Новости

Александр Авдиенко, научный руководитель АО «Русский сверхпроводник», доктор технических наук рассказывает об автономной сверхпроводниковой ветроэлектростанции – основном векторе развития энергетики Крайнего Севера.

 

В России наибольший потенциал из возобновляемых источников за энергией солнца и ветра, но ветровая энергия эффективна в ограниченных регионах – это Арктика, Крайний Север. Ценность этой энергии повышается в том числе и потому, что в этих местах энергию солнца получить сложнее, особенно полярной ночью. К сожалению, развитие ветроэнергетики в этих регионах у нас весьма сдержанное. У нас нет необходимой базы для производства соответствующих устройств. А без энергетики, в данном случае от ветроэлектростанций, такие районы довольно сложно развивать должным образом.

 

Напомню, что ветровая энергия – не регулярная, а потреблять ее люди привыкли как раз в регулярном режиме. Установленная мощность – по-прежнему главный критерий в энергетике. Один из вариантов компенсации на случай, когда нет ветра, – использование накопителей. Но при значительном потреблении энергии это нереально. Можно сделать бесперебойный источник питания, но он не обеспечит энергией установленную мощность. Поэтому как вариант решения этой проблемы – необходимо наработать соответствующее топливо, которое можно потом использовать для генерации энергии. Таким топливом может быть водород как наиболее эффективное топливо. Правда, водород легкий, а энергетическая эффективность рассчитывается на килограмм. Используя цикл получения энергии из водорода (за счет разложения воды в электролизерах), мы можем обеспечить установленную мощность. 1 кг водорода можно получить путем электролиза 9 кг воды, использовав 45 кВт час электроэнергии. Получение водорода разными способами при существующих электрохимических генераторах водорода – широко используемые во всем мире щелочные или на твердополимерном электролите, а также высокотемпературные твердоусиленные электролизеры. Последние требуют предварительного нагрева воды, но позволяют иметь наименьшие затраты на разложение воды и получение водорода.

 

В силу его физических свойств лучше накапливать водород высокого давления, так как жидкий требует большого количества энергии, а несжатые – больших объемов для хранения. Объемы водорода, которые необходимо накопить, зависят от географических условий – они должны коррелироваться с количеством штилевых дней в году. Максимальный штилевой период должен компенсироваться накопленным топливом. Наибольшая эффективность сжигания топлива получается от твердооксидных топливных элементов, в результате работы которых образуется пар высокой температуры (около 600-800 градусов). Так что можно поставить турбину, и суммарный электрический КПД может достигать 60%, а использование отходящего с турбины тепла для обогрева помещений, и тогда суммарный энергетический КПД достигает 80%. Это непревзойденная величина.

 

Стоимость ветроэлектростанции определяется радиусом ее колеса, как и отбираемая для работы ветряка энергия. Связь сверхпроводников и нашего проекта в том, что сверхпроводники позволяют по сравнению с медью ощутимо сократить потери. В среднем теряется обычно около 10% энергии ветра, а при применении сверхпроводников порядка 1%. Эта разница в потерях позволяет уменьшить диаметр колеса на 20%, а значит, и вес генератора и гондолы ветряка. Таким образом облегчаются условия и объемы доставки, монтажа и строительства, что необычайно актуально для климатических условия той же Арктики, куда не так просто привозить все необходимое. В итоге наш проект позволит сделать все дешевле, надежней, устойчивей, снизить пожароопасность. Благодаря устройству сверхпроводников, точнее сверхпроводниковым ограничителям тока (СОТ), такие генераторы никогда не загорятся, и не будет пожара на трансформаторе – аварийность резко снижается.

 

Организации, которая будет заниматься автономными сверхпроводниковыми ветроэлектростанциями, на данный момент пока нет. Идею создания такой станции на водороде мы сгенерировали в этом году. И в ней мы максимально используем все то, что было наработано в президентской программе «Сверхпроводниковая индустрия». Мы аккумулировали все основные элементы, которые в ее рамках были разработаны. Речь идет о станциях на 1 мегаватт, которые необходимо объединить в единый комплекс, что уже сделано. Еще предстоят работы по башне и электроколесу.

 

Этот проект с водородным циклом накопления энергии наиболее актуален для районов Крайнего Севера (а также Камчатки, Сахалина, Приморья), там, где всегда есть снег и вода, остается их только очистить, и никакое другое топливо для работы таких ветрогенераторов не нужно. Главное их преимущество – полная автономность, которая пригодится и в Арктике, и в Антарктике. Такого пока в мире ни у кого нет. Те же ветряки стоят на Аляске, но работают они на топливе, которое надо туда доставлять, что непросто, как и в случае с нашим Крайним Севером. Там они служат для уменьшения расхода дизельного топлива. Кстати, большинство проектов, разрабатываемых в России, тоже ориентированы на эту цель – как сэкономить завозимое в отдаленные регионы в непростых условиях топливо.

 

В Европе созданы коллаборации из нескольких фирм, производящих ветрогенераторы. Они ставят перед собой цель – создание сверхпроводниковых ветрогенераторов. И проблему накопления энергии они решили – каждый из ветрогенераторов в какой-то период времени работает на сеть, в которую они замкнуты. Для нашего Севера такое решение проблемы с накоплением энергии в сети неактуально, там нужны либо энергоресурсы, либо топливо.

 

Данный инвестиционный проект автономных ветроэлектростанций с водородными накопителями создавался с расчетом на три года. За этот срок можно создать пилотную станцию, но подводных камней, увы, тоже хватает. И они, как правило, носят коммерческий, а не научный или технический характер, возникают проблемы с выделением то средств, то площадок для работы. Но прототипный сверхпроводниковый генератор со специальным малогабаритным мультипликатором у нас уже есть, что позволит нам сделать удельно дешевый ветряк со сверхпроводящим энергетическим комплексом. Без сверхпроводников суммарного синергетического эффекта не достичь. В настоящее время у нас в соответствии с программой разработаны все необходимые элементы для того, чтобы создать такую полностью автономную суперпроводниковую электростанцию. Стоимость ее будет ниже, долговечность выше, также в ней могут быть использованы не зависящие от температуры левитирующие подвесы всех вращающихся элементов. Для Севера последний пункт крайне важен из-за замерзания смазки.