Магистральные сети — привычный источник электричества, но они далеко не всегда дотягиваются до нужной точки на карте. А ведь цена киловатта зависит от расходов на транспортировку. К тому же, никто не застрахован от сбоев и обрывов, которые способны обесточить больницу, аэропорт или промышленное предприятие. В тех случаях, когда «магистральное» электричество оказывается слишком дорогим или вовсе недоступным, проблему можно решить с помощью самостоятельной генерации энергии.

Ветрогенерация – один из самых старых источников энергии. По данным археологов, еще 5,5 тысяч лет назад древние египтяне впервые стали применять паруса. В XII веке во Фландрии строили первые ветряные мельницы с горизонтальной осью ротора. В конце 1880-х годов в Шотландии и США появились экспериментальные электрогенераторы, совмещенные с такими мельницами, но настоящий прорыв произошел в Дании, где уже к 1909 году было более 70 ветроэлектростанций.

Это направление считалось перспективнейшим в молодом Советском Союзе. В 20-е годы разрабатывались и внедрялись локальные, «сельские» ветрогенераторы мощностью 10–20 кВт. В 30-х появились ветряки с аккумуляцией энергии, а также самые большие ветроустановки в мире. После Великой Отечественной войны массово выпускались агрегаты для удаленных поселков, полярных станций и других объектов без устойчивого электроснабжения.

Однако уже тогда были выявлены факторы, ограничивающие этот метод генерации. Прежде всего — неустойчивость воздушных потоков. К сожалению, зоны с наиболее ровными и мощными ветрами приходятся на побережья морей, Северного Ледовитого и Тихого океанов. Внутри материка ветровыми считаются регионы Нижней и Средней Волги, Придонье, отдельные участки на Алтае, Урале, в Туве и на берегах Байкала.

С другой стороны, по-прежнему не решен кардинально вопрос с аккумулированием электроэнергии в промышленных масштабах. Поэтому с 50-х годов ХХ века оптимальной считается связка ветрогенераторов, солнечных батарей и установок с поршневыми двигателями, например, дизельными или работающими на природном газе.

Другой распространенный способ получить электричество, минуя внешних поставщиков, — это солнечная энергетика: в первую очередь с использованием фотоэлектрических панелей (батарей). Они бесшумны, не имеют вращающихся частей и подходят для установки на крышах и даже фасадах зданий, где выступают еще и элементами декора. Солнечные батареи могут быть и достаточно крупными по площади, и миниатюрными. Считается, что поверхность в 75 кв.м обеспечивает мощность до 10 кВт.


Фотоэлектрические панели дают максимальный ток в середине дня, при этом слабая облачность не слишком влияет на их производительность. А вот пыль и снег могут заметно уменьшить выработку, то есть за чистотой батарей нужно постоянно следить. Цикличность поступления электричества требует мощных аккумуляторов, которые будут запасать его для использования в темное время суток.

Эффективность таких систем снижается в северных широтах из-за значительной разницы в продолжительности светового дня летом и зимой. Они дают много энергии в теплое время года, когда почти круглые сутки светло, и крайне мало — зимой, когда света не хватает. Возможно, что ситуацию изменило бы появление принципиально новых систем накопления электроэнергии. В настоящее время считается оптимальной комбинация фотоустановок с ветрогенераторами и дополнительными генераторами на углеводородном топливе.

Субстанцию, в изобилии образующуюся на животноводческих фермах, а также жом, оставшийся после получения соков, отходы рыбных и мясных цехов, молокозаводов, производств крахмала и так далее можно использовать для получения биогаза. Это смесь летучих веществ на основе метана, которую выделяют бактерии, перерабатывающие органику. После получения биогаз очищается, осушается и становится полным аналогом природного газа (того же метана). Он может использоваться для отопления или как газомоторное топливо. Поскольку для его производства потребовалась растительность, которая ранее усваивала углекислоту из атмосферы, выбросы диоксида углерода при использовании биогаза как бы «обнуляются», что позволяет считать его экологически чистым топливом.

