На дровах и всех парах
«Всеядной» мини-электростанции для работы нужно любое твердое топливо, но больше всего — деньги для запуска серийного производства
Дрова, уголь, солому и прочие отходы можно и нужно пустить на работу всетопливных домашних автономных электростанций, считает подмосковный предприниматель Александр Кропачев, продвигающий свой проект «Кропат», который и переход на возобновляемые источники энергии (ВИЭ) всей стране поможет облегчить, и дешевую энергию частникам предоставит.
«Наши технологии для ВИЭ-энергетики могут обеспечить паритет по стоимости с “традиционными” углем и газом, уровень постоянности электрогенерации, сравнимый с ТЭС и ТЭЦ, решение проблемы импортозамещения энергооборудования, поддержку отраслей, связанных с биотопливом, — сельхозпроизводства, деревообработки, лесного хозяйства и других», — уверен предприниматель.
Этот момент вызывает вопросы: с одной стороны, работа станций Кропачева предусматривает сжигание топлива, что вряд ли согласуется с принципами «зеленой» энергетики. С другой — древесина, как ни крути, источник энергии возобновляемый.
«Этот проект можно отнести к числу экологичных при условии использования пеллет (древесных гранул), дров, отходов сельхозпроизводства и тому подобного, — поясняет член экспертного совета Института развития технологий ТЭК (ИРТТЭК) Дмитрий Коптев. — Все эти виды топлива по общепризнанной классификации относятся к твердому биотопливу, поскольку при его “производстве” было поглощено столько же углерода, сколько выделяется при сгорании. А если учесть, что сгорание никогда не бывает полным, то в виде углекислого газа в атмосферу попадет даже меньше углерода, чем дерево или сельхозкультура поглотили в процессе роста. Остальное осядет на землю в виде сажи». Таким образом, растительное топливо является углероднонейтральным и может рассматриваться как «зеленое» с точки зрения выброса парниковых газов, считает Дмитрий Коптев.
С легким паром
В рамках проекта уже создан действующий прототип станции — ВТЭС-1. Идет подготовка к серийному производству. Сейчас ВТЭС работает на пеллетах, но в перспективе можно использовать практически любое топливо с температурой горения выше 200 градусов Цельсия — нужно лишь заменить податчик топлива и горелку.
Схема работы ВТЭС-1
Как поясняет Александр Кропачев, упрощенно схема работы станции выглядит так: из водяного бака в паровой котел насосом подается вода. При сгорании топлива в горелочном устройстве вода в паровом котле нагревается и доводится до рабочего тела в виде водяного пара. Он подается в паровой двигатель, который под его воздействием совершает полезную работу, вращая электрогенератор. Генератор вырабатывает ток, который направляется потребителю. Отработавший пар поступает в конденсационные теплообменники, где конденсируется в воду, отдавая тепло охлаждающей жидкости. Она же далее передает свою тепловую энергию потребителю для отопления и горячего водоснабжения. Конденсатная вода снова поступает в котел, замыкая рабочий цикл ВТЭС.
Таким образом, станция может обеспечить частный дом сразу и автономным отоплением, и электричеством; она относится к классу когенерационных установок (КГУ). Проще говоря, это привычная ТЭЦ, только в миниатюрном, «домашнем» исполнении.
По словам Кропачева, в основе его ВТЭС лежит ряд ноу-хау. На них уже получены три российских патента на изобретения, ведется работа над получением еще двух аналогичных свидетельств.
«Поясняю: под аббревиатурой ДВС понимают двигатель внутреннего сгорания, то есть бензиновый, дизельный или газопоршневой. Такие, где сгорание топлива происходит внутри (в камере сгорания — цилиндре), — говорит Александр Кропачев. — А двигатель внешнего сгорания — это двигатель, где процесс сгорания происходит снаружи. К ним относятся паровой двигатель и паровая турбина (сгорание в паровом котле, не в двигателе), двигатель Стирлинга». Главное преимущество внешнего сгорания перед внутренним — использование любого источника тепла, способного дать высокую температуру, считает изобретатель.
Кропачев утверждает, что ему удалось сделать свою установку работающей автоматически, в замкнутом режиме и не требующей постоянного долива воды или масла; за счет аккумуляторов излишки электроэнергии можно сначала накапливать, а при росте потребности добирать из них энергию. При этом по размерам его станция сравнима с обычным бытовым двухдверным холодильником.
Подобные домашние микрокогенерационные установки сегодня серийно выпускаются несколькими мировыми производителями, но работают они либо на магистральном природном газе, либо на дизельном топливе. Так что ВТЭС-1 уникальна, утверждает разработчик.
На испытаниях прототип достиг электрической мощности в полтора киловатта. Вроде бы немного, но, как поясняет Александр Кропачев, положенные в основу КГУ технологии позволяют масштабировать конструкцию вплоть до энергоустановок мегаваттного класса.
