В московском научно-исследовательском центре «Топаз» разработали компактную энергетическую установку с твердооксидными топливными элементами. Ее размеры схожи с размерами электрического чайника, при этом она способна работать в условиях Крайнего Севера.
Энергоустановки с твердооксидными топливными элементами отличаются от традиционных высоким КПД, который может достигать 60%. При этом такие топливные элементы габаритные, поэтому установки с ними обычно стационарные.
Ученым удалось сделать энергоустановку компактной и переносной за счет изменения геометрии топливного элемента. Его выполнили не плоским, а в виде цилиндрической трубки диаметром три миллиметра и длиной десять миллиметров. Внутри каждой трубки расположили несколько слоев разных материалов, выполняющих роль анода, электролита и катода. В процессе работы ячейка разогревается до 700 градусов, что позволяет использовать установку еще и как генератор тепла.
Один цилиндр рассчитан на мощность до 1,5 ватта. Чтобы повысить мощность, можно соединить несколько цилиндров. Так, в установке, которая проходит испытания, уложено 84 цилиндра, и совокупная мощность превышает 100 ватт.
За счет маленького размера и специфической геометрии такие топливные элементы устойчивы к перепадам температур и быстрому нагреву. Благодаря модульной системе из них можно собирать энергоустановки практически любых конфигурации и масштаба: от стационарных до переносных размером с электрический чайник.
— Александр Сивак. Генеральный директор научно-исследовательского центра «Топаз»
Установка находится на стадии финальных испытаний. Авторам удалось доказать ее работоспособность при температурах от минус 50 до плюс 50 градусов.
В Дагестане продолжают развивать альтернативную энергетику. Вслед за созданием крупнейшей в стране ветроэлектростанции правительство республики подписало соглашение о строительстве Дербентской солнечной электростанции мощностью 100 мегаватт. Она станет одной из крупнейших в России.
Строительство начнется в 2024 году, а ввод в эксплуатацию запланирован на 2025 год. После начала работы Дербентской электростанции энергосистема Дагестана получит дополнительно 140 миллионов киловатт-часов в год. Для сравнения: среднестатистический россиянин потребляет в год около семи тысяч киловатт-часов.
Республика Дагестан в изобилии обладает возобновляемыми источниками энергии (ВИЭ): солнце, ветер, горные реки, геотермальные источники. Гидроэнергетика там занимает большую долю генерирующих мощностей. При этом регион активно развивается, но по-прежнему является энергодефицитным. Планы по активному развитию солнечной и ветроэнергетики позволят повысить надежность энергетической системы и при этом сохранят фокус на ВИЭ, декарбонизацию и устойчивое развитие региона.
— Екатерина Жолудева. Вице-президент Национального агентства по энергосбережению и возобновляемым источникам энергии.
Развитию ВИЭ способствуют географическое положение республики и ее климат. В Дагестане значительное количество солнечных дней в году, а на побережье Каспийского моря и в горных районах присутствуют стабильные ветровые потоки.
В Тюменском индустриальном университете разработали оборудование для механизированного ремонта нефтепроводов. Устройство позволяет в полевых условиях наносить изоляцию на поврежденные участки трубопроводных магистралей, облегчая ручной труд рабочих.
Идея создания оборудования пришла во время прохождения практики в нефтяной компании. Наша бригада занималась изоляцией трубопровода ручным методом. Качество и скорость таких работ низкие, трудозатраты высокие, но зачастую это единственно возможный метод, так как автоматические изоляционные машины требуют перевозки спецтехникой, потому что весят более тонны.
— Ярослав Степанов, магистрант Института транспорта Тюменского индустриального университета
Разработанное молодым ученым устройство весит всего около 90 килограммов. Конструкция состоит из бака, в который заливается разогретый изоляционный материал, несущих рам и валика для нанесения изоляции на трубопровод. Устройство крепится на трубопровод, валик движется по его внешней поверхности по кругу. Когда круг изоляции замыкается, рамы можно передвинуть дальше, чтобы «начертить» новый, — и так, пока состав не будет нанесен на весь нужный участок.
Монтировать, использовать и обслуживать оборудование смогут 2–3 человека. При этом скорость и качество нанесения изоляции будут выше в сравнении с работой вручную.
Сейчас построен прототип устройства и создана его цифровая модель. Опытный образец разработчики планируют испытать летом 2024 года.
