Энергия для экономики и экология
Долгие годы РФЯЦ-ВНИИЭФ занимался обеспечением обороноспособности страны - созданием ядерного оружия. Со временем Министерство среднего машиностроения СССР, которому подчинялся ВНИИЭФ, преобразовалось в Министерство Российской Федерации по атомной энергии. Перед ним теперь стоят задачи не только по развитию атомной энергетики, но и, с началом глубокой конверсии ядерно-оружейного комплекса, проблемы альтернативной энергетики ХХI века.
Некоторое время назад Минатомом разработана комплексная целевая программа "Топливный элемент". Ею руководит министр РФ по атомной энергии академик РАН В.Михайлов. Для оперативной работы создан координационно-экспертный совет во главе с заместителем начальника департамента проектирования и испытания ядерных боеприпасов Б.Любовиным. В него входят представители ведущих институтов и предприятий отрасли. ВНИИЭФ является ведущим предприятием в отрасли по этой программе и главным идейным вдохновителем создания РАКТЭ (что такое РАКТЭ - чуть ниже).
Но прежде чем переходить к результатам работ по целевой программе, обратимся к помощи доктора физико-математических наук Евгения Захаровича Новицкого. Он ответил на вопросы нашего корреспондента.
- Что такое топливный элемент?
- Топливный элемент - это химический источник тока, его простейший бытовой аналог - батарейка. Принципиальным отличием топливного элемента является то, что электрическая энергия генерируется в нем до тех пор, пока на анод поступает топливо, а на катод - окислитель. Главными "побочными" продуктами ТЭ являются тепло и вода. Никакой другой химический источник тока так не работает. На базе топливных элементов можно создавать энергоустановки различной мощности и различного назначения - от единиц ватт до десятков мегаватт.
- Что может использоваться в качестве топлива?
- Топливный элемент является "всеядным": работает при поступлении на анод любого водородосодержащего топлива (после соответствующей обработки) - природного газа, сжиженного газа, синтетического газа, биогаза, метанола, дизельного топлива, продуктов газификации угля.
- В чем преимущества топливных элементов?
- У топливных элементов, без которых уже сейчас сложно представить энергетику XXI века, есть два громадных преимущества.
Первое - эффективность, чрезвычайно высокий коэффициент полезного действия (у лучших современных энергоустановок КПД может достигать 34-36%). Использование технологии топливных элементов позволит повысить КПД до 75% по электроэнергии. Прибавим к этому, что топливный элемент одновременно вырабатывает еще и тепло, которое может быть утилизировано непосредственно или использовано для запуска турбины с целью получения дополнительного количества электроэнергии. В результате, суммарный КПД системы может достигать 90-95%. Более эффективной системы человечество пока не знает.
Второе преимущество - это экология. Все ныне существующие энергоустановки уступают установкам на топливных элементах по экологической чистоте в десятки-сотни раз.
Этих двух преимуществ более чем достаточно, чтобы работать с топливными элементами и продвигать их на энергетический рынок.
Уже более ста двадцати установок разных модификаций с топливными элементами работают в разных странах мира, но они сегодня достаточно дорогие. Один киловатт вырабатываемой ими мощности стоит 3 тысячи долларов США. Если эту стоимость понизить в 2-3 раза, то такие установки будут вполне конкурентоспособными, но пока, по-видимому, лишь на американском и европейском энергетических рынках.
Теперь, когда мы получили первое представление о новом направлении энергетики, расскажем
Что такое РАКТЭ?
РАКТЭ- это российско-американский консорциум по топливным элементам (по-английски - RAFCO). Хотя Россия пока отстает в развитии технологий топливных элементов, американцы готовы сотрудничать с нами, так что создание консорциума в определенной мере - аванс для нас.
Идея создания РАКТЭ возникла в 1994 году, на третьем семинаре по конверсии оборонных технологий в Ливерморе. 22-24 сентября 1997 года в решении IX межправительственной комиссии Гора-Черномырдина было окончательно записано, что РАКТЭ создан, существует и имеет первые успехи.