Энтузиазм нынче дорог, и на производство прототипа Кропачев потратил несколько миллионов рублей собственных средств. Но при серийном производстве расклад по ценам будет совершенно другим. «Да, станция будет стоить дороже, чем обычный дизель-генератор, — ориентировочно более двухсот тысяч рублей, — поясняет он. — Но на самом деле это не так уж и много, учитывая, что на европейском рынке несколько компаний предлагают газовые когенерационные установки с двигателем внешнего сгорания Стирлинга американской Microgen. Эти установки выдают от одного киловатта электрической и около 26 киловатт тепловой мощности, в Европе они стоят от 14 тысяч до 20 тысяч евро, а то и больше. В России их цена будет еще выше, учитывая расходы на транспортировку, оформление таможенных документов и так далее».
Система генерации и аккумулирования электроэнергии ВТЭС-1
Как протолкнуть идею в массы
При всех преимуществах и заявленных показателях наладить полноценный контакт с инвесторами и производителями пока получается с большим трудом. «Сейчас дорабатываем прототип, чтобы он в итоге выглядел и работал как готовый серийный образец, — пояснил в беседе с “Экспертом” Александр Кропачев. — Дело идет не так быстро, как хотелось бы, так как наши ресурсы довольно ограничены». По его словам, запросы от инвесторов и предприятий были, но продолжения пока не получили. «Думаю, дело в том, что для запуска серийного производства даже домашней ВТЭС-1 потребуются серьезные затраты, — полагает разработчик. — Это же новый продукт. К которому плюсом идет налаживание производства, скажем генератора, пары новых насосов, ряда теплообменников и системы управления всем этим в комплексе». Даже если есть готовое машиностроительное предприятие со всем оборудованием, придется потратиться на оснастку — различные литьевые формы, пресс-формы, штампы, кондукторы и т. д. Кроме того, нужна работа целой команды специалистов в течение продолжительного времени над внедрением всех этих новаций в производство. «В общем, это не новое приложение для мобильника написать, на одном энтузиазме производство не наладить», — сетует Кропачев.
Тем не менее он активно продвигает свою идею, участвуя в выставках и посылая свой проект на различные конкурсы. Негативной реакции нет, но есть скепсис относительно того, что проект окажется реализуемым. Опровергнуть это мнение может начало серийного производства, но о проблемах с ним уже сказано. Получается замкнутый круг, разорвать который Кропачев пытается активным присутствием на всевозможных тематических площадках в социальных сетях, дотошно объясняя преимущества своего детища всем желающим.
Подкинуть дров
Единой точки зрения относительно того, насколько реалистичен и эффективен предлагаемый проект, у аналитиков нет. Главный инженер ИТ-компании КРОК Петр Вашкевич считает, что предлагаемая разработка, по сути, действительно является аналогом ТЭЦ, только в миниатюре, но со значительно меньшей эффективностью цикла. «Один из принципиальных вопросов: куда в теплый период девать избыточное тепло? — указывает Вашкевич. — Летом эффективность такого решения, на мой взгляд, будет очень низкой».
Впрочем, Кропачев такие претензии парирует с легкостью. «Да, сезонность работы ВТЭС аналогична работе городских ТЭЦ. Зимой ТЭЦ, помимо вырабатываемого электричества, выделяемое тепло направляет на отопление города, а летом — рассеивает его через градирни в атмосферу, — напоминает он. — Но никто не поднимает об этом вопрос, потому что по-другому тепло от ТЭЦ не использовать. И при работе дизельных стационарных электростанций тепло рассеивается и зимой, и летом». Но у Кропачева есть идеи, как можно использовать тепло от ВТЭС летом. «Первое — горячее водоснабжение дома, его надо поддерживать, второе — направлять тепло в различные помещения для сушки, например дров (если ВТЭС на дровах), сельхозпродукции и так далее. Третье — при использовании тригенерации можно охлаждать дом, используя тепло от ВТЭС», — перечисляет он. Для этого лишь потребуется добавить небольшой модуль АБХМ (абсорбционная бромистолитиевая холодильная машина). Сейчас такие установки для переработки избыточного тепла имеют довольно-таки большую мощность и используются на промышленных предприятиях, но, как считает изобретатель, нет никаких технических препятствий для того, чтобы сделать их и небольшой мощности. «Наконец, в-четвертых: в районах с недостатком пресной воды можно добавить модуль опреснения, — уточняет он. — Такой модуль может работать на избыточном тепле, это обычно реализуется на дизельных двигателях судов».
Партнер компании SBS Consulting Илья Зашляпин вообще считает, что уникальности в предлагаемой идее нет: «Это просто паровой котел с генератором, работающим на низкопотенциальном паре». По его мнению, вся экономика проекта рассчитывается исключительно через топливную составляющую с важной предпосылкой — максимальным КПД за счет использования тепловой энергии. А это нереально обеспечить, поскольку температурный режим на улице меняется и невозможно синхронизировать оптимальный объем тепловой и электрической энергии, выдаваемой ВТЭС. «Соответственно, расчет по топливной составляющей построен на нереальных предпосылках эксплуатации оборудования, — резюмирует Зашляпин. — Если бы это была классическая (городская) ТЭЦ, то синхронизация режимов работы по тепловой и электрической энергии автоматически достигалась бы выдачей избыточной электроэнергии в сеть».
