«Мы составили рейтинг из 30 решений, которые, по нашему мнению, наиболее актуальны и перспективны для энергетики, – рассказывает руководитель департамента научно-технической деятельности АО «ЕвроСибЭнерго» Анна Коротченкова. – Однако при попытке ранжировать эти проекты мнения внутри коллектива разделились. Поэтому моя презентация не претендует на истину в крайней инстанции – это, скажем, то, что, с нашей, возможно, несколько субъективной, точки зрения, заслуживает внимания и имеет значительный потенциал».

Мы в «Сибирском энергетике», в свою очередь, выбрали те проекты, которые связаны непосредственно с производством тепла и электричества.

Выигрышная комбинация

То, что одновременная генерация двух видов энергии на ТЭЦ является наиболее выгодной с экономической и технической точек зрения, – аксиома. Одна станция, в которой электричество вырабатывают солнечная и дизельная части, работает даже в Иркутской области, вторая близка к запуску. Объединение энергии ветра и солнца тоже не является новостью, но случаи сочетания других источников возобновляемой энергии пока немногочисленны, хотя и весьма перспективны. Например, в 2009 году компания Enel Green Power запустила в американском штате Невада комбинированную геотермально-солнечную электростанцию общей мощностью 35,1 МВт. Из них 33,1 МВт пришлось на геотермальную часть, 2 МВт – на солнечную. Пять лет назад последнюю расширили до 26,4 МВт. «Получилась приятная история: объект может 24 часа в сутки вырабатывать электроэнергию: в дневное время функционирует солнечная станция, в ночное – геотермальная», – поясняет Коротченкова.

В концерне E.On пошли по другому пути, в 2013 году построив в федеральной земле Бранденбург в Германии установку по производству водорода путём электролиза, энергию для которого поставляет ветровая станция. В июле 2017 года к ней добавили два реактора, перерабатывающих получаемое сырьё в синтетический метан, по своим свойствам идентичный природному газу. «Немцы не были бы немцами, если бы не завершили полный цикл: тепло, которое выделяется при производстве водорода, а потом и метана, идёт на обогрев ближайшего деревоперерабатывающего комбината», – добавляет руководитель департамента научно-технической деятельности «ЕвроСибЭнерго».

Другая немецкая компания, Max BÖgl , совместила установленный под Штутгартом крупнейший в мире ветряк (диаметр ротора – 137 м, высота мачты – 178 м) мощностью 3,4 МВт с гидроаккумулирующей станцией. Для этого в основании башни был создан резервуар высотой 40 м – он и дал прибавку к общим габаритам установки. Четыре генератора такой конструкции соединены трубами с резервуаром, расположенным на 200 м ниже. Мало того что прибавка высоты позволила на 20% увеличить эффективность ветровых турбин, так ещё и связка с ГАЭС позволяет аккумулировать до 70 тыс. кВт-ч электроэнергии.

На парусах Кусто

Датская компания KK Wind Solutions, в свою очередь, предлагает встраивать в мачту ветряка накопитель энергии, чтобы сгладить неравномерность выработки электричества. С подобной идеей с 2013 года также выступает General Electric. А шведы из Modvion собираются выйти на рынок с башней ветрогенератора из клеёной древесины. Им на руку играют соображения логистики: диаметр нижних секций выпускаемых сегодня мачт превышает 4 м, что создаёт дополнительные сложности при транспортировке, тогда как со сборной конструкцией, которую уже прозвали «Икеей» для ветроэнергетики», таких проблем нет. Другая сильная сторона кроется в том, что она обойдётся на 30% дешевле стальной или железобетонной башни, а выбросы углекислого газа в атмосферу при её производстве будут почти на 1,5 тыс. тонн меньше. Такие цифры, по крайней мере, приводит Bloomberg, ссылаясь на данные компании. К весне 2019 года планируется закончить 30-метровый прототип, а к 2020 году – построить башню высотой 150 м.