Исторически сложилось так, что оформлением всех документов, связанных с РАКТЭ, занимался ВНИИЭФ. Поэтому справедливо, что в июне этого года министр В.Михайлов принял решение о создании в РФЯЦ-ВНИИЭФ российского координационного бюро РАКТЭ для координации и управления его деятельностью в России. В США по образу и подобию нашего бюро создается подкомитет по административным вопросам и развитию бизнеса.
- Какова структура РАКТЭ?
- Возглавляют РАКТЭ два сопредседателя - Б.Любовин от России (Минатом России) и Барри Гейл от США (МЭ США).
В соответствии с Соглашением деятельностью РАКТЭ управляет совместный комитет. Создано также два подкомитета - политический, который занимается поиском источников финансирования и продвижением на рынок технологий топливных элементов, и технический, который отбирает и проводит в жизнь конкретные проекты НИОКР и демонстрационные проекты. Для оперативной работы РАКТЭ созданы, как было сказано выше, российское координационное бюро и административный подкомитет в США.
- Вы упомянули о первых успехах РАКТЭ. Каковы они у российской стороны?
- Какие могут у нас быть успехи при отсутствии нормального финансирования? Программа развития топливных элементов из-за этого уже полтора года "буксует", что очень досадно. Во ВНИИЭФ лабораторная технология расплавкарбонатных топливных элементов разработана технологическим отделением. Отделение автономной энергетики занимается разработкой установки с использованием этих элементов. Мы уже нашли в России предприятие, которое способно выпускать необходимые нам активные компоненты. Но все упирается в деньги, без них даже самые блестящие идеи не могут быть воплощены в жизнь. Чтобы говорить об успехах, нужно создать и испытать экспериментальную установку, что требует вложения немалых средств.
Примерно так же обстоят дела у наших коллег во ВНИИТФ, ФЭИ, ЗЭМО, УЭХК, КИ.
- Расскажите о совместных российско-американских проектах в рамках РАКТЭ.
- Не будем говорить о совместных проектах НИОКР ввиду их специфики и сложности изложения для широкой публики. Поговорим только о так называемых демонстрационных проектах, которые крайне необходимы, чтобы наглядно можно было доказать широкой общественности такие заявленные преимущества топливных элементов, как высокие эффективность и экологичность.
Таких проектов несколько. Один из них - арктический. Он призван показать, что установки на топливных элементах хорошо работают в суровых условиях. В России мы его рассматриваем для возможного использования в районах добычи нефти и газа на Крайнем Севере.
Выбор Арктики не случаен, это один из наиболее уязвимых в экологическом плане районов земного шара. Экологически чистая энергетика нужна здесь в первую очередь. Немаловажно, что установки на топливных элементах могут поставляться в полной заводской готовности, дистанционно управляемы, автономны, и это делает их еще более привлекательными для северных малонаселенных районов.
Другой проект РАКТЭ предназначен для западных горных и пустынных штатов США: Аризона, Нью-Мексико, Невада, юг Юты, Колорадо и Калифорнии, а также для соответствующих областей России и СНГ, где отсутствует централизованное снабжение электроэнергией. Экстремальные условия здесь другого плана - большой перепад температур. Надеемся, что применение топливных элементов будет весьма удачным и в этом случае.
Изначально РАКТЭ создавался для решения научно-исследовательских и опытно-конструкторских задач, то есть предполагалось,что сотрудничество будет происходить на предконкурентной основе. Сейчас возникла необходимость в осуществлении демонстрационных проектов, а это уже балансирование на лезвии ножа между научными исследованиями и коммерческими проектами. Американцы это осознают, тем не менее они готовы работать с нами в таком ключе.
Безусловно, РАКТЭ - это один из первых опытов совместной работы ученых, инженеров, рабочих двух стран. Его работа еще только началась, у него все впереди. Уже сейчас ясно, что невозможно и бессмысленно решать проблемы создания экологически чистых технологий в одной отдельно взятой стране. Ни России, ни США, ни им обоим вместе не под силу решить проблему сохранения природы. В ближайшее время планируется привлечение к работе в РАКТЭ стран Арктического совета (Арктический проект). Совместный Комитет РАКТЭ планирует также обратиться в Экологический Фонд ООН. Будущее - за интернационализацией работ по проблемам альтернативной энергетики и экологии.
Подготовила М.Солдатенкова