Geekly articles weekly

كيفية بناء اقتصاد أخضر بسبب مناخ روسيا

إن الحاجة إلى تقليل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون العالمية والطبيعة الحرارية لقطاع الطاقة في روسيا يمكن أن تزيد بشكل كبير من ربحية اقتصادنا. تحدث عالم الفيزياء الشهير فالنتين دانيلوف عن كيفية تحويل المناخ البارد إلى ميزة.



من فريق Tion:
"فالنتين فلاديميروفيتش هو شخص مشرق للغاية ومليء بالمعلومات وواسع النطاق. أفكاره عالمية ، بالنسبة لشخص أكثر من اللازم. هناك رأي مفاده أن وقت الأفكار الكبيرة والأشخاص الكبار قد انقضى. ومع ذلك ، سنعتقد دائمًا أن الفطرة السليمة ستنمو بالتأكيد مثل العشب من خلال الأسفلت. كما قال ليف لانداو ، تحتاج إلى العمل ، وهناك ، ستنظر ، وسوف تتغير الأوقات. ونحن سعداء بصدق للعمل في نفس الفريق مع أشخاص مثل فالنتين دانيلوف ".




هناك مشكلة الاحتباس الحراري. تنشئ دول بروتوكول كيوتو "مشاريع تنفيذ مشتركة" وتحاول زيادة كفاءة الطاقة (تقليل استهلاك الوقود) ، وبالتالي انبعاثات غازات الاحتباس الحراري. يظهر مدى فعالية نظام الحصص من خلال حقيقة أن اليابان ، بدلاً من تقليل الانبعاثات ، قد ازدادت.

خلال نصف القرن الماضي ، نما تركيز ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي للأرض بأكثر من 30٪:



تصور مستوى انبعاثات ثاني أكسيد الكربون من احتراق الوقود:



يمثل قطاع الطاقة ما بين 50 و 70٪ من جميع انبعاثات ثاني أكسيد الكربون الصناعية. تحدد هذه الحقيقة أنه في النضال من أجل الحد من ثاني أكسيد الكربون ، يتم التركيز على المصادر المتجددة. لكن المشكلة مع هذه المصادر هي أنها ليست مستقرة. في الطقس الهادئ والغيوم ، لا تولد محطات الطاقة الشمسية والرياح الطاقة بكفاءة. هذه هي مصادر العمل الدوري. لذلك ، من الضروري استخدام البطاريات ، التي يكون موردها محدودًا جدًا. يتحملون فقط عدد معين من دورات الشحن / التفريغ. إذا حسبنا الزيادة في سعر الكهرباء بعد الانتقال من محطات المراجل التي تعمل بالفحم ومحطات الطاقة الحرارية إلى الألواح الشمسية ، فسيتم الحصول على رقم مثير للإعجاب. لا توجد آفاق للطاقة الشمسية إلا في الصحراء الأفريقية.

يبدو أن مصدر الطاقة النظيفة الخالية من الكربون هو محطات الطاقة الكهرومائية (HPS). ولكن إلى أي مدى تقع محطات الطاقة الكهرومائية في روسيا؟ أثناء بنائها ، غمرت مساحة كبيرة من الغابات والنباتات. الغطاء النباتي الناتج عن عملية التمثيل الضوئي هو "بالوعة" لثاني أكسيد الكربون ، وبالتالي فإن محطات الطاقة الكهرومائية تساهم أيضًا في زيادة تركيز هذا الغاز في الغلاف الجوي. يعتمد "سواد" محطة الطاقة الكهرومائية على مقدار الكتلة الحيوية التي تم إخراجها من الدورة الدموية بعد بنائها. على سبيل المثال ، تقدر مساحة بحر كراسنويارسك وخزان محطة بوغوشانسكايا الكهرومائية الجديدة بمئات الكيلومترات المربعة. يمكن أن يخبرك علماء الأحياء بالضبط مقدار ثاني أكسيد الكربون الذي لا يتم التخلص منه بواسطة النباتات سنويًا في الغلاف الجوي. أنا لا أتحدث عن نهر الفولغا ، حيث تم إنشاء سلسلة من هذه الخزانات الضخمة.

كيف تسخن في عصر الطاقة الخضراء


في الولايات المتحدة ، يتم توليد الكهرباء في المتوسط ​​10 كيلو واط للفرد ، ولدينا على مستوى 1-2 كيلو واط. بالنسبة لروسيا ، من المهم عدم إنتاج الطاقة الكهربائية ، ولكن الطاقة الحرارية ، التي تنتج سنويًا حوالي ملياري جيجا جول (Gcal). يتجاوز هذا الحجم استهلاك الحرارة في الولايات المتحدة بأكثر من 10 مرات! ويصاحب إنتاج كل غالون عن طريق حرق الوقود الأحفوري متوسط ​​انبعاث نصف طن من ثاني أكسيد الكربون. من الناحية النظرية ، إذا توقفنا عن حرق الوقود للحصول على الحرارة ، وحصلنا عليه بطريقة أخرى ، فسوف نخفض انبعاثات ثاني أكسيد الكربون بمقدار مليار طن. لتوضيح هذا المقياس: جميع التزامات اليابان لخفض انبعاثات ثاني أكسيد الكربون هي 250 مليون طن سنويًا.

