В центре внимания - проблемы энергетики

ВЕСТНИК РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК, 1999, том 69, № 8, с. 675-682

В ЦЕНТРЕ ВНИМАНИЯ - ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ

Отделение физико-технических проблем энер­гетики (ОФТПЭ) организовано в 1963 г. Первым академиком-секретарем был назначен ­лионщиков, а его заместителем - член-корреспон­дент , ставший академиком-сек­ретарем отделения в 1964 г. Его в 1980 г. сменил . Позднее ОФТПЭ возглавляли ака­демики () и -ко (). Сейчас отделением руководит академик .

В состав отделения входят: Объединенный ин­ститут высоких температур, Институт проблем безопасности энергетики, Институт энергетичес­ких исследований, Институт электрофизики и электроэнергетики. Отделение физико-техниче­ских проблем энергетики осуществляет научно-методическое руководство шестью институтами, переданными различным ведомствам.

Отделение придает большое значение деятель­ности научных советов, комиссий и комитетов. Комиссия по газовым турбинам начала работать еще в составе Отделения технических наук в 1949 г. В числе первых научных советов, организован­ных Президиумом Академии наук при ОФТПЭ, были советы по комплексным проблемам энерге­тики в 1965 г., по высокотемпературной теплофи­зике в 1967 г. (позднее по теплофизике, а затем по теплофизике и теплоэнергетике), по теоретичес­ким и электрофизическим проблемам электро­энергетики в 1968 г. (ныне по электрофизике, эле­ктроэнергетике и электрофизике), по основам ис­пользования сверхпроводимости в энергетике в 1968 г. (теперь научный совет по проблемам ис­пользования сверхпроводимости в энергетике). Сейчас в отделении 13 научных советов, комиссий и комитетов. Последним по времени организации в 1997 г. стал Национальный комитет по теплофи-зическим свойствам веществ. Кроме того, отделе­ние участвует в работе двух научных советов в об­ласти энергетики при Министерстве науки и тех­нологий РФ (Нетрадиционная энергетика) и при Президиуме РАН (Межведомственный научный совет РАН и РКА по космической энергетике).

В 1975 г. Президиум Академии наук СССР об­судил деятельность ОФТПЭ на основе доклада

ГЛЕБОВ Игорь Алексеевич - академик, директор Всероссийского научно-исследовательского институ­та электромашиностроения.

академика-секретаря , расска­завшего об оптимальных пропорциях непрерыв­ного развития топливно-энергетического ком­плекса страны. Благодаря работе отделения бы­ли даны рекомендации по формированию добычи и переработки углей Канско-Ачинского угольно­го бассейна, а также по созданию энергетическо­го оборудования, предназначенного для исполь­зования этих углей. Учеными была предложена принципиально новая схема разработки газокон-денсатных месторождений Северо-Западной Си­бири, усовершенствованы методы оптимизации структуры топливно-энергетического комплек­са, сформулированы направления развития атом­ной энергетики, выполнены исследования по тер­моэлектрическому и фотоэлектрическому пре­образованию энергии. Большое практическое значение для повышения устойчивости энергоси­стем имело создание в ОФТПЭ и внедрение авто­матических регуляторов сильного действия, реа­гирующих не только на отклонения режимных параметров, но и на их производные.

Важным этапом в деятельности ОФТПЭ стало общее собрание отделения в 1984 г., на котором рассматривалась Энергетическая программа СССР на длительный период. С докладами выступили академики , , -лин и член-корреспондент . Ну­жда в долгосрочной энергетической программе была вызвана тем обстоятельством, что в Евро­пейской части страны постепенно истощались на­иболее экономичные и благоприятно располо­женные источники энергии. Поэтому было реше­но интенсивнее использовать ядерное горючее. Поскольку развитие атомной энергетики - инер­ционный процесс, то на ближайшую перспективу предусматривалось широкое вовлечение в энер­гетику природного газа за счет сооружения про­тяженных, обладающих большей пропускной способностью газопроводов.

На первом этапе долгосрочной энергетичес­кой программы планировалось решить следую­щие проблемы:

• Из-за роста стоимости углеводородного топ­лива, ухудшения горно-геологических условий разрабатываемых месторождений и удорожания транспортировки, а также в связи с тем, что во многих технологиях топливо и тепло расходуются

675

676

ГЛЕБОВ

слишком расточительно, необходимо повышать КПД энергетики и эффективность народнохозяй­ственного использования энергии. Последнее мог­ло быть достигнуто за счет снижения металлоем­кости продукции и уменьшения потерь энергии.