Из органического сырья можно также производить спирт (биоэтанол), который добавляется в бензин или используется в чистом виде. В настоящее время разрабатываются все новые методы эффективного применения биоотходов в энергетике.

Слабость этой технологии — в том, что она требует масштабности: чем крупнее производство биогаза, тем оно эффективнее и тем ниже себестоимость продукта. Биореакторы придется размещать в сельской местности, вблизи от источника сырья, а полученный газ — сжимать или сжижать и транспортировать до потребителей.

Более полувека назад великий советский сатирик Аркадий Райкин в одной из своих реприз предлагал приспособить к балерине электрогенератор, чтобы она не «просто крутилась», а вырабатывала электричество. Футболисты тоже, по мнению того персонажа, даром тратили энергию. В наше время эта шутка стала реальностью: уже создан футбольный мяч, который в состоянии за полчаса игры запасти электроэнергию, достаточную для питания LED-лампы в течении нескольких часов.

Появляются и спортивные тренажеры, которые не потребляют электроэнергию, как привычные беговые дорожки, а производят ее, использую мускульную силу человека. Это позволяет зарядить гаджет – например, мобильный телефон – во время тренировки. Но если такие системы пока еще редки, то зарядки, устанавливаемые на обычные велосипеды, стали обыденностью в странах Африки и Юго-Восточной Азии. Там, где есть непрерывный поток людей, можно использовать для генерации различные механизмы: турникеты, «лежачих полицейских», прогибающуюся тротуарную плитку и т.д.

Плюс подобной генерации в том, что после установки оборудования она происходит сама собой. Минус — слишком маленькая производительность: хватит только для питания энергоэффективных лампочек, маломощных радиостанций, планшетов или телефонов.

Чтобы быть уверенным в непрерывности поставки электроэнергии, в достаточном ее объеме и разумной стоимости, нужно выбрать изначально стабильный источник. В этой роли уже более ста лет выступает углеводородное топливо, в первую очередь жидкое (в том числе, дизельное). Однако использующие его системы в наше время подвергаются критике за свою неэкологичность. К тому же топливо дорожает.

В связи с этим специалисты предлагают в качестве оптимального собственного источника электроэнергии газопоршневые генераторы, которые работают на метане – магистральном или восстановленном из сжиженного состояния. Такое топливо в два раза дешевле жидкого и дает меньше вредных выбросов. Более того, установка может работать на биогазе, и в этом случае энергия считается экологически чистой.

Компания «КАМА-Энергетика», производящая генераторы для предприятий среднего и малого бизнеса, подсчитала, что в 2017 году себестоимость 1 кВт/ч, выработанного газопоршневой электростанцией мощностью в 450 кВт, составляла всего 2,3 рубля. Для сравнения: поставщики предлагали тарифы от 5,5 до 7 рублей за 1 кВт/ч. Таким образом, для предприятия с собственной электростанцией ежемесячная выгода составляет около 420 тыс. рублей за каждые 100 тыс. кВт/ч. Приобретение отечественных генераторов окупается за 1,5–2 года, в то время как инвестиции в более дорогое импортное оборудование можно вернуть лишь через 3–5 лет.

В российском климате немаловажна и тепловая эффективность таким систем, которая достигает 500 кВт. Газопоршневые установки работают в режиме когенерации, обеспечивая предприятия не только дешевой электроэнергией, но и теплом.

Видеосюжет о реальном использовании газопоршневых электростанций в бизнесе можно посмотреть здесь.

Материал создан в партнерстве с компанией «КАМА-Энергетика».



Автор текста: Константин Ранкс
Редактор: Елена Виноградова
Корректор: Елена Виноградова
Координаторы проекта: Елена Таранущенко, Ольга Голубева
Верстка / дизайн: Ольга Голубева, Ксения Горшкова

фото: Unslplash.com