تقنيات الإمداد بالحرارة الخضراء هي استخدام الحرارة المهدورة من الإنتاج إلى نظام التدفئة في المنطقة ، مما يقلل من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون بسبب إزاحة حرق الفحم في المراجل.

تحتاج إلى الحديث عن الفحم بشكل منفصل. الآن في نظام الطاقة الروسي ، هناك ميل لاستبدال محطات المراجل التي تعمل بالفحم بمصانع تعمل بالغاز ، وهو ما تمليه الصداقة البيئية الأكبر لهذه الأخيرة. تعتبر الصداقة البيئية هنا محلية إلى حد ما ، لأنها تنخفض إلى كمية أقل من الرماد ونفايات الخبث ، والتي لا تزال كثيرة من حرق الفحم. وأدى ذلك إلى حقيقة أن روسيا لديها حصة منخفضة نسبيًا من استخدام الفحم في قطاع الطاقة.



وهذا على الرغم من حقيقة أن الفحم ، بسبب رخصته ، هو وقود أكثر ملاءمة للطاقة. خاصة مع استهلاك الحرارة كما هو الحال في روسيا. والهيدروكربونات هي وقود الحركة.

لذا ، فإن إحدى الأفكار الرئيسية هي الجمع بين توليد الحرارة وإنتاج المنتجات المطلوبة في السوق.

مثال على ذلك هي تقنية Thermocox®. يعتمد على استخدام تغويز الفحم غير الثابت باستخدام انفجار الهواء العكسي.



في هذا المخطط ، يتم الحصول على منتجين من الفحم باستخدام تفاعل حراري ذاتي في جهاز التغويز: thermocoke (ماص الفحم) المستخدم في علم المعادن ، والغاز القابل للاحتراق. يتم تنظيم حرق الفحم بطريقة تجعل جبهة الاحتراق من الجزء العلوي من جهاز التغويز بعد تحرك الإشعال نحو تدفق الهواء إلى الجزء السفلي من جهاز التغويز. وهكذا ، تستمر التفاعلات الحرارية الكيميائية قبل جبهة الاحتراق ، وتتحلل منتجاتها (أسود الكربون ، الفينولات والسموم الأخرى) في الطبقة الساخنة ولا تلوث الغاز الناتج. يمكن استخدام هذا الغاز كوقود لغلايات الماء الساخن ولقيادة آلات مكبس الغاز التي تولد الكهرباء. خلف جبهة الاحتراق ، يبقى فحم الكوك بدرجة حرارة متوسطة (مادة ماصة للفحم). في ظل ظروف معينة ، يتم الحصول على مادة ماصة كربونية بسطح متطور يصل إلى 500 م 2 / جم.



يوضح هذا الرسم البياني بوضوح كيف ينتج جهاز التغويز منتجين للاحتراق (صلب وغازي) ، كل منهما جاهز للاستخدام مرة أخرى.

كيف يتم تنظيمه الآن؟

يتم إنتاج Thermocoke بشكل منفصل: مع انبعاث CO2 والحرارة في الغلاف الجوي (وهو في هذه الحالة منتج ثانوي). تعمل غرف المرجل بشكل منفصل - وكذلك مع انبعاثات ثاني أكسيد الكربون. ما هي النتيجة حتى عندما تتولد الحرارة عن طريق حرق الغاز؟

عند توليد الطاقة الحرارية من خلال استخدام خليط البروبان - البوتان مع محتواه من السعرات الحرارية (10 مكال / كجم) والسعر (27 ألف روبل / طن) ، يكون سعر التكلفة 2500 روبل / جيكال. إنها مثل تدفئة المنازل مع الأوراق النقدية ، إذا قلت كلمات دميتري مندليف. بالمناسبة ، يتم تسخين Novosibirsk Academgorodok بطريقة غير فعالة ومكلفة من منازل غلايات زيت الوقود والغاز. للمقارنة: عند استخدام الفحم البني منخفض الكبريت في حوض فحم Kansk-Achinsky ، ستكون تكلفة الحرارة 790 روبل / Gcal. إذا تم نقل تكلفة الفحم المستخدم إلى المادة الماصة الناتجة باستخدام تقنية Thermocox® ، فإن الحرارة تصبح ، تقريبًا ، مجانية.