Специалисты Сколковского института науки и технологий предложили новый способ строительства геотермальных электростанций — использовать тепло магматическихочагов под действующими вулканами.
Как пояснили «Энергии+» в институте, технология заключается в том, чтобы пробурить над очагом, не доходя до него, две сообщающиеся между собой скважины и организовать между ними циркуляцию воды. Попадая в одну из скважин, вода нагревается о раскаленные горные породы, температура которых может достигать нескольких сотен градусов, закипает, а пар вырывается на поверхность из другой скважины и вращает лопасти турбины.
По словам ученых, новый способ получения энергии, называемый магма-геотермальным, выгодно отличается от использования более традиционных гидротермальных и петротермальных способов получения энергии из тепла недр земли. В первом случае вода при контакте с горячими породами нагревается и может превращаться в пар. Однако геотермальные источники энергии не всегда стабильны. В сравнении с ними магма-геотермальные обладают почти неисчерпаемой тепловой емкостью, могут долго и стабильно функционировать.
Освоение петротермальных источников — когда воду пропускают сквозь горячие проницаемые горные породы — требует строительства сложных скважин глубиной 4–5 километров. При этом на магма-геотермальных станциях достаточно более коротких скважин, чтобы достичь высоких температур.
Мы собрали большую базу данных по действующим вулканам по всему миру. Сегодня при помощи сейсмической томографии — исследовании, при котором через породы пропускают упругие колебания, — мы можем достоверно установить форму конкретного магматического очага, а методами геологии и геохимии предсказать его температуру и возраст (чтобы понять, стабилен ли он) и создать модель распределения температур для дальнейшего проектирования скважин.
— Иван Кулаков. Профессор Сколковского института науки и технологий.
Разработкой заинтересовались индустриальные партнеры: по словам Ивана Кулакова, в ближайшие годы должны начаться проектно-изыскательские работы по строительству первой в России опытной магма-геотермальной электростанции в районе Авачинской Сопки — действующего вулкана на Камчатке. При оптимистичном сценарии станция может заработать в 2030-х годах. «Топить» ее можно будет, в том числе, снегом.
Ученые Пермского политеха вместе с коллегами из Пермского государственного национального исследовательского университета разработали технологию утилизации нефтешламов при помощи резиновой крошки. Конечный продукт можно использовать как добавку к топливу для цементных печей.
Нефтешламы — отходы, которые образуются при добыче, транспортировке и переработке нефти, содержат остатки нефтепродуктов, воду, оксиды металлов, примеси глины и песка. Обычно нефтешламы на 30–85% состоят из воды, на 10–55% — из нефтепродуктов, на 1–45% — из твердых примесей.
Специалисты предложили использовать резиновую крошку из переработанных автомобильных шин в качестве адсорбента. Как пишут авторы технологии в научно-техническом журнале «Нефтяное хозяйство», они смешали крошку с нефтешламом и сутки выдержали их при температуре 65 градусов. Крошка впитала нефтепродукты и воду. Исследования показали, что больше 60% массы полученного продукта составили горючие компоненты (включая компоненты самой резины), более 30% — вода.
Последующее сжигание килограмма продукта из крошки, нефтепродуктов и воды в качестве топлива дало 11,3 мегаджоулей энергии. Для сравнения: сгорание того же количества нефтяного шлама дало бы меньше 1,5 мегаджоулей.
По словам ученых, полученный продукт можно использовать как топливо в печах при производстве цемента. В них сырье и топливо подаются в одну емкость, поэтому остатки сгорания крошки войдут в состав цементной смеси и не потребуют отдельной утилизации.
Ученые научно-исследовательского и проектного института «РН-БашНИПИнефть» вместе с коллегами из Уфимского государственного нефтяного технического университета нашли способ на 40% сократить время схватывания цементного раствора и более чем вдвое повысить прочность цементного камня при помощи оксида графена.
Для экспериментов ученые взяли готовые нанопластины оксида графена, представляющие собой черный порошок с частицами размером 3–10 нанометров — в среднем в 700 раз меньше рисового зернышка и в тысячи раз меньше пылинки. Как показали исследования, добавление таких нанопластин улучшает свойства цементного раствора и сокращает время его схватывания.
Всего 1,5% (по массе) графенового порошка сокращает время схватывания раствора почти на 40% — с шести до четырех с половиной часов. Причина — в ускорении взаимодействия такого цемента с водой.