Впрочем, у Кропачева и на это возражение есть ответ. По его мнению, вопрос синхронизации скорее не экономический, а технический, причем вполне решаемый. «Конечно, потребности в электричестве и тепле не совпадают, как правило, — соглашается он. — Но для этого есть различные буферные системы (электрические и тепловые аккумуляторы), балластные системы и плавная регулировка мощности “по требованию”».
Кроме того, как уточняет автор проекта «Кропат», экономика ВТЭС не предполагает когенерацию обязательным условием. «Да, определяющим для экономики установки является тип топлива — недорогое и твердое, — поясняет он. — Мы рассчитали, что ВТЭС опережает по топливным затратам все прочие автономные топливные электростанции даже без учета когенерации, причем в несколько раз». Например, стоимость одного киловатт-часа от ВТЭС на дровах составляет 3,96 рубля, а от бензиновой станции — 25 рублей. «Отдельным расчетом мы показали, что при учете когенерации ВТЭС может опередить даже сетевое электричество — 2,31 рубля против 5,66 рубля за киловатт-час», — заявляет Александр Кропачев.
По окупаемости станции имеются только предварительные теоретические расчеты, потому что нет розничных продаж и опыта реальной эксплуатации в течение нескольких лет, сетует Кропачев. «Тем не менее: стоимость ВТЭС-1 — 200 тысяч рублей, возьмем для примера срок эксплуатации у одного пользователя пять лет. Остаточная стоимость — 50 процентов, получаем амортизацию в сто тысяч рублей, — перечисляет он. — Добавляем 50 тысяч рублей на обслуживание в течение пяти лет. Всего выходит 150 тысяч рублей. Выработка за этот срок составит 44,5 тысячи киловатт-часов. Получаем “амортизационную” надбавку на киловатт-час — 3,37 рубля. То есть один киловатт-час “на дровах” вместо 3,96 рубля будет стоить 7,33 рубля». Что все равно в несколько раз дешевле киловатт часа от «жидкотопливных» станций. «А если учитывать когенерацию, то цена “дровяного” киловатт-часа “с амортизацией” составит 4,02 рубля — опять дешевле цены “от сети” (5,66 рубля), — утверждает разработчик. — Наверное, точные цифры в итоге будут отличаться от расчетных, но запас преимущества “в разы” показывает, что жизнеспособность экономики проекта вполне оправданна».
Эксперт по инфраструктурным системам РАНХиГС Ринат Резванов считает, что подобные проекты в сфере малой энергетики актуальны и перспективны, прежде всего для муниципальных энергосистем. «Если, к примеру, взять биогаз в качестве исходного сырья, то производство на локальном уровне технологически относительно несложных станций на биомассе вполне реализуемо, что является несомненным плюсом как с точки зрения проектной осуществимости, так и экономики проектов, — отмечает он. — Потенциальным источником биогаза могут выступать продукты микробиологического разложения отдельных фракций отходов, утилизированных на мусорных полигонах, и не только». Впрочем, развитие технологий с использованием биогаза в значительной степени зависит от мер стимулирования не только на федеральном уровне, но и на уровне регионов и отдельных муниципалитетов, поскольку, как правило, проекты малой энергетики оказываются в большей степени завязаны именно на локальные территории, считает Ринат Резванов. Но это уже вопрос, который придется решать на другом уровне и в других сферах.
В свою очередь, Дмитрий Коптев также считает, что предложенная технологическая схема вполне рабочая. Но если поставить себя на место потенциального покупателя, возникает ряд вопросов. «Во-первых, устройство довольно шумное, поэтому размещать его в доме, как указано в описании, я бы все же не стал, — указывает Коптев. — Да и летом как-то не очень хочется иметь под боком паровой котел с горящей топкой. Значит, все равно потребуется дополнительное помещение под котельную». Но главная претензия к проекту в другом. «Если рассматривать ВТЭС в качестве единственного источника теплоэлектроснабжения, возникает проблема автономности, — говорит Дмитрий Коптев из ИРТТЭК. — Дрова или пеллеты кто-то же должен регулярно загружать в топку?» Например, в случае с газом или дизелем такой проблемы нет, но тогда исчезает преимущество экологичности. Так что над решением этой проблемы придется еще поработать.
Фотографии предоставлены компанией «Кропат»
Хочешь стать одним из более 100 000 пользователей, кто регулярно использует kiozk для получения новых знаний?
Не упусти главного с нашим telegram-каналом: https://kiozk.ru/s/voyrl