•  Физический и моральный износ энергетиче­ского оборудования, в первую очередь на тепло­вых электростанциях. Численность ремонтного персонала на ряде электростанций превышала количество эксплуатационного персонала. По­следнее обстоятельство, как и эксплуатация из­ношенного оборудования, вело к снижению эко­номических показателей работы. Для замены и реконструирования оборудования необходимо было создать специальные маневренные элект-рогенерирующие мощности на природном газе, кузнецких углях и сланцах.

•  Было необходимо повысить маневренность и живучесть Единой энергетической системы страны с помощью резервов мощности до 16%; увеличить долю маневренного оборудования до 21-23%; создать мощные линии электропередачи для переброски электроэнергии в районы, где ее не хватает, усилить пропускную способность межсистемных связей до 7-10% от мощности меньшей из объединяемых энергосистем; сфор­мировать единую кольцевую системообразую­щую сеть с напряжением 750 и 1150 кВ. К тому времени уже были решены все научные и практи­ческие вопросы для создания ЛЭП сверхвысоко­го напряжения (переменного тока с напряжением 1150 кВ и постоянного - с напряжением 1500 кВ). Однако планы дальнейшего повышения напря­жения до кВ требовали сконструиро­вать новые виды оборудования.

Наиболее эффективным выходом из создав­шегося положения для нашей страны было при­знано развитие добычи угля в восточных райо­нах, прежде всего в Экибастузе, Канско-Ачин-ском и Кузнецком бассейнах, где требовались быстрая разработка, сооружение и освоение сверхмощных котлоагрегатов на твердом топли­ве с уменьшенными габаритами топочных уст­ройств (вихревые и кольцевые топки, топки с ки­пящим слоем). Было признано целесообразным не только использовать на месте, но и транспор­тировать кузнецкий уголь, особенно если на мес­те добычи он был обогащен.

Второй этап реализации Энергетической про­граммы предусматривал:

•  Развертывание производства моторного топ­лива из угля. В связи с этим должны были разви­ваться работы по газификации угля для получения синтез-газа, перерабатываемого затем в моторное топливо. Синтез-газ может использоваться и непо­средственно как топливо вместо природного газа.

•  В области гидроэнергетики планировалось выйти на освоение до 50% гидроэнергетического потенциала страны.

Как видно из изложенного, долгосрочная энер­гетическая программа остается актуальной и на сегодняшний день.

Наиболее полно научно-техническая деятель­ность ОФТПЭ проявляется в работе научных со­ветов, комиссий и комитетов, в состав которых входят ученые академических институтов, выс­шей школы и отраслевых институтов. Здесь про­ходят апробацию исследования, методы расчетов и работы по созданию новых видов энергетичес­кого оборудования. Все это способствовало об­мену информацией, координации научных работ и в конечном счете созданию изделий наиболее высокого технического уровня. Ниже в краткой форме приведены основные результаты деятель­ности научных советов, комитетов и комиссий.

Работой научного совета по комплексной проблеме "Теплофизика и теплоэнергетика" руко­водили академики , -кович. В настоящее время его председатель - академик . Совет занимается ана­лизом развития фундаментальных направлений исследований, а также вопросами повышения эффективности отраслей топливно-энергетичес­кого комплекса Российской Федерации. В частно­сти, рассматривались: возможности реконструк­ции действующих тепловых электростанций с це­лью увеличения их эффективности; проблемы создания малых независимых ТЭЦ, работающих на низкосортных углях и отходах углеобогащения; перспективы развития энергетического машино­строения (парогенераторы, паровые и газовые турбины); повышение эффективности использо­вания угля за счет его комплексной энерготехно­логической переработки; вопросы ценообразова­ния в системе топливно-энергетического комплек­са и переход к рыночным отношениям.

Комиссия по газовым турбинам - одна из ста­рейших в ОФТПЭ, созданная АН СССР с привле­чением широкого круга работников прикладных и оборонных НИИ и ОКБ страны. Она начала рабо­тать в 1949 г., под названием "Комиссия по специ­альным двигателям и газовым турбинам" под пред­седательством члена-корреспондента ­тикова с участием академиков , , и других, а в 1953 г. получила свое современное название. Ра­ботой комиссии руководили известные академи­ки , A. M. Люлька. С 1984 г. ею руко­водит .

Основной задачей комиссии в период до 90-х годов был широкий обмен информацией среди специалистов энергомашиностроения и оборон­ной (в основном авиационной) промышленности о новых достижениях в области высокотемпера­турной теплотехники. Ежегодные научные сес­сии (прошли 42 сессии), проводившиеся в разных городах страны, и ежеквартальные расширенные заседания бюро были единственным официаль-

ВЕСТНИК РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК том 69 № 8 1999

В ЦЕНТРЕ ВНИМАНИЯ - ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ 677

ным местом встречи специалистов в области спе­цифических газотурбинных проблем, где обсуж­дались новые конструкции энергетических тур-боустановок, проблемы их отработки и ресурса. В последние 10-15 лет расширились возможности использования в энергетических системах техно­логий уже реализованных в авиации газотурбин­ных двигателей военного применения.

