Гидроэнергетика: все течет, кое-что меняется
Первые гидроагрегаты ГЭС Байхэтань на реке Цзиньша, второй по мощности гидроэлектростанции в мире, в 2021-м введены в эксплуатацию и стали выдавать электроэнергию. Выход ГЭС на полную мощность в 16 ГВт запланирован на 2022 год. Силовые агрегаты станции произведены в Поднебесной.
Байхэтань – часть каскада ГЭС на реке Цзиньша, в верхнем течении Янцзы. Это один из крупнейших и наиболее сложных инженерных проектов Китая: арочная плотина высотой 289 м была построена за четыре года. Реализация проекта направлена на обеспечение электроэнергией энергодефицитных регионов Китая, а также на регулирование стока половодий и паводков.
В прошлом году Китай еще раз подтвердил планы построить гидроэнергетический комплекс в Тибете мощностью 60 ГВт (это, кстати, больше, чем мощность всей гидроэнергетики России), который в случае реализации станет самым масштабным гидропроектом в мире. Находиться он будет на реке Ярлунг-Цангпо (инд. Брахмапутра), на участке, где она прорывается через Гималаи. Природные условия тех мест уникальны – это один из крупнейших по своему гидроэнергетическому потенциалу створов. Высота склонов китайского «гранд-каньона» – до 6 км, рекордная в мире. Река набирает силу в Тибете на протяжении более 1200 км, а затем на участке в 300 км делает огромную излучину, в пределах которой перепад высоты составляет около 2200 м.
Поднебесная активно наращивает и гидроаккумулирующие мощности. В провинции Хэбэй завершено строительство крупнейшей в мире ГАЭС Фэннин мощностью 3,6 ГВт (12 обратимых гидроагрегатов по 300 МВт). Эта станция – первый объект в Китае, где применяется технология переменной скорости вращения гидроагрегатов. Такое решение позволит наиболее продуктивно закачивать воду в верхний резервуар в режиме накопления и сбрасывать в нижний в генераторном режиме. Система не только обеспечит большую эффективность, но и поможет стабилизировать работу сети.
Это самая мощная ГАЭС в Китае и в мире, от нее практически на 600 МВт отстает прежний рекордсмен, американская Бас Каунти. И похоже, Китай еще долго останется лидером по этому показателю. В 2021 году в США выдано предварительное разрешение на строительство новой ГАЭС Халверсон, но ее мощность лишь 2,65 ГВт, что сопоставимо с китайскими Хойчжоу и Гуандун (по 2,4 ГВт). К 2032 году планируется достроить японскую ГАЭС Каннагава – ее проектная мощность заявлена в объеме 2,8 ГВт. При этом в планах Китая – увеличить общую мощность ГАЭС до 120 ГВт к 2030 году.
Спросить Билла
Новую конструкцию гидротурбин, которая позволяет рыбе безопасно перемещаться через лопасти, испытывает компания Natel Energy, поддерживаемая, в частности, Breakthrough Energy Ventures, венчурным фондом владельца Microsoft Билла Гейтса. В штате Мэн и в штате Орегон такие турбины успешно работают уже больше года и к концу 2021 года выработали около 1 ГВт·ч. При испытаниях через турбину Natel диаметром 1,9 м успешно пропустили 60 радужных форелей, каждая длиной около 40 см. По данным производителя, конструкция снимает необходимость устанавливать тонкие сетки для рыбы, снижает капитальные и эксплуатационные затраты, повышает эффективность генерации. При мощности от 30 кВт до 3 МВт эти турбины могут быть объединены в кластеры до 30 МВт.
Деньги на ветер
В конце 2021 года выдала первый ток прибрежная ветровая электростанция Хорнси-2 в Великобритании. Ветрокомплекс в Хорнси в настоящее время крупнейший в мире по мощности. Хорнси-1 оснащена 174 турбинами суммарной мощностью 1,2 ГВт, в составе Хорнси-2 – 165 турбин по 8 МВт каждая, а в сумме – 1,32 ГВт. Ветрокомплекс находится в 89 км от восточного побережья Великобритании, электроэнергия установок передается на берег с помощью подводного кабеля. Планируется дальнейшее развитие проекта со строительством Хорнси-3 и Хорнси-4.
Год запомнился и мобильными открытиями: в Шотландии введена в эксплуатацию крупнейшая в мире плавучая ветростанция Кинкардин мощностью в 50 МВт, пришвартованная в 15 км от побережья близ округа Абердиншир. ВЭС включает 5 турбин по 9,5 МВт (кстати, это также самая высокая ветромощность, когда-либо установленная на плавучих платформах) и одну на 2 МВт, каждая из которых установлена на полупогружных платформах на глубине от 60 до 80 м. Ветропарк сможет производить свыше 200 млн кВт·ч – достаточно для того, чтобы обеспечить электроэнергией более 50 тыс. домохозяйств Шотландии. Норвежская Statkraft поддержала проект, заключив долгосрочный контракт на покупку электроэнергии этой ВЭС по гарантированной цене до 2029 года.
