Выскажу одну свою давнюю идею, зародившуюся еще во времена детального изучения советской индустриализации, становления теплоэлектроэнергетики и особенности теплофикации. Трудно сказать, будет ли эта идея когда-либо принята к реализации и во что она выльется. Однако, думаю, что изложить ее хотя бы в общих чертах стоит. Речь идет о комбинации крупных тепловых электростанций или централей с теплицами или теплоэлектроагрокомбината.
Знакомые с идеями Г.М. Кржижановского и его товарищей в части тесного, технологического комбинирования различных производств по принципу использования энергии или сырья, без труда увидят все те же принципы. Однако, если Кржижановский все же комбинировал промышленные производства, то здесь концепт идет дальше и комбинирует вместе то, что с первого взгляда не особо-то и совместимо между собой: тепловую энергетику и выращивание растений в теплицах. Для этого есть определенные основания.
Есть потребность в тепле и есть бесполезный расход тепла
Теплицы в наших широтах, особенно в Сибири и в Арктике, позволяют выращивать любые культуры, вплоть до тропических фруктов. Ряд недавних экспериментов показал, что тепличное хозяйство можно создать и на вечной мерзлоте («Норильские теплицы», самое северное в России тепличное хозяйство), и на льдах (в Антарктиде первый урожай в теплице вырастили в 2018 году; в 2023 году огурцы вырастили на российской антарктической станции «Восток»), и даже на корабле (теплица была на атомном ледоколе «Арктика» еще в советские времена, а теперь теплица есть на атомном ледоколе «Ямал»). Теплицы в основном помидорно-огуречные, но ничто не препятствует возделывать и другие культуры.
Но есть серьезная проблема — обогрев теплиц. Для получения необходимых температур требуется значительный расход топлива или тепловой энергии, что делает теплицу не слишком экономически выгодным. Гектар теплицы требует примерно 1500 кг условного топлива за сезон. Эта проблема преодолима, но все же, вместе с расходом энергии на освещение, получается немало.
С другой стороны, любая крупная тепловая электростанция или теплоцентраль имеет значительные потери тепла. Суммарное КПД тепловых электростанций составляет примерно 30-40%, а ТЭЦ — 60-65%. В основном потери тепла происходят в конденсаторе, охлаждающем отработанный пар. На теплофикационных установках часть этого тепла используется на отопительные нужды, но и здесь потери значительны. Это поразительно, что строится огромная градирня, единственное предназначение которой состоит в рассеивании тепла, то есть обогрева воздуха или воды. В силу такого устройства тепловой энергетики примерно половина сжигаемого топлива обогревает атмосферу.
Есть еще один крупных источник теплопотерь, который, насколько можно судить, не учитывается в тепловом балансе электростанции, — отходящие дымовые газы. Большая часть тепла от сгорания топлива используется в парогенераторе, однако, после него температура газов составляет порядка 260 градусов. На многих тепловых электростанциях остаточное тепло используется экономайзерами, установленными после парогенератора, но и в этом случае в трубу улетают дымовые газы с температурой порядка 120-180 градусов. В ясный зимний день над трубами ГРЭС хорошо виден столб горячего дыма, греющий атмосферу. Вместе с теплом также улетает углекислый газ.
Комбинация тепловой электростанции и теплицы
Итак, есть объект, требующий много тепла для произрастания растений, и есть объект, бесполезно выбрасывающий много тепла в воздух. Вполне целесообразно эти объекты комбинировать и направить ныне бесполезно растрачиваемое тепло на обогрев теплицы, то есть на производство полезной и абсолютно необходимой продукции.
Концептуально система может выглядеть так. Главный источник тепла для отопления теплиц — это конденсация отработанного пара. Пар может отводиться как по системе труб, проложенных в теплице (паровое отопление), так и проходит через конденсатор, охлаждающая вода которого перед сбросом в водоем проходит через трубы, проложенные в теплице, где отдает свое тепло растениям. В каких-то случаях может быть более удобен тот или иной вариант. Если посмотреть на градирню крупной ГРЭС, то можно видеть, что теплица, обогреваемая остаточным теплом отработанного пара, может быть весьма большой по объему.
Вспомогательный источник тепла — дымовые газы. Сейчас они выбрасываются в дымовую трубу. В принципе, дымовая труба для тепловой электростанции не обязательна, поскольку воздух в топку подается воздуходувками, а через трубу дымовые газы, после некоторой очистки, удаляются подальше от электростанции. Дым подается в трубу дымососами. Таким образом, часть тепла дымовых газов используется в экономайзерах. Другая часть тепла используется в системе труб, проложенных в теплицах, через которые прокачиваются несколько охлажденные и очищенные дымовые газы.
В дымовых газах содержится углекислый газ, который очень нужен растениям. Нередко в теплицах используется углекислотная подкормка. Дымовые газы — отличный источник углекислого газа для подкормки растений и увеличения их продуктивности. Вместе с углекислым газом также в дымовых газах присутствуют окислы азота. Их можно удалять поглощением растворами щелочей с образованием ценных нитрит-нитратных солей. В этом случае в комбинате добавляется также химическое производство азотных удобрений, которые отчасти можно использовать в самой же теплице. В растворе мочевины окислы азота разлагаются на азот и углекислый газ.
Итак, дымовые газы сначала охлаждаются в экономайзере, затем во второй отопительной системе теплицы, после чего пропускаются через абсорберы, удаляющие окислы азота, и оставшийся углекислый газ пускается в теплицу для подкормки растений. Получается практически полное использование остаточного тепла и заодно использование углекислого газа.
Построить подобную комбинированную систему, используя имеющийся технический арсенал теплоэнергетики, вполне возможно и даже не особенно трудно. Это потребует капитальных вложений, однако, окупаемость капитальных вложений обеспечивается тепличным хозяйством и производством разнообразной растительной продукции.
Комбинат получается интересной системой. Если в основе сжигание угля, то получается ценной продукции: электрическая энергия, тепловая энергия, зола для производства цемента и стройматериалов, азотные удобрения при очистке дымовых газов от окислов азота и различная сельскохозяйственная продукция. Экономически потери энергии будут составлять порядка 5-8% от энергии сжигания топлива.
С экологической точки зрения получается тепловая электростанция без выбросов, не загрязняющая атмосферу. Если реконструировать крупные тепловые электростанции таким образом, то можно разрешит в корне проблему «черного неба», периодически мучающего Красноярск, да и в дальнейшем располагать тепловые объекты генерации в городах или вблизи городов.
Дело смотрится достаточно выгодным, чтобы поэкспериментировать на какой-нибудь небольшой теплоэлектроцентрали и наработать опыт для реконструкции крупных тепловых электростанций.