Научный совет по комплексной проблеме "Элек­трофизика, электроэнергетика и электротехника" (председателями совета были академики -тенко и , а ныне - академик -чян) продолжил работу, проводившуюся под руко­водством ., по научным осно­вам передачи электрической энергии переменными и постоянными токами и по проектированию и ис­следованию крупных электрических машин.

На основе громадного объема исследований были созданы самые мощные в мире турбо - и ги­дрогенераторы с принципиально новыми систе­мами возбуждения и регулирования, а также раз­работаны серии основных видов электрических машин. Теоретические и экспериментальные ис­следования электромагнитных, тепловых и меха­нических процессов имели решающее значение для создания линий электропередачи напряжени­ем 500, 750 и 1150 кВ переменного тока и 1500 кВ постоянного тока.

Исследования последних лет показали, что су­ществующие научные подходы преувеличивают опасность воздействия тепловых электростанций на окружающую среду, особенно в части глобаль­ного потепления. Такой результат позволяет снять экологические ограничения при разработке энерге­тических программ на длительный период времени.

Научный совет по проблеме использования сверхпроводимости в энергетике начал свою работу под руководством академика ­на. Затем им руководили член-корреспондент и академик . Сейчас пред­седатель совета - член-корреспондент -плеков. Благодаря его активной деятельности со­зданный в СССР экспериментальный токамак Т-15 до сих пор является крупнейшей установкой такого типа в мире, а накопленный при его разработке ог­ромный опыт найдет применение при конструиро­вании международного токамака ITER. Впервые в мировой практике в нашей стране был создан опыт­но-промышленный сверхпроводниковый турбоге­нератор мощностью 20 МВА. Он прошел испыта­ния в режиме синхронного компенсатора в системе Ленэнерго. Результаты исследований положены в основу создания более мощных машин. К новым ви­дам сверхпроводниковых установок для энергети­ки, разработанных в нашей стране, относятся круп­нейший индуктивный накопитель энергии, участки гибкой и жесткой ЛЭП.

На последних заседаниях совета подробно рас­сматривались проблемы создания токоограничи-

тельных систем вместо традиционно применяе­мых устройств. Вновь возрождается интерес и к линиям передачи. Тем не менее в связи с различ­ными физико-механическими особенностями вы­сокотемпературных сверхпроводников их прак­тическое применение сильно отстает от первона­чальных радужных ожиданий.

Научный совет по мощной импульсной энерге­тике (председатель - академик ) прини­мал участие в разработке мощных коммутацион­ных аппаратов для международного проекта ITER (они рассчитаны на длительное протекание тока до 60 кА и переключение в активную нагрузку при на­пряжении до 20 кВ), энергетического комплекса, позволяющего проводить исследования в различ­ных областях физики с уровнем энергии в десятки мегаджоулей, субнаносекундного диода с временем отключения 500 пс (получена рекордная для полу­проводников скорость роста напряжения 1014 В/с), основ Межрегионального учебно-научного цент­ра "Мощная импульсная электрофизика" на базе интеграции академической и вузовской школ.

Научный совет по комплексным проблемам энергетики (председателями были академики , , а теперь - член-корреспондент АА. Макаров) сосредоточил свою деятельность по следующим направлениям: научные основы энергетической и активной энер­госберегающей политики; обоснование эффектив­ных направлений научно-технического прогресса в энергетике; научно-методическая база совершен­ствования методов прогнозирования и управления развитием энергетики России, ее регионов и СНГ в целом; оптимальное функционирование электро­энергетической системы страны; развитие и уп­равление работой больших трубопроводных сис­тем энергетики.

Научный совет по проблемам надежности и безопасности больших систем энергетики (пред­седатель - член-корреспондент ) был образован в 1995 г. За время его существования было проведено 20 заседаний, семинаров и меж­дународных конференций. В своей работе совет опирается на шесть базовых организаций: РАО "ЕЭС России", РАО "Газпром", АО НК "Рос­нефть", ГП "Роснефть", ГП "Росуголь", АК "Транснефть", АК "Транснефтепродукт".

Работой научного совета по комплексной проб­леме "Методы прямого преобразования энергии" руководили академик , член-корреспондент (в настоящее время - член-корреспондент ). Совет следит за новейшими достижениями в области магнитоди-намического преобразования, топливных элемен­тов, термоэмиссионных и термоэлектрических преобразователей, а также солнечных элементов. Создание термоэлектрических преобразователей нового поколения с повышенными выходными характеристиками на базе экологически безопас-

ВЕСТНИК РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК том 69 № 8 1999

678

ГЛЕБОВ

ных материалов выполнено советом непосредст­венно по заданию АО "Газпром". Изучение про­блемы прямого преобразования ядерной энергии деления в оптическое излучение стало основой для формирования в структуре совета новой сек­ции на базе ГНЦ РФ "Физико-энергетический ин­ститут" в г. Обнинске.

