Альтернативная энергетика для… Арктики

Как мы знаем, в числе первоочередных задач, поставленных перед российской наукой, поиск решений для проблем освоения Арктики. Разумеется, ученые не могли не обойти стороной задачу электроснабжения этих труднодоступных мест.

На прошедшем в июне «Технопроме» свои разработки на сей счет предложил НИЦ «Курчатовский институт», который в последнее время уделяет пристальное внимание задачам интенсификации освоения природных богатств Арктической зоны и Дальнего Востока нашей страны. Понятно, что решение этих задач невозможно без создания соответствующей энергетической инфраструктуры широкого диапазона генерируемых мощностей.

В нашем сознании «Курчатовский институт» тесно ассоциируется с ядерной энергетикой.  И надо сказать, что в свое время вопросы электроснабжения отдаленных северных территорий предполагалось решать именно за счет ядерных энергетических установок небольшой мощности (например, мобильная ядерная установка на подводной лодке специально разрабатывалась для порта Тикси). Однако одними ядерными реакторами здесь ограничиться невозможно, поскольку в реальной практике очень сильно востребованы более компактные, мобильные и не столь мощные энергетические установки (иногда – до 20 кВт и ниже). Ядерный реактор, как мы понимаем, таких параметров обеспечить не может.

Как заметил по этому поводу представитель «Курчатовского института» Дмитрий Мельник:

«Потребители обычно разбросаны на обширных территориях – вдали от стационарных городских и поселковых источников энергии, а прокладка для них сетей электроснабжения не представляется экономически целесообразной».

В чем представляется выход? Специалисты нашли его в использовании энергоустановок на основе возобновляемых источников энергии (ВИЭ). Результатом работ, опирающихся на научно-технические заделы и кооперацию с индустриальными партнерами, стало создание целого ряда автономных гибридных солнечных и ветроэлектрических энергоустановок промышленно-бытового назначения.

Использование принципиально разных возобновляемых источников энергии – солнца и ветра – позволило значительно повысить надежность обеспечения объектов электроэнергией, – утверждает Дмитрий Мельник. По его словам, диапазон рабочих температур составляет от минус 50° С до плюс 50° С. При этом важно  подчеркнуть, что в составе указанных энергетических систем используются комплектующие только отечественных производителей. Транспортировка этих энергоустановок к месту окончательного монтажа и эксплуатации может осуществляться на вертолете Ми-8.

Круг потенциальных потребителей подобных систем весьма широк – это и электропитание аппаратуры навигационных маяков и буёв, электропитание появляющихся на Севере и Дальнем Востоке многочисленных станций сотовой и радиорелейной связи, десятков локальных систем радио и телевизионного вещания,  электропитание  аппаратуры  аэродромных  служб  и  наземных метеостанций и т.д.

Правда, несмотря на очевидные преимущества ВИЭ, для обеспечения электричеством достаточно крупных объектов приходится использовать дополнительные генерирующие мощности, работающие на традиционном углеводородном топливе.

«Наши энергоустановки, – говорит Дмитрий Мельник, – могут иметь в своем составе недорогие резервные электрогенераторы с двигателями внутреннего сгорания, использующими углеводородное топливо.

Поэтому, с одной стороны, они могут не зависеть от неравномерностей поступления солнечной и ветровой энергии, а с другой – оказывают на окружающую среду минимальное вредное с точки зрения экологии воздействие. Также мы ведём активные проработки относительно применения для аналогичных целей топливных элементов на спиртах, сжиженном и природном газе».

Тем не менее, чтобы всё-таки уйти от использования традиционных двигателей внутреннего сгорания (требующих, в том числе, и частого технического обслуживания), в настоящее время специалистами Центра ведутся активные проработки их замены на альтернативные источники электроэнергии – топливные элементы (ТЭ), использующие принципы прямого преобразования химической энергии в электрическую с помощью протонно-обменных мембран. При этом планируется применять в качестве исходного источника энергии не чистый водород, а более доступные и удобные в эксплуатации метиловый или этиловый спирты, а также сжиженный газ – пропан. «В большинстве случаев топливом для низкотемпературных топливных элементов является водород, однако на практике для наших энергоустановок целесообразно использовать спирты – метанол или этанол. Так, спирты легко хранить и транспортировать в обычной таре, при этом отсутствуют характерные для водорода утечки при их хранении», – уточнил Дмитрий Мельник. Он напомнил, что в настоящее время уже хорошо известны как опытные, так и серийно выпускаемые за рубежом  топливные элементы, использующие спирты и пропан. Поэтому сейчас в Центре пытаются спроектировать и создать аналогичные опытные образцы для использования их в упомянутых энергосистемах для покрытия энергодефицита в период «полярной ночи».

По словам Дмитрия Мельника, энергоустановки  на  основе  топливных  элементов  характеризуются экологической безопасностью и более высокой эффективностью по сравнению с традиционными дизельными и бензиновыми генераторами (см. график).

Данные разработки «Курчатовского института», на мой взгляд, имеют значение не только для Арктики. По большому счету, они наглядно демонстрируют возможности альтернативной энергетики как таковой. Особенно важно, что тем самым разрушается вредный и въевшийся в наши головы стереотип, будто энергоустановки на основе ВИЭ могут эффективно работать только в благоприятных природно-климатических условиях. Полагаю, что Арктика способна дать альтернативной энергетике «проверку на прочность».

Не будем сейчас загадывать, как далеко пойдет наше государство в освоении северных территорий. С чисто научно-технической точки зрения ситуация с подобными энергосистемами может рассматриваться намного шире. Даже если «арктическая программа» по каким-то причинам будет свернута, у Центра в любом случае останется неплохой шанс осуществить успешную коммерциализацию своих разработок. Причем – в мировом масштабе.

Олег Носков