Бывшая в употреблении энергия

На прошедшей 8 декабря прошлого года конференции «Будущее возобновляемой энергетики в России» прозвучал новый для отрасли термин - «энергетические отходы». Его предложил председатель совета директоров АО «РОТЕК» Михаил Лифшиц.

Как объяснил докладчик, энергетические отходы (видимо, в узком значении термина. - Прим. ред.) - это энергия, вырабатываемая приводными электрическими машинами в процессе торможения или на холостом ходу. Обычно она превращается в тепло в тормозных резисторах и системе охлаждения электромашины, после чего рассеивается в атмосфере.

Действительно, обратимость электрических машин, то есть способность электродвигателя превращаться в генератор в момент снятия напряжения, на практике используется нечасто. В результате механическая энергия движения превращается в энергетические отходы. Возможно, читатель скажет, что принцип рекуперации энергии известен давно, так что нужды придумывать новые термины здесь нет. Позволим себе поспорить.

Минус на плюс

Если установка создаёт энергетические отходы, значит, с математической точки зрения в какие-то моменты она характеризуется «отрицательной» мощностью или энергией. И хотя подобные рассуждения на первый взгляд могут казаться совершенно пустыми ментальными экзерсисами, они нужны для правильной подготовки энергетических проектов.

Энергетические отходы электрички на снимке с тепловой камеры

Например, на «отрицательной» стоимости энергоносителей строится механизм энергосервисных контрактов. Для расчёта доходности проекта используются показатели, полученные по опыту предыдущих периодов. Чтобы оправдать средства, вложенные в проект, его исполнитель просит регуляторов на срок окупаемости зафиксировать тариф или бюджет на прежнем уровне, который раньше был необходим для поддержания работы старой энергорасточительной системы. После её модернизации образуется разница между доходами и сократившимися расходами, и она-то позволит исполнителю в приемлемый срок вернуть инвестиции и немного заработать. Получается, что «отрицательная» энергия приносит прибыль.

Приоритеты

Михаил Лифшиц не только произнёс термин «энергетические отходы», но и предложил отнести их сбор к возобновляемой энергетике. На наш взгляд, в этом тоже есть глубокий смысл. Энергетическим отходам необходим статус ВИЭ для того, чтобы мы могли правильно расставить приоритеты. О чём речь? Идея стимулировать строительство «зелёной» генерации, когда огромное количество энергии теряется, подобна попытке налить воды в дырявое ведро. Логичнее и дешевле в первую очередь организовать сбор энергетических отходов - залатать в ведре дыры.

В холдинг «РОТЕК» входит компания «ТЭЭМП», производящая суперконденсаторы. Эти электронные элементы выпускаются давно, но лишь в последнее десятилетие их характеристики достигли уровня, необходимого для эффективного применения в промышленности и на транспорте. Если в системах рекуперации использовать аккумуляторы, при торможении вагона удаётся возвращать не более 3% энергии, затрачиваемой на его разгон. А суперконденсаторы, способные заряжаться с очень большой скоростью, позволяют рекуперировать свыше 30% энергии.

«ТЭЭМП» проводит эксперименты с применением суперконденсаторов в одном из трамвайных парков Санкт-Петербурга, а в Москве аналогичные опыты ставит компания Titan Power Solutions.

Возвращаясь к классификации ВИЭ, давайте посмотрим на зарубежный опыт. В Соединённых Штатах принято подразделять возобновляемые источники энергии на несколько уровней. К первому повсеместно относят солнце, ветер, волны, приливные течения. Второй разнится в зависимости от места. В частности, в Пенсильвании к источникам возобновляемой энергии второго уровня относят горючие отходы целлюлозно-бумажной промышленности и производства продуктов питания, отвалы угледобычи (не до конца очищенные от вкраплений угля горные породы), твёрдые бытовые отходы, гидроаккумулирующие электростанции и даже системы ценозависимого снижения потребления.

Эти с виду совершенно искусственные построения позволяют американским энергетическим компаниям получить господдержку для того, чтобы организовать, скажем, переработку на ТЭС старых угольных отвалов с рекультивацией земель на больших территориях. Без удаления остатков угля здесь нельзя - он создаёт кислотные стоки, которые губят растительность.

Выстроив классификацию возобновляемых источников энергии, регуляторы смогут правильно расставить приоритеты и организовать комплексную работу в экологической и климатической сферах.

Переделы

По отношению к водороду Михаил Лифшиц предложил сосредоточиться на стирании границ между «зелёным» и «голубым» энергоносителем. «Экономика производства создаётся не цветом, а количеством переделов, - объяснил он. - Мы можем получать "голубой" водород методом паровой конверсии метана на месте потребления, используя уже имеющуюся газораспределительную инфраструктуру, а для производства "зелёного" водорода электролизом потребуются огромные мощности возобновляемой генерации. Его потом ещё нужно будет химически связывать для передачи по газопроводам, а на выходе - отделять». Лифшиц пояснил, что логистика водорода в больших объёмах пока не налажена. Здесь возникает много проблем. При высоком давлении этот газ просачивается сквозь металлические стенки трубопроводов, а водородные баллоны из композитных материалов, «как инопланетяне, существуют, но их мало кто видел».

Сокращение числа технологических переделов и преобразований энергии из одного вида в другой - гораздо более благодарная задача, чем стремление получать и использовать только «зелёные» энергоносители. Например, твердооксидные топливные элементы, работающие при высоких температурах, позволяют совместить преобразование метана в водород с выработкой электроэнергии. Электрический КПД топливных элементов превышает 60%. Дополнительный эффект можно получить утилизацией выделяющегося тепла. Если же вы станете получать водород на одной установке, а затем транспортировать и использовать на другой, то у вас будут недопустимо большие потери энергии.

Электроснабжение центров обработки данных, значение которых в нашей жизни постоянно растёт, организуется крайне неэффективно. При передаче электроэнергии по линиям от электростанции, где она вырабатывается, а затем при многочисленных преобразованиях в электрических сетях, в источниках бесперебойного питания и в блоках питания компьютеров теряется до 75% исходной энергии. Если же при ЦОДе будет размещена генерирующая установка на основе твердооксидных топливных элементов, которая будет сразу выдавать постоянный ток, необходимый для питания компьютерных плат, потери энергии не превысят 30-40%. Как видите, поле для совершенствования огромно.