Ученые Объединенного института высоких температур Российской академии наук (ОИВТ РАН) представили принципиально новую разработку в области энергетики - экологически чистую теплоэлектроцентраль, работающую по новому термодинамическому циклу с кислородным сжиганием природного газа. Эта технология позволяет одновременно генерировать электричество и тепло, практически полностью исключая выбросы CO₂ в атмосферу.
Ключевое отличие новой ТЭЦ, получившей название «цикл ОИВТ РАН», заключается в отказе от использования воздуха для сжигания топлива. В камеру сгорания подается чистый кислород, а в качестве рабочего тела, вращающего турбину, используется смесь углекислого газа и водяного пара. Это кардинально меняет состав продуктов сгорания и конфигурацию всей электростанции.
В традиционных ТЭЦ дымовые газы содержат всего несколько процентов CO₂, что требует применения сложных и энергоемких систем для его извлечения. В новой конструкции углекислый газ изначально является частью рабочего тела, а после конденсации воды удаляется из цикла в жидком виде, что удобно для транспортировки, хранения или промышленного использования.
Согласно расчетам разработчиков, удельный расход топлива на производство полезной энергии составляет менее 130 г условного топлива на кВт·ч в год в интегральном выражении. Это обеспечивает экономию топлива более 30% по сравнению с современными когенерационными установками аналогичной мощности.
Экологический эффект связан со спецификой процесса сгорания. Поскольку воздух не используется, в зоне горения практически нет азота, что сводит к минимуму образование оксидов азота. Углекислый газ не выбрасывается через трубу - он конденсируется и отводится в жидком виде. Для станции мощностью около 300 МВт это составляет более 550 тонн CO₂ в сутки, которые можно использовать для промышленных целей.
Водяной пар полностью конденсируется, включая так называемую топливную воду, образующуюся при сгорании водорода в метане. Это дает около 1 миллиона тонн воды в год, пригодной для промышленного использования. Воздухоразделительная установка, необходимая для производства кислорода, дополнительно производит более 5 миллионов тонн азота в год для 300-МВт станции.
Для практической отработки технологии предлагается создать испытательный полигон на базе электростанции мощностью 60 МВт. Этот объект позволит разработчикам решить конструкторские и технологические задачи, проверить работу оборудования в различных режимах и оценить экономические параметры перед масштабированием до станций мощностью 100-600 МВт и более.