إنتاج واستخدام المواد الماصة للفحم للأغراض البيئية


بالإضافة إلى الكوك الحراري المستخدم في علم المعادن ، يمكن استخدام مادة ماصة الفحم في أجهزة الغاز لاستخدامها في معالجة المياه في أنظمة إعادة تدوير المياه في المؤسسات وفي محطات معالجة المياه.

لمدة دقيقة: يكون الإمداد العكسي للمياه عندما لا تقوم المؤسسة بتصريف نفاياتها السائلة إلى الأنهار والبرك ، ولكنها تقوم بتنقية المياه وإعادة استخدامها في دورة الإنتاج. إذا كان استهلاك المواد الماصة للفحم في أوروبا يصل إلى مليون طن في السنة ، فإن الشركات الروسية غالبًا ما تستخدم إمدادات المياه المفتوحة. نحن نعيش بشكل عام قبيح. نحن نتحكم فقط في أقصى تركيز مسموح به للنفايات السائلة (MPC). تستخدم نباتاتنا القاعدة "كلما زاد الماء ، قل التركيز" ، أي خفف هذه الأوساخ إلى التركيز المطلوب وصبها في النهر. كمرجع ، في كراسنويارسك ، يتم تصريف أكثر من 300000 متر مكعب من مياه الصرف الصحي غير المعالجة في نهر ينيسي خلال العام ، ولكن مع خصم Yenisei السنوي 100 مليار متر مكعب كل شيء يتم تخفيفه.

وفي الوقت نفسه ، بمساعدة مادة ماصة للفحم في ألمانيا ، تم تطهير نهر الراين. قبل 30 عامًا ، كانت قذرة جدًا لدرجة أن النكتة كانت شائعة: لظهور الفيلم ، ما عليك سوى إسقاطه في مياه نهر الراين. وفي العام الماضي ، تم صيد سمك السلمون في هذا النهر. يعتبر نهر الراين الآن أحد أنهر الأنهار في أوروبا.

منذ عام 2000 ، يعمل مصنع ماص للفحم في كراسنويارسك. تنتج 1000 طن من المواد الماصة في السنة وتسلم 10000 جالون من الحرارة لنظام التدفئة. يؤدي تشغيل هذا المصنع إلى خفض انبعاثات ثاني أكسيد الكربون بمقدار 5000 طن سنويًا. إذا زادت شركاتنا من استهلاك المواد الماصة بسبب إدخال إمدادات المياه المعاد تدويرها ، فمن الممكن في أعقاب هذا الطلب استبدال محطات المراجل التي تعمل بالفحم بمحطات لإنتاج المواد الماصة. على أي حال ، هناك سوق دولية كبيرة لاستهلاك المواد الماصة للفحم ، وسيكون هذا التحول مفيدًا تجاريًا ومن حيث تقليل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون.

استبدال المراجل بوحدات تكنولوجيا الطاقة


نظرًا لأن الطريقة الأكثر كفاءة لتوليد الطاقة هي من خلال التوليد المشترك ، يجب استخدام الغاز القابل للاشتعال الناتج عن الانحلال الحراري للفحم في أجهزة الغاز في آلات تردد الغاز التي تنتج الكهرباء والحرارة. على هذا الأساس ، من الضروري إنشاء كتل تكنولوجيا الطاقة (ETB).

مخطط مجموعة الإنتاج على أساس تغويز الفحم:



في مثل هذه المجموعة ، لا تقتصر كمية المنتجات على الكهرباء والحرارة فقط. يمكن استخدام الغاز القابل للاشتعال لدفع آلات امتصاص بروميد الليثيوم التي تنتج البرد لأنظمة تكييف الهواء الصناعية. بالإضافة إلى ذلك ، يتم إنتاج وحدات تقطير معيارية ذات استهلاك بخار محدد يبلغ 0.066-0.68 جيكال / طن مقطر في يكاترينبورغ. إذا أدرجنا ثلاجات ومحطات تحلية مياه في مخطط ETB ، تتحول المجموعة إلى نظام دعم حياة مستقل بالكامل ، والذي ينتج في الوقت نفسه منتجًا مطلوبًا في السوق العالمية (فحم الكوك أو الكربون المنشط).

تصل قوة كتلة الطاقة الواحدة إلى 10 ميجاوات وهي قادرة على تسخين وإمداد الكهرباء والماء البارد والساخن إلى 5-6 آلاف شخص:



تحتاج إلى استغلال كل فرصة للاستفادة من الحرارة.