Крупнейший в мире по мощности ветрокомплекс Хорнси.
Подразделение испанской энергокомпании Endesa по возобновляемым источникам энергии, Enel Green Power Espana, начало строительство ветропарков в городе Куэнке. Но интересен не столько сам проект и мощность, а используемая компанией модель «Устойчивая строительная площадка». Она предполагает установку фотоэлектрических солнечных панелей для удовлетворения части потребностей в электроэнергии во время строительных работ и внедрение мер по сокращению расхода воды за счет установки резервуаров и систем сбора дождевой воды, электрозарядную станцию и др. После завершения работ часть оборудования передается в дар местным властям для общественного использования.
Тепло ли тебе, девица?
На фоне бума в возобновляемом секторе тепловая энергетика не проявляет слабости, хотя следует тренду на декарбонизацию: через повышение КПД, улавливание выбросов, изучение возможностей водорода в качестве топлива.
Поворот на водород
Канадская энергетическая компания Hydro-Québec объявила о начале строительства в Варенне, Квебек, завода по производству «зеленого» водорода. Электролизная установка мощностью почти 90 МВт будет производить 11,1 тыс. тонн водорода и 88 тыс. тонн кислорода в год. И водород, и кислород, побочный продукт процесса электролиза, будут использоваться на заводе по переработке мусора и отходов лесного хозяйства в биотопливо для транспортного сектора.
Продолжается поиск резервов эффективности при использовании природного газа. Так, General Electric в августе 2021-го сообщила об успешном завершении испытаний первой модификации газотурбинной установки GT26 HE. Испытания GT26 High Efficiency на электростанции Энфилд компании Uniper в Лондоне показали, что обновленное оборудование превышает заявленные значения КПД при соблюдении всех остальных требований. КПД при работе в комбинированном (парогазовом) цикле достигает 60%. А кроме того, новая турбина позволяет увеличить интервалы между техническим обслуживанием ГТУ.
Вопреки ожиданиям, не сдает позиций и уголь. Главный драйвер и тут Китай. Руководство страны декларирует приверженность курсу на низкоуглеродную экономику, на достижение углеродной нейтральности, однако в Китае угольная энергетика занимает слишком большую долю и имеет значительное социальное значение, и ее невозможно свернуть быстро, несмотря на очевидные экологические проблемы. Выход в том числе в модернизации, повышении эффективности действующих мощностей. Так, китайский энергетический гигант CEIC ведет глубокую модернизацию своих блоков и добился полной технологической независимости на этом направлении. В эксплуатацию после модернизации введен блок № 6 ТЭС Бейлун в Чжэцзянском филиале China Energy мощностью 1,05 ГВт. На блоке используется только китайское оборудование, в том числе собственные системы управления технологическими процессами. Турбоагрегат работает на суперсверхкритических параметрах пара – выше 24 МПа и/или температуре более 565°С. Чем выше параметры пара – тем выше КПД паросилового цикла, меньше материалоемкость турбоустановки, но тем выше сложность технологической задачи.
Чип и дрон спешат на помощь
Приходят инновации в сферу технического обслуживания и ремонта. DEME Offshore и Sabca испытали дроны при обслуживании морской ветроэлектростанции Рентел в Северном море. Беспилотники показали, что могут решать самые разные задачи и даже автономно. Например, проводить поисково-спасательные операции (инфракрасное обнаружение тонущего, сброс спасательного круга) или экологические обследования водной поверхности, помогать в решении важных производственных задач, таких как осмотр турбин и подстанций, доставка небольших грузов.
Мы поедем, мы помчимся
В 2021 году BMW показала концептуальный электромобиль – хэтчбек i Vision Circular. Автомобиль не только построен из переработанных материалов, но и пригоден для вторичной переработки (и батарея тоже!). Даже корпус электрокара не покрасили, а анодировали. Концепт демонстрирует, что электрокар можно сделать полностью из «зеленых» материалов: детали кузова – из переработанных пластика и алюминия, шины – из натурального каучука. Интерьер напечатан на 3D-принтере. Для скрепления материалов используются «чистые» типы соединений, такие как шнуры, кнопки и застежки. Многие компоненты получат быстросъемные крепления и могут быть демонтированы с помощью всего лишь одного инструмента: чтобы машину можно было разобрать, как «лего», и сдать в переработку – в разные контейнеры.
