Об электростанциях нового поколения

ЭлектростанцияЖизнь современной цивилизации невозможна без энергии, особенно – тепловой и электрической.

Восемьдесят процентов ее дают ископаемые (углеродистые) источники.

Однако учеными предсказывается, что уже к 2050 году использование энергии углеводородов в топливном балансе сократится до 40‑50 процентов.

При этом с помощью возобновляемых источников энергии в России производится всего 0,6‑0,7 процента от общего объема энергии.

О странностях альтернативы

Правда, у нас есть структуры, работающие с так называемой альтернативной энергетикой. Но под последней подразумеваются только малые АЭС, средние плотинные ГЭС, «импортные» ветроэлектростанции, считающиеся «перспективными» водородная и биоэнергетика. Солнечная энергетика развивается, но в основном – ради освоения космоса.

Однако опыт прошедших «мягких» зим, мировой экономический кризис и другие факторы показывают, что альтернатива топливной энергетике и централизованному энергоснабжению обязательно должна быть – причем устойчивая, многоуровневая и опирающаяся на разные виды возобновляемых ресурсов.

Если локальные аварии в энергосетях приносят неприятности лишь местным властям и потребителям, то страшно подумать, что будет, если ток отключится в одной или нескольких областях или странах.

Ослабить влияние стихийных бедствий и экономических неурядиц может локальная энергетика на основе возобновляемых источников (преимущественно – воды, ветра и солнца). В том числе, например, – гидроэлектростанций на искусственных замкнутых потоках воды (на энергии кинетического гидрокольца) типа «гидро-коллайдера» (есть российские патенты).

Главное, что ГЭС нового поколения могут работать в комбинации с ветроэлектростанциями нового поколения и гелиоустановками. Комбинированные гидро-гелио-ВЭС просты в изготовлении и эксплуатации, могут обеспечить электричеством и теплом любой дом или предприятие и размещаются в любом изолированном пространстве (подвал, шахта, метро, чердак и т. д.).

Кроме того, существуют российские разработки новых видов гидроэлектростанций, работающих в совокупности с автономными тепловыми станциями (АТС).

Однако сказочно огромный ресурс гидроэнергетики малых потоков так и остается незадействованным. Между тем, один только пролив Лаперуза при скорости потока в 4,5 м/сек может дать дешевой энергии от 40 до 80 кВт/сек на один поперечный квадратный метр.

Малая гидроэнергетика и мини-гидроустановки с обращаемым циклом рабочей жидкости по энергоемкости могут превысить все известные запасы ископаемого топлива. А если к ним присоединить ветроэлектростанции нового поколения или комбинированные гидро-ВЭС, да еще прибавить солнечные генераторы с КПД до 40 процентов (которые обещают создать уже после 2010 года), страна может постепенно ослабить зависимость от ТЭЦ и АЭС уже через несколько лет.

Так ли новы ВЭС?

Но вернемся к ветроэнергетике. Традиционно она представляется нам пространствам, заставленным высокими и многотонными мачтами с ветряками. Однако, по нынешним меркам, такая ветроэнергетика давно уже не является идеальной. От нее или отказываются, или переносят подальше от населенных мест, что в разы увеличивает затраты на строительство станций и ЛЭП, а заодно увеличивает стоимость кВт энергии (две трети ее составляет доставка потребителю).

Западные страны стремятся сбыть эти морально устаревшие установки другим странам под видом передовой технологии. Например, России – где есть общирные пространства Кубани, Калмыкии и Якутии. Для нас эта технология – передовая, но только лишь потому, что другой ветроотрасли у нас нет. Однако во всем мире давно уже идет работа по поиску более успешных способов использования энергии ветра.

Между тем, к современным ВЭС можно отнести не только новейшие предложения западных инженеров, акцентировавших внимание на различных типах турбин, но и многие отечественные разработки.

Например, немецкий инженер Эд Мазур предложил идею гигантского «турбовентилятора» на магнитной подушке. Но отечественный изобретатель А. Н. Русецкий еще десять лет назад предложил такую же схему ВЭС, но с более расширенными возможностями, с вертикально вращающейся турбиной (запатентована в 2000 году) и с большим диапазоном скоростей ветра. Кроме того – еще и с массой различных побочных «полезностей»: размещение возможно и на суше, и в горах, и в качестве автономно плавающего комплекса на морской платформе. Такая установка может работать и как опреснитель, и как волновая ГЭС, и как гостиница-санаторий, и как мини-завод для переработки морепродуктов. Действующая модель установки уже несколько лет стоит на одном из затонов в Москве.

Существуют и другие российские разработки. Например, эффективные ветротурбины С. Лисняка и Ю. Шкроба, малые ветротурбины (виндроторы) Г. Козлова – примеров можно привести десятки.

Всем уже ясно, что традиционные «ветряки» надо будет со временем чем‑то заменить. Новые ВЭС должны быть бесшумны, экологичны, эстетичны, технологичны и органически вписываться в окружающий ландшафт или в архитектуру. Главное – просты в производстве и долговечны при эксплуатации.

