Пермский Политех расссчитал влияние газотурбинных двигателей на экологию

Статья с результатами была опубликована в издании Energies. Исследования были проведены за счет средств, предоставленных Министерством образования и науки Российской Федерации.

Фото: freepik.com is licensed under Free More info

Углеродный след представляет собой совокупность всех парниковых газов, которые непосредственно или косвенно выделяются объектом. Применение водорода в отрасли позволяет снизить их выбросы, но даже производство самого водорода существенно влияет на общий объем выбросов парниковых газов. Чтобы корректно оценить воздействие использования водорода, необходимо учитывать все этапы жизненного цикла как топлива, так и энергетических установок. Иные словами, это включает в себя процессы от извлечения сырья до утилизации. Это позволяет понять, какую долю внесли энергетические установки в изменение климата.

Среди всех видов энергетических установок газотурбинные установки (ГТУ) выделяются низким уровнем выбросов парниковых газов. Большинство уже существующих ГТУ без изменений могут функционировать на смесях топлива с содержанием водорода до 20%, к примеру, сократив выбросы оксидов азота в 4 раза и углекислого газа в 1,5 раза. Новейшие ГТУ, снабженные двухзонными низкоэмиссионными камерами сгорания, способны сжигать газовые смеси с 50-процентным содержанием водорода, в перспективе разрабатываются установки, позволяющие использовать только водородное топливо.

Существующие исследования по оценке жизненного цикла ГТУ не учитывают все ключевые факторы и условия, определяющие углеродный след. Они не включают обработку материалов в процессе изготовления оборудования, транспортировку деталей, техническое обслуживание и ремонт установки в период эксплуатации. Но именно эти параметры существенно влияют на выбросы парниковых газов.

Оценка жизненного цикла ГТУ от добычи до утилизации в конце жизненного цикла представляет собой сложную задачу, так как это составное и технически сложное устройство. Ученые из Пермского Политеха провели исследования подходов к оценке жизненного цикла других энергетических установок для производства электроэнергии (ветрогенераторы, солнечные батареи) и выработали метод, позволяющий полноценно расчеты углеродного следа от ГТУ в энергетике.

Они изучили разные аспекты оценки жизненного цикла технически сложных устройств, включая производство, сборку, монтаж, обслуживание, производство топлива и электроэнергии, а также обработку отходов. Каждый из указанных этапов оказывает свое воздействие на изменение климата. Это подтверждает доцент кафедры охраны окружающей среды ПНИПУ, кандидат технических наук Юлия Мозжегорова.

Ученые обнаружили, что уровень углеродного следа сильно зависит от используемых материалов при производстве сложных устройств. Так, в случае ГТУ количество материалов может превышать 50 и процесс производства основных металлов и их обработка составляют значительную часть от общих выбросов углекислого газа.

Оценив углеродный след отечественной газотурбинной установки (ГТУ-16П) без учета показателей в эксплуатации, исследователи установили, что наибольший вклад в изменение климата несет этап производства и установки ее фундамента (62% от общих выбросов). Доля углеродного следа производства самой установки составила 35%, а утилизации ГТУ и ее фундамента – всего 2,7%.

Подсчет углеродного следа за весь жизненный цикл ГТУ выявил, что более 99% процентов приходится на этап эксплуатации установки. Исходя из этого, для снижения выбросов углекислого газа критически важно знать, какой объем выбросов происходит при производстве и использовании топлива. Например, углеродный след ГТУ при использовании водорода составляет 198 кг СО2-экв/МВтч, в то время как при использовании природного газа или дизельного топлива данный показатель возрастает до 523 и 757 кг СО2-экв/МВтч соответственно.

Разработанный подход ученых из Пермского Политеха дает возможность полноценно оценить воздействие параметров производства электроэнергии с помощью ГТУ на окружающую среду. Исследование показало, что уровень углеродного следа газотурбинных установок меньше, чем у других технически сложных устройств. Это свидетельствует об эффективном использовании ГТУ с водородным топливом для производства электроэнергии с точки зрения минимизации выбросов парниковых газов.