Наночастицы оксида графена вступают в реакцию с цементным раствором и образуют микроскопические кристаллы, которые увеличивают предел прочности цементного камня более чем в два раза. Так, прочность камня без графенового порошка после 14 суток выдержки составляет 6 мегапаскалей, а с ним — 13.
По словам авторов разработки, модифицированный цемент может с успехом использоваться в нефтедобыче — например, при строительстве скважин.
Ученые Саратовского государственного технического университета имени Гагарина разработали несколько видов отечественных технологий и оборудования для обработки металла. Они будут полезны энергетике и другим отраслям промышленности.
Речь идет о технологиях термодиффузионного цинкования, оксидирования и закалки. Первая позволяет насытить металл цинком. При второй металл покрывается оксидной пленкой. Третья предполагает нагрев и охлаждение металла. Обработанные такими способами детали становятся долговечнее и менее подвержены коррозии.
Одна из разработок ученых — российские печи термодиффузионного цинкования, которые применяют для антикоррозионной защиты трубопроводной и нефтяной арматуры, а также частей линий электропередачи. Цинкосодержащий порошок наносят на поверхность детали. При высокой температуре и посредством активаторов — фторидов магния, калия и других — молекулы цинка и железа взаимодействуют, образуя прочное внешнее покрытие.
Также специалисты разработали отечественные печи для термообработки и оксидирования — они нужны для подготовки изделий к покраске, а также печь полимеризации — она позволяет наносить защитный ударопрочный слой с антикоррозийными свойствами на металл, керамику, дерево, стекло и другие материалы.
По словам ученых, от аналогов их разработки отличаются экологичностью и отсутствием отходов производства.
Генеральный директор «Газпром нефти» Александр Дюков
Насколько сложно выжать жидкость из камня? Об этом знают нефтяники: сегодня они добывают углеводороды из плотных и твердых горных пород с глубины до пяти километров, а толщина нефтеносного пласта порой не превышает высоту вагона метро. Как эффективно работать в таких условиях и какие современные технологии для этого нужны — в тезисах выступления генерального директора компании «Газпром нефть» Александра Дюкова на Дне энергетики на ВДНХ.
О важности отрасли и спросе на нефть
Нефтяная отрасль — одна из ключевых отраслей нашей экономики, крупная и важная. О ее физическом масштабе говорит большое количество крупных промышленных объектов: нефтепромыслы, нефтеперерабатывающие заводы, гигантская сеть нефтепроводов, нефтепродуктовые терминалы, порты, топливозаправочные комплексы в аэропортах, сети АЗС, которые расположены по всей территории России — от Дальнего Востока до Калининграда. О масштабе говорят и количество работников отрасли (более 800 тысяч человек), и объем производства. В прошлом году в России было добыто 530 миллионов тонн нефти. Если эту нефть погрузить в железнодорожные цистерны, то мы получим поезд, который обогнет земной шар два с половиной раза.
О важности нашей отрасли для экономики говорят ее вклад в объем ВВП (15%) и в бюджет (более семи триллионов рублей), а также объем инвестиций (2,2 триллиона рублей) в год. Это в том числе заказы на продукцию и услуги смежных отраслей, мультипликативный эффект для экономики в целом.
Нефтяная отрасль — это и производство нефтепродуктов, которые приводят в движение нашу экономику: автомоторных топлив — автобензина и дизельного топлива. На том объеме топлива, который поставляется на внутренний рынок, ездят более 50 миллионов автомобилей. Авиакеросин позволил в 2023 году перевезти свыше 100 миллионов пассажиров. Мы производим битумы для ЖКХ и дорожного строительства: в прошлом году в стране было построено и отремонтировано более 30 тысяч километров дорог. Еще есть производство смазочных материалов, которые нужны автотранспорту, флоту, авиации и промышленности. Есть производство кокса, который нужен металлургии. Есть нефтехимия — продукты нефтепереработки являются сырьем или полупродуктом для производства пластиков, каучуков, фармсубстанций для лекарств.