Некоторые скажут, что набор «достоинств» для ВЭС невыполним. Но уже существуют идеи и разработки, которые соответствуют перечисленным выше требованиям и подтверждены не только схемами и рисунками, но и действующими моделями.

Типы новых станций

Условно станции нового поколения, работающие от силы ветра, можно разделить на:

• микро-ВЭС, то есть бытовые установки от 1 кВт до 30 кВт мощности, размещаемые на крышах коттеджей и высотных зданий, на мачтах, дымовых трубах и аэростатах, – с «тихоходными» генераторами на постоянных магнитах;
• микро-ВЭС для фермеров, малых предприятий, больших зданий и воинских подразделений, где мощность (от 30 кВт до 300 кВт) зависит в основном от простого сложения в блок микро-ВЭС первого типа (в горизонтальном или вертикальном креплении). Здесь можно и создавать более крупные турбины диаметром до 2‑3 метров. Интересна идея размещения ветротурбины на релейных мачтах мобильной связи (воплощена на Западе – но там используются пропеллерные установки);
• передвижные комбинированные энергетические комплексы (контейнеры на колесах), включающие в себя солнечные установки, ветровую турбину, микро-ГЭС и тепловую станцию (например – инженера С. Хилова, обеспечивающую теплом до 3000 квадратных метров площади и особенно эффективную при аварийных ситуациях зимой – такая станция подключается к системе отопления дома и поддерживает положительную температуру в доме, пока идет ремонт теплотрассы).

Затем идут более крупные мини-ВЭС, для крупных предприятий и городских поселков с мощностью до 600 кВт и более, причем в совокупности с солнечными батареями они могут быть стартерами для ГЭС, размещенных в технических этажах или подвалах предприятий или высотных зданий.

ВЭС мощностью 1000 кВт и более могут размещаться на возвышенностях, выноситься в море на платформах или располагаться гирляндами на аэростатной подвеске (энергия вращения передается на землю по гибкому валу к генератору тока).

Что важно: рабочие турбины здесь универсальны и применяются как для ветра, так и для потока воды (схема работы одинакова для обеих сред, различны только применяемые материалы), т. е. турбины снимают энергию движения среды, что позволяет создавать комбинированные энергетические комплексы типа гидро-ВЭС.

Есть вариант гидро-гелио-ВЭС без использования естественного потока воды. Эти станции в комплекте с гелио- и ветроустановками являются в основном «стартером» для запуска и поддержки работы гидроустановки на кинетическом гидрокольце.

Новые типы комбинированных ветро-ГЭС (без рек, т. е. – без высоких естественных напоров) могут размещаться в карьерах и заброшенных шахтах, а также в отслуживших свой срок зданиях ТЭЦ и АЭС.

Ведутся также работы по созданию теплового воздушного шара, не на газовой аппаратуре, а на электричестве и перегретом паре, что позволит воздушным шарам летать практически неограниченное время. Подобных аэростатических моделей ВЭС – около десятка.

«Народная» энергетика

С перечисленными выше ветро-установками многие регионы России, например Причерноморское побережье, не будут знать недостатка в электроэнергии. Особенно если их объединить в одну энергосистему, присоединив к ней и гидроэнергетику морских и речных (в истоках) течений, напорные деривационные ГЭС с импульсными гидротурбинами или так называемые «гидро-коллайдеры».

Вот тогда можно поэтапно убирать ТЭЦ, использующие дорогое привозное топливо, и спокойно ремонтировать старые ГЭС.

А такие регионы, как Сахалин, Камчатка, Алтай и Карелия, могут забыть о завозе некачественного топлива, оборванных проводах ЛЭП и отключениях электроэнергии из‑за чрезмерных перегрузок или стихийных бедствий.

У населения появится «народная энергетика», причем индивидуальная, потому что эти установки можно создать в любой частной мастерской, не говоря уже о промышленных предприятиях.

Приведу курьезный пример. Мне приходилось на пари за двадцать минут превращать пивную (десятилитровую) бочку в ветро- или гидротурбину. А мой коллега сделал у себя на даче микро-ГЭС из двухметрового тракторного колеса. Это говорит об универсальности и простоте конструкции турбин и в целом гидро-ВЭС как возможной отрасли энергетики, альтернативной не только топливным источникам энергии, но и уже существующим гидро- и ветроустановкам.

По моим подсчетам, стоимость энергии от «первоисточников» (при индивидуальном типе их использования) должна быть не больше одного рубля за кВт/час, при окупаемости энергоустановок в течение года-двух, затем себестоимость падает еще ниже, и затраты идут только на техническое и сервисное обслуживание. Более мощные станции (от 600 кВт и больше, особенно комбинированные, типа гидро-ВЭС) окупаются за 2‑4 года. Но все равно стоимость кВт-ч не превысит 1 рубля. А самое главное, эта энергия равномерно распределена по всей Земле – таким образом, отпадает необходимость в ЛЭП большой протяженности (из‑за которых стоимость энергии увеличивается в разы).

Александр ЯКОВЕНКО, инженер-гидротехник
Энергетика и промышленность России

Еще по теме

Оставить комментарий