على سبيل المثال ، في مصانع الأسمنت ، يتم استخدام الفحم ذو القيمة الحرارية العالية. ولكن من الممكن الحصول على بقايا الكربون من الفحم البني ، والذي يمكن استخدامه في إنتاج الأسمنت بدلاً من مثل هذه الفحم ، ويجب إرسال الغاز الناتج عن الانحلال الحراري لتوليد الحرارة بدلاً من حرق الفحم في منازل الغلايات. سوف تتحسن بيئة مصانع الأسمنت ، وستنخفض الانبعاثات الضارة من المراجل التي تعمل بالفحم.

يتم الحصول على الحرارة ، مثل نفايات الإنتاج ، عن طريق التحليل الكهربائي للألمنيوم. يذهب أقل من نصف الطاقة الكهربائية مباشرة إلى التحليل الكهربائي ، ويتم إطلاق 60 ٪ في شكل حرارة في البيئة. إذا تم إنتاج جميع الألمنيوم في العالم في روسيا والتخلص من الحرارة الناتجة عن ذلك ، فسيتم تقليل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون ، حيث لن يتم حرق الفحم في المراجل.

في خريف هذا العام ، كنت في مؤتمر الألمنيوم الدولي في كراسنويارسك ، حيث اعترف المدير العام لشركة RUSAL سولوفييف أنه "بدون حل مشكلة الحد من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون RUSAL ، لا يمكن لـ RUSAL المنافسة في سوق الألمنيوم العالمي". من منبر كبير ، أُعلن أن هذه أولوية بالنسبة لهم. يتم نطق الكلمات. يبقى للصغار - لمرافقة ذلك بالأفعال.

أسهل طريقة لجعل الألومنيوم "أخضر" هي الاستفادة من الحرارة من حمامات التحليل الكهربائي وتزويدها بنظام التدفئة في المدينة. في كراسنويارسك ، من الأسهل القيام بذلك من أي مكان آخر ، حيث يقع مصهر الألمنيوم في حدود مدينة يبلغ عدد سكانها مليون نسمة. إذا جمعت الحرارة من KrAZ ، يمكنك تزويد المدينة بأكملها بالماء الساخن وعدم حرق الفحم على الإطلاق.

ينتمي مستقبل روسيا إلى الطاقة الحرارية الخضراء والاقتصاد الأخضر


الآن المهمة الرئيسية هي لفت انتباه الخبراء إلى هذا الخيار لمكافحة الاحترار العالمي. يجب أن ننقل إلى المجتمع العالمي أهمية مراعاة العوامل البيئية والمناخية في التقسيم الدولي للعمل. إذا ، على سبيل المثال ، في ألمانيا أو اليابان ، يصاحب إنتاج المنتج إطلاق الحرارة التي يمكن التخلص منها ، فإن نقل هذا الإنتاج إلى روسيا سيقلل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون العالمية بسبب التخلي عن منازل الغلايات.

في البلدان ذات المناخ الدافئ ، لا يوجد مكان لوضع مثل هذه الكمية من الطاقة الحرارية ، ولدينا بالفعل شبكات تدفئة جاهزة يمكن توصيل هذه المصانع بها. من وجهة نظر الاحترار العالمي ، من المربح أكثر نقل عدد من الصناعات إلى روسيا. لا يهم أين تقلل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون ، حيث ينتشر ثاني أكسيد الكربون في جميع أنحاء الغلاف الجوي. أمطار الرماد والأحماض من بيوت الغلايات لا تزعج أحداً في العالم ، هذه هي مشاكلنا. لكن حجم انبعاثات ثاني أكسيد الكربون في روسيا يثير كل البشرية.

هل يحتاج الاقتصاد العالمي إلى مثل هذه الكميات الحرارية من فحم الكوك والألمنيوم ومنتجات أخرى تسمح لنا باستخدام ما يكفي من الحرارة لتسخين روسيا؟ من 3 أطنان من الفحم البني ، يتم الحصول على طن واحد من فحم الكوك الحراري و 5 جالون حراري من الحرارة ، مما يعني أنه للحصول على 2 مليار جالون حراري ، يجب إنتاج 400 مليون طن من فحم الكوك الحراري. بلغ استهلاك فحم الكوك المعدني في العالم في عام 2012 ما يقرب من 500 مليون طن. ترتيب المقدار قريب.

بالطبع ، خلال 1-2 سنة لا يمكن تحقيق ذلك. سيكون لطيفًا بحلول عام 2030. ولكن الآن ، يمكن استبدال منازل غلايات الوقود والفحم والغاز ، والتي تعد عديدة في جميع أنحاء البلاد ، بمجموعات من هذا القبيل بمضخات للغاز و ETB. يجب أن يكون هذا اتجاه تنمية اقتصادنا في اتجاه "الأخضر" ، أولاً وقبل كل شيء ، بسبب طاقة الفحم "الخضراء".

Source: https://habr.com/ru/post/ar385779/

More articles:


All Articles