Научный совет "Химико-физические проблемы энергетики" (председатель - ) был об­разован в 1996 г. В его состав входят ученые из ше­сти отделений РАН, высших учебных заведений и других организаций. На заседаниях совета рассмат­ривались такие проблемы, как химическая физика газификации угля, оптимизация процессов и их эко­номическая целесообразность; химико-физические процессы деградации защитных покрытий для угле­род-углеродных композиционных материалов; чис­ленное моделирование трансформации газовых примесей и аэрозолей в атмосфере с учетом дина­мических характеристик атмосферы и др.

В ближайшее время совет обсудит следующие актуальные проблемы: современное состояние мониторинга озонового слоя и ультрафиолето­вой облучаемости Земли; плазмохимические тех­нологии очистки дымовых газов; антропогенная токсикация планеты: реальность и мифы; термо­динамический анализ воздействия энергетичес­ких технологий на природу.

Научный совет по атомной энергетике был сформирован из Комиссии по атомной энергети­ке в апреле 1992 г. (председатель - академик -Степной).

Долгое время решение проблем атомной энер­гетики осуществлялось в рамках атомного ведом­ства с жесткой засекреченностью работ. Хотя ре­шения готовились и принимались специалистами высочайшего класса, внутриведомственный ха­рактер изучения концептуальных проблем не способствовал выработке оптимальных реше­ний, а в результате были допущены серьезные ошибки (отказ от сооружения защитных оболо­чек на АЭС; отставание в уровне надежности и эффективности систем управления атомными станциями и в развитии тренажерной техники). Ведомственный подход был преодолен благодаря объединению под эгидой РАН специалистов и ученых, связанных с атомной энергетикой.

В течение всего периода работы совет занимал­ся решением проблем, определяющих современ­ный и предстоящий этапы развития атомной энер­гетики России. Были выработаны рекомендации по таким проблемам, как последствия аварии на Чернобыльской АЭС (научные, социально-психо­логические, медико-демографические, экономи-

ческие); безопасность реакторов атомных стан­ций; состояние и перспективы развития ядерной энергетики России, экономика ядерной энергети­ки; промышленная и научно-техническая база ядерной энергетики; безопасность ядерной энерге­тики; новое поколение АЭС; топливный цикл ядерной энергетики; радиоактивные отходы и эко­логия; законодательное и нормативное обеспече­ние ядерной энергетики России; технико-экономи­ческие и финансово-экономические проблемы взаимоотношений субъектов федерального опто­вого рынка электроэнергии; проблемы создания АЭС малой и средней мощности.

Фактически научный совет выполняет роль вне­ведомственного научно-консультационного орга­на, способствующего решению фундаментальных, концептуальных и прикладных проблем ядерной энергетики России.

Первым крупным мероприятием научного совета по комплексной проблеме "Физика низко­температурной плазмы" (председатель - акаде­мик ) стала Всесоюзная конференция по физике низкотемпературной плазмы в 1983 г. в Ленинграде. В дальнейшем аналогичные кон­ференции прошли в Ташкенте (1987) и Минске (1991). Сибирское отделение совета регулярно проводило Всесоюзные конференции по генера­торам низкотемпературной плазмы.

С 1995 г. раз в три года проходит Российская на­циональная конференция по физике низкотемпе­ратурной плазмы. В ее работе принимают участие специалисты Белоруссии, Казахстана, Латвии, Ук­раины, Эстонии, Югославии, Германии, Чехии.

Национальный комитет РАН по тепло - и мас-сообмену (председатель - академик ­ев) создан в 1971 г. Он является коллективным членом Международного центра по тепло - и мас-сообмену (МЦТМ) и занимается организацией и проведением научных мероприятий по пробле­мам тепло - и массообмена, обеспечением работы оргкомитетов, отбором докладов, информацион­ным сопровождением с целью участия делегаций ученых России и стран СНГ в международных конференциях и семинарах, симпозиумах МЦТМ.

В заключение следует отметить, что, согласно постановлению Президиума РАН от 01.01.01 г., для более тесной связи между научными со­ветами образованы объединенные научные сове­ты: "Теплофизика и теплоэнергетика"; "Электро­физика, электроэнергетика и электротехника"; "Системные проблемы энергетики"; "Проблемы надежности и безопасности больших систем энерге­тики"; "Методы прямого преобразования энергии".

ВЕСТНИК РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК том 69 № 8 1999