Сам себе генератор

Часть Первая: Ностальгия по автономной генерации

В свое время мы подробно описали некоторые выступления, прозвучавшие на прошлогоднем научно-производственном форуме «Золотая долина-2024». В связи с этим на память приходит один интересный момент, который вызвал лично у меня яркие воспоминания десятилетней давности. Так, на заседании секции по энергетике прозвучал один доклад, посвященный использованию солнечной энергии для автономного снабжения теплом и электричеством. Ничего особо нового для меня здесь не было, поскольку эту презентацию я видел еще десять лет назад. Мало того, я был лично знаком с докладчиком и когда-то собственными руками трогал «солнечное» оборудование, упомянутое в той самой презентации.

Конкретно речь шла об использовании солнечных коллекторов и фотоэлектрических панелей для снабжение теплом, горячей водой и электричеством отдельных зданий и сооружений в населенных пунктах, где была проблема с сетями. Приводилось несколько таких примеров. Девизом компании, предлагавшей свои технические решения, было: «Мы даем тепло и свет -  там, где их нет!». Допустим, какая-то отдаленная туристическая база в горах Алтая, лишенная доступа к электрическим сетям, решала проблему электроснабжения таким вот образом. Или животноводческое предприятие строило душевые кабинки для своих работников, получая горячую воду за счет солнечных коллекторов (то есть совершенно не тратя ресурсы на нагрев воды).

Подчеркиваем, таких локальных решений было достаточно много, и весьма внушительный набор оборудования показывал, что в данном направлении уже давно работает целая индустрия. Тогда еще, десять лет назад, казалось, что пройдет не так много времени, как многие наши граждане начнут всё это широко использовать. Кто-то искренне считал, что уже к 2025 году солнечные коллекторы и солнечные панели станут для россиян привычной вещью – примерно такой же, как микроволновки или тостеры. Причем, нельзя было сказать, что такое оборудование совсем не по карману простым трудягам или пенсионерам. По крайней мере, относительно недорогие сезонные солнечные коллекторы вполне могли красоваться на дачных участках, решая проблемы с горячей водой без всякого нагрева от печи или электричества.

Или возьмем солнечную панель. Мы не говорим сейчас про автономные электроснабжения отдельных домов или дачных построек.  Есть куда более простые решения. Например, десять лет назад вполне реальным мыслился вариант, когда россияне, выезжая на природу, обеспечивают себе ночное освещение шатров или подзарядку смартфонов с помощью небольших фотоэлектрических панелей.

Однако ничего из сказанного не реализовалось в тех масштабах, как о том мечталось ранее. Упомянутое «солнечное» оборудование в России до сих пор остается «экзотическим». Массового использования солнечных коллекторов на дачных участках мы не наблюдаем. То же самое можно сказать и о туристах, отдыхающих на природе – солнечные панели не стали для них привычной вещью.

Впечатление такое, что пропаганда «зеленых» технологий обошла наших граждан стороной. Хотя на самом деле, как мы знаем, усилия в этом направлении были. Но факт остается фактом: презентация «солнечного» оборудования остается сейчас столь же актуальной задачей, как и десять лет назад. И потому в содержательном плане упомянутое выступление не претерпело никаких изменений. Такое впечатление, что докладчику каждый год приходилось всё начинать сначала.

Почему мы вынуждены обращать на это внимание сейчас? Дело в том, что подобные локальные решения для «зеленых» технологий еще десять лет назад рассматривались в контексте грядущего энергетического перехода, который, в свою очередь, прямо увязывался с Шестым технологическим укладом. Указанные решения вписывались в философию Off Grid, то есть в такое направление, где в приоритете находится максимальная ресурсная автономия, ведущая к независимости от внешних сетей. Эта тема совсем недавно была весьма популярна, причем, так происходило в развитых странах, и особенно – в США (о чем мы тогда очень много писали). Как раз под эту тему были «заточены» некоторые разработки ученых СО РАН (о чем мы тоже писали).

К примеру, часто упоминавшийся нами проект «Экодом», инициированный учеными новосибирского Академгородка, предполагает использование солнечной энергии в качестве дополнительного источника обогрева жилища. Параллельно рассматривались варианты одновременного производства тепла и электричества в отопительной системе дома. Были конкретные примеры использования двигателей Стирлинга, совмещенных с котлом. Двигатель подключался к электрическому генератору. Здесь же предусматривался тепловой аккумулятор, позволявший включать двигатель тогда, когда это было необходимо. Отметим, что все эти системы, включая систему солнечного нагрева воздуха, солнечного нагрева воды и автономной выработки электричества имелись не только на бумаге, но были испытаны на практике (в том числе – во время работы на острове Ольхон).