Омский нефтеперерабатывающий завод
Нефтяная отрасль очень важна для современной мировой экономики, но каковы ее перспективы? Есть разные прогнозы. Какие-то аналитики говорят о скором закате нефтяной отрасли. Таким прогнозам далеко не один год. Если вернуться в 2020-й, тогда ряд аналитиков говорили, что пик потребления нефти в мире уже пройден. Прошло четыре года, мы видим, что рынок восстановился, потребление растет. Теперь многие аналитики уверенно говорят, что на пик потребления нефти мир выйдет не раньше чем в середине следующего десятилетия. Это еще консервативный прогноз. Многие фундаментальные факторы свидетельствуют, что спрос на нефть продолжит расти. Об этом говорит рост населения планеты и мировой экономики (прежде всего азиатской). Спрос продолжит расти на стороне нефтехимии, масел и смазочных материалов, будет расти потребность в авиационном керосине.
О сложностях добычи и современных технологиях
Добывать нефть было всегда непросто. Она никогда не залегала в подводных озерах, откуда бы ее черпали — хотя такое заблуждение очень распространено. Нефть содержится в пластах, в коллекторах. Часто это очень твердые породы, которые залегают на глубине 2–5 километров. Нефть там находится в микроскопических порах, откуда ее нужно извлечь.
Раньше нефтяники работали с пластами, толщина которых соответствовала высоте многоэтажных зданий, а проницаемость была достаточно высокой. Все, что нужно было сделать, — построить вертикальную скважину. Не попасть в такой пласт было практически невозможно, а дальше ты просто опускал в скважину погружной насос, и нефть сама просачивалась и стекала к нему.
Сейчас мы вынуждены преимущественно работать с запасами, которые содержатся в пластах толщиной меньше, чем высота поезда в метро или электрички, и с проницаемостью один миллидарси. Чтобы получить представление о такой породе, представьте силикатный кирпич — вот из такого «кирпича», который находится на глубине 3–4 километра, нужно добыть нефть.
В центре исследования керна «Газпром нефти»
Мы успешно справляемся с задачей благодаря созданию технологий, в том числе по бурению сложных горизонтальных скважин, длина которых может достигать восьми километров. Такие скважины могут иметь ответвления и по форме напоминать скелет рыбы. Для обеспечения строительства таких скважин нужны современные технологии бурения, многостадийный гидроразрыв пласта, цифровые двойники залежей и инфраструктуры, дистанционное управление бурением.
О богатствах Сибири и новых маршрутах поставки
Фактор, позволяющий обеспечить рост добычи в России, — освоение новых регионов. Так, у нашей компании уже более 50% добычи приходится на месторождения за полярным кругом. Идет добыча на шельфе — у нас это «Приразломная», единственная в мире платформа, которая добывает нефть на арктическом шельфе. Идет освоение месторождений Восточной Сибири, которая обладает огромными запасами.
Платформа «Приразломная» в Печорском море
Одновременно с развитием новых провинций начинают работать новые логистические пути. Это и нефтепровод «Восточная Сибирь — Тихий океан», и Северный морской путь, который позволяет значительно сокращать расстояние, время и стоимость поставки нефти на азиатские рынки, в первую очередь в Китай.
О полном технологическом суверенитете
Важная задача, которую решала российская нефтяная отрасль в последние 20 лет, — модернизация нефтеперерабатывающих заводов. Сегодня установки по переработке нефти, построенные в 1950–1970-е годы, выведены из эксплуатации. Если говорить, к примеру, об Омском или Московском НПЗ, то это на 90% новые заводы.
Благодаря модернизации мы смогли расширить номенклатуру продукции, которую производим. Сейчас наши моторное топливо, смазочные масла, битумы полностью покрывают потребности российской экономики. Можно говорить о полном импортозамещении нефтепродуктов. Инвестиции сделали переработку более эффективной, повысили ее глубину и снизили затраты — из тонны нефти мы теперь извлекаем гораздо больше полезных продуктов, чем раньше. Вложения позволили повысить промышленную безопасность и снизить нагрузку на окружающую среду.
Российская нефтяная отрасль сильно изменилась и достигла феноменальных успехов. Чтобы их достичь, нам пришлось преодолеть большое количество вызовов. Отрасль сохранила свою устойчивость и продолжает развитие, решая задачу обеспечения технологического суверенитета. Нефтяная отрасль наукоемкая, инновационноемкая и технологически емкая. Чтобы найти, добыть, переработать и продать нефть, нужно более двух тысяч технологий. К данному моменту только 220 из них являются импортозависимыми. Мы продолжаем работать над созданием этих недостающих технологий внутри страны и уверены, что в ближайшие 2–3 года достигнем полного технологического суверенитета.