Перспективными являются и новые конструкции самих генераторов, призванные заменить традиционные сверхлопастные ветряки. Несколько компаний по всему миру, в том числе один резидент «Сколково», работают над использованием в энергетике эффекта Магнуса. Самый наглядный его пример – траектория «кручёного» мяча в футболе, теннисе или баскетболе. Меняется она в силу того, что мяч создаёт вокруг себя вихревое движение воздуха. С одной его стороны направление вихря совпадает с направлением обтекающего потока, так что скорость движения среды увеличивается. С другой стороны мяча направление вихря противоположно направлению движения потока, поэтому скорость движения среды падает. Разница скоростей порождает поперечную силу, меняющую траекторию полёта. Тот же принцип, названный в честь немецкого физика XIX века Генриха Магнуса, используют турбопаруса на судне «Алсион», которое в восьмидесятых сконструировали Жак-Ив Кусто с Люсьеном Малаваром и Бертраном Шарье. Схожие по конструкции цилиндры предлагают устанавливать на двухлопастной ветряк. «Плюсы – отсутствуют инфразвуковые волны, работает при высоких и низких скоростях ветра, – отмечает Коротченкова. – Первичное движение цилиндров может инициировать движение больших лопастей. Интересный эффект, который до этого не был использован для ветрогенератора».

Методом фотосинтеза

Солнечная энергетика также не стоит на месте по части инноваций. «ЕвроСибЭнерго», в частности, работает над созданием панелей на основе перовскита. В 2009 году выяснилось, что этот минерал, который 170 годами ранее открыл геолог Густав Розе и назвал его в честь русского государственного деятеля Льва Перовского, эффективно перерабатывает энергию солнечных лучей в электричество. Коэффициент полезного действия батарей на его основе в лабораторных условиях уже достигает 22%. Перовскит обходится дешевле солнечного кремния, к тому же его производство менее токсично. А панели из него можно делать гибкими, что позволяет покрывать ими любую сложную поверхность.

Не менее интересными для инвесторов и энергетиков выглядят и так называемые ячейки Гретцеля, созданные ещё в начале девяностых в Швейцарии. Идею позаимствовали у самой природы: они работают по принципу фотосинтеза. В основу ячейки Гретцеля положен пористый слой наночастиц оксида титана, покрытых молекулярным красителем. Краситель поглощает солнечный свет. Оксид титана (анод) вместе с катализатором на основе платины (катодом) погружены в йодосодержащий раствор (электролит). Свет минует катод и электролит и «выбивает» электроны из оксида титана. Их движение к катоду и есть электрический ток.

Однако списывать со счетов существующие кремниевые технологии ещё рано. Их эффективность можно очень просто повысить, сделав обычную солнечную панель двусторонней. Возможно, именно такие батареи собираются установить в Саудовской Аравии компании Masdar и EDF Energies. Во всяком случае, в октябре, сообщает Bloomberg, они выиграли тендер на строительство 300 МВт генерирующих мощностей, предложив самую низкую себестоимость выработки электричества на них – 1,78 цента за кВт-ч.

Раз процент, два процент

«Остаётся вопрос: что делать с углём? – продолжает руководитель департамента научно-технической деятельности «ЕвроСибЭнерго». – Понятно, что от него никто не отказывается: есть Индия и Китай, где основная выработка приходится на уголь, есть мы, Россия, с довольно большими объёмами генерации на угле. И в целом не представляется возможным закрывать станции прямо сейчас». Остаётся только повышать их эффективность, что ведёт к снижению выбросов СО2. В Китае пошли по пути строительства энергоблоков, работающих при сверхкритических (давление более 24,5 Мпа, температура свыше 540 градусов Цельсия) и суперсверхкритических (более 28 Мпа и 600 градусов) параметрах пара. Их коэффициент полезного действия достигает 45%. Это меньше недавнего рекорда для ТЭЦ в 62,22%, установленного General Electric и EDF на парогазовой станции, но для угольной генерации это очень высокий параметр. «Каждый процент увеличения КПД сокращает удельные выбросы углекислого газа на два-три процента, – приводит Коротченкова в заключение простой расчёт. – Поверьте, в текущей экологической ситуации, когда идёт борьба за каждую тонну СО2, не попавшего в атмосферу, это очень серьёзная цифра».