Интересно, что тема Off Grid подогревалась теми технологическими инициативами (вполне себе приемлемыми и с позиций нашего дня), которые в ту пору реализовывались в западных странах при государственной поддержке. Например, в США и в Европе (особенно – в Германии) принимались программы по установке солнечных панелей прямо на крышах домов (вспомним американскую программу «Миллион солнечных крыш»). В развивающихся странах солнечную энергетику (в указанном здесь формате) также не обошли стороной. В свое время мы писали о соответствующей программе индийского правительства, которая предполагала доставку целых комплектов «солнечного» оборудования (куда входила фотоэлектрическая панель и инвертор) в отдаленные деревни, лишенные централизованного электроснабжения. Аналогичные программы разрабатывались и в некоторых странах Центральной Африки. Даже в Монголии чабанам с отдаленных пастбищ предлагали солнечные панели, чтобы люди могли хотя бы слушать радиоприемники и даже подключать небольшие телевизоры.  Такие панели монтировались прямо над входом в юрту, что выглядело в глазах наших туристов весьма необычно (учитывая, что у нас фотовольтаика вообще не получила распространения в народе из-за полного отсутствия государственной поддержки данных технологий).

Надо сказать, что российских разработчиков очень сильно воодушевляли подобные прецеденты. В Институте теплофизики СО РАН, где также уделялось внимание «зеленым» технологиям (включая возобновляемую энергетику), старались заинтересовать этой темой молодых ученых, поскольку, как тогда считали в руководстве Института, молодежь наиболее креативна. А «зеленые» технологии на тот момент являлись безграничным полем для творческой самореализации и нестандартных решений.

Воображаемые перспективы и впрямь завораживали. Так, в области фотовольтаики шла работа по тонкопленочным полупрозрачным фотоэлементам. Их можно было совмещать с внешней отделкой фасадов, что позволяло даже небольшому дачному строению устанавливать до двух КВт электрических мощностей, не делая никаких дополнительных конструкций. В некоторых западных странах уже испытывали изделия для внешней отделки, включающие в себя фотоэлектрические элементы. Сайдинг и солнечная панель в одном лице – это ли не чудо? Разработчики шли еще дальше, предлагая соответствующее покрытие для фонарных столбов, благодаря чему можно было решать проблему освещения улиц в режиме Off Grid, то есть без подключения к сетям.

В принципе, большое количество таких вот автономных солнечных мощностей могли благоприятно сказаться и на работе сетей, поскольку сглаживали пиковые нагрузки. Причем, не только по части освещения, но также и по части летнего кондиционирования воздуха в помещениях. Почему бы работу кондиционеров не перевести в автономный режим, синхронизировав ее с поступлением солнечной радиации? С утра, когда восходит Солнце, кондиционер автоматически включается от солнечной панели, затем, после заката, он так же автоматически отключается. О том, какие проблемы для сети в летнее время создает работа многочисленных кондиционеров, уже писалось неоднократно. Проблема эта обозначилась не только для таких жарких регионов планеты, как штат Калифорния, но даже для Москвы и Подмосковья. Упомянутые здесь «зеленые» технологии как будто сами напрашивались на то, чтобы решить эту проблему. И десять лет назад было ощущение, что необходимое техническое решение скоро появится. Казалось, ждать осталось не так уж долго, учитывая, какими темпами развивались тогда фотоэлектрические системы.

Мы перечислили далеко не всё, но и этого достаточно, чтобы понять вектор развития «зеленых» технологий в формате Off Grid. В перспективе такие небольшие автономные мощности могли объединяться в локальную «умную сеть» (Smart Grid), работающую в режиме автоматической самонастройки, то есть, не требуя специальных диспетчерских служб. В свою очередь, эту локальную сеть можно уже было связать и с Единой сетью, благо, такие разработки также велись. Лучше всего в этом деле продвинулись специалисты Новосибирского государственного технического университета (НГТУ). По сути, они работали на перспективу, понимая важность распределенной малой генерации. Напомним, что в Новосибирске целый микрорайон был подключен к собственной газовой электростанции (о чем мы когда-то писали подробно). Как раз данный прецедент подтолкнул наших ученых к работе по теме «умных сетей» для таких автономных объектов.

Собственно, движение в эту сторону было отчетливым (в Новосибирске даже создали Ассоциацию по малой энергетике, как бы предугадывая грядущие перемены). Промышленные предприятия обзаводились собственными газовыми котельными, и недалек был тот час, чтобы перевести это маленькое хозяйство в режим когенерации (то есть параллельной выработки электроэнергии). Соответствующее оборудование также имелось. Например, не так давно (до «адских санкций») на рынке была представлена большая линейка компактных газовых турбин, работающих в широком диапазоне мощностей. Такая турбина позволяла безболезненно сбрасывать мощность с максимума почти до нуля, гибко подстраиваясь под скачки нагрузок. Перед владельцами предприятий и крупных общественных зданий (бизнес-центров, торгово-развлекательных центров, спортивных комплексов и т.д.) открывались интересные перспективы в плане автономного обеспечения энергией. Но, еще раз подчеркнем, что сам этот тон, сама философия Off Grid задавалась в ту пору развитием «зеленых» технологий, где важное место занимали солнечные панели и ветряки. По сути, возобновляемая энергетика прямо ассоциировались с темой энергетической автономии. И надо сказать, что так сложилось исторически.

Но после 2015 года история стала неожиданно меняться. Развитие «зеленых» технологий начало стремительно выстраиваться по другому сценарию. Тема Off Grid отошла на второй план (а в какой-то мере вообще выбыла из публичного пространства). Теперь солнечные панели и ветряки вызывают уже другие ассоциации. Хуже всего – в новом исполнении они стали порождать проблемы, которые уже трудно скрывать.

Андрей Колосов

Окончание следует