Исследование применения кислородного сжигания природного газа и метан-водородных смесей в теплогенерирующих установках для снижения углеродного следа.

В 2015 году на конференции по климату в Париже страны-участницы приняли Парижское соглашение, цель которого – удержать темпы роста глобальной средней температуры к 2050 году ниже прогнозных. Основной причиной глобального потепления называется рост выбросов углекислого газа, что, в свою очередь, связывается с ростом добычи и потребления ископаемого топлива: угля, нефти, газа. Одной из вероятных экологических инициатив является введение так называемого «углеродного налога», сумма которого будет напрямую зависеть от оставленного продуктом «углеродного следа»: количества углекислого газа, выброшеного в атмосферу при производстве того или иного товара. С учетом того, что большая часть выбросов в РФ по данным 2019 года – порядка 78% от 2,1 млрд тонн СО2 – эквивалента без учета поглощающей способности лесов, приходится на топливно-энергетический комплекс, Минэнерго РФ предложило рассматривать показатели по выбросам СО2 в качестве одного из базовых параметров оценки эффективности объектов энергетики [Основные показатели охраны окружающей среды. Статистический бюллетень (Росстат), г. Москва, 2021 г. https://rosstat.gov.ru/storage/mediabank/oxr_bul_2021.pdf]. Решение задач по снижению выбросов углекислого газа в атмосферу планируется в первую очередь за счет замещения традиционной генерации энергии так называемой «зеленой» – на основе возобновляемых ресурсов. Но ввиду неравномерности выработки энергии ВИЭ, а также относительно небольшой ее доли в общем балансе вырабатываемой энергии, полностью отказаться или даже существенно (в разы) снизить объем генерации на традиционных (с использованием органического топлива) источниках энергии в ближайшие десятилетия не представляется возможным (по крайней мере в России). Поэтому разработка решений по снижению объемов выбросов парниковых газов на объектах традиционной генерации (котельные, ТЭС) станет серьезным шагом в повышении конкурентоспособности российской продукции на мировых рынках. Эффективность и правильность такого решения уже доказывают страны-эколидеры: Германия, Великобритания, Дания и ряд других, выбравшие такой путь в качестве одного из ключевых составляющих своей энергосистемы. Активно внедряя и развивая ВИЭ, они большое внимание уделяют повышению эффективности собственных традиционных источников выработки энергии. Одним из наиболее перспективных направлений исследований по повышению экологической эффективности традиционных источников выработки тепловой и электрической энергии является полное или частичное замещение в топках энергетических котлов окислителя воздуха на кислород. Проект способствует достижению целей «Стратегии социально-экономического развития РФ с низким уровнем выбросов парниковых газов до 2050 г.», утвержденной распоряжением правительства РФ (от 29.10.2021 г.) Цель научного исследования – разработка принципов производства тепловой и электрической энергии с низким уровнем выбросов углекислого газа на базе энергоустановок, использующих углеводородные топлива. Объекты исследования – тепло- и электрогенерирующее оборудование тепловых электрических станций и водогрейных котельных, содержащее в своем составе паровые и водогрейные котельные агрегаты, паротурбинные установки. В ходе проекта планируется разработать математические модели и провести оценку эффективности технологических схем сжигания топлива природного газа и метан-водородной смеси (МВС) для энергетических котлов в воздухе и в смеси воздуха с рециркулируемым потоком углекислого газа, обогащенного кислородом. Планируется исследовать зависимость КПД оборудования, температуры уходящих газов, объема выбросов СО2 , Н2О от объемной доли кислорода в топливо-воздушной смеси, а также от объемной доли водорода в МВС. На основе результатов исследования будут сделаны выводы о наиболее эффективных режимах работы оборудования исходя из экологических и энергетических критериев.