка уже может быть выгодно, если он поставляет приблизительно от 1 до 1,5 тонны мусора в час. В таком случае выгодно, например, строить сравнительно небольшие локальные станции с короткими линиями передач, с минимальными потерями тепла. Это то, что сейчас делается во всём мире. Кроме того, если вы построили станцию на несколько десятков МВт, и, не дай Бог, что случится – а сейчас нужно учитывать, помимо техногенных аварий, ещё и терроризм – последствия будут совсем не те, как, скажем, на атомной станции. Небольшой посёлок, городишко можно так снабжать энергией. В Японии двадцатитысячный посёлок освещается установкой на четырёх американских плазматронах «Вестингауз». Они хуже наших, но уже работают. В Канаде, под Оттавой, тоже есть такие установки.
Честно говоря, когда меня спрашивали из солидных научных журналов ещё полтора года назад, когда, на мой взгляд, «пойдёт» эта технология, я говорил, что лет через десять-пятнадцать. Я ошибся. Она уже «пошла», и очень быстро.
Сейчас плазменные технологии наиболее выигрышны в энергетике. Но они также могут быть высокоэффективны в новой металлургии, плазмохимии, медицине и многих других областях. Это пока ещё дитя в пелёнках. Но оно быстро растёт!
Когда в России появятся большие работающие плазменные установки?
– У нас в институте сейчас самая совершенная и, пожалуй, лучшая в мире по своей научной отточенности установка, которая работает уже несколько лет. Она сравнительно небольшая, но уже полупромышленная. Других установок в России практически нет. Нечто подобное сейчас пытаются делать в Новосибирске, однако их установка – это совсем другой уровень. Не хочу обижать коллег, но пока это так.
Правда, сейчас уже появилась масса людей, которые ходят по коридорам власти. Нам некогда ходить, жизнь коротка – надо делом заниматься. А к новому всегда прилипают те, кто хочет быстро заработать. Ведут вокруг этого массу разговоров, причём неквалифицированных, что очень опасно. Так можно опорочить любую хорошую идею.
Что вам мешает создать промышленную установку?
– Мы как раз готовы её создать. Для этого есть всё необходимое: кооперация с зарубежными странами, которая позволит сделать то, что можно сделать на наших заводах, хорошие мастерские. Но, с другой стороны, здесь невыгодно что-либо делать. Металл у нас дороже, чем на Западе. Цены на комплектующие тоже в 2–3 раза выше. А элементной базы у нас нет – её надо покупать за границей.
Кроме того, если я покупаю что-то, например, узел или прибор, то получу его только через 3–4 месяца. А мои зарубежные коллеги, заказав всё необходимое, получат это уже на второй день. Все эти барьеры надо убирать.
Как Вы полагаете, вручение Вам этой награды позволит как-то сдвинуть дело с мёртвой точки?
– Я надеюсь на это. У нас сейчас есть предложения о сотрудничестве от ряда российских регионов. Но это вопрос финансирования, администрирования и т.д. Мы живём в России, и хотелось бы именно здесь всё это реализовать. Понимаете, у нас особенность такая: считают, раз нефти и газа полно, то проживём. Это не так. Легко добываемых полезных ископаемых не так много.
Посмотрите на историю человечества. Сначала костры жгли, потом угольная энергетика развивалась несколько сот лет, и вот пик – газовая и нефтяная. Пора думать, что дальше. Тем более, повторяю, энергетика – очень инерционна. Конечно, мы не можем заместить всё. Но ниша возобновляемой энергетики будет довольно приличной в мире. И у нас она может быть такой.
Кроме того, надо почистить планету, избавиться от выбросов всякой дряни в атмосферу. Я надеюсь на внимание к этому вопросу Дмитрия Медведева и Владимира Путина – они люди прогрессивные. Хотя при нашем чиновничестве, при нашей бюрократии и коррупции я им сочувствую. Трудно бороться. А нам – так просто невозможно. Либо жизнь на это класть, либо делом заниматься. Но это уже не мы должны решать – государство должно делать.
Ваш прогноз: когда в России появится большая работающая установка на ваших плазматронах?
– Если повезёт – года через два-три. Это зависит от решения административно-финансовых вопросов. Сделаем мы её быстро. Если не повезёт – трудно сказать...