Учёные ищут альтернативу дизельным генераторам

Огромные пространства российской Арктики — от Чукотки до Таймыра — остаются вне зоны действия Единой энергосистемы России. Площадь таких территорий превышает 2,8 млн кв. км. Их энергообеспечение сопряжено с колоссальными затратами: ежегодно на «северный завоз» топлива и ремонт оборудования уходит 30–40 млрд рублей.



В отдалённых посёлках Чукотки, Камчатки, Таймыра, Магаданской области и Сахалина, а также на вахтовых объектах стоимость электроэнергии достигает 40–100 рублей за киловатт‑час — в 5–10 раз выше, чем в центральной части страны.

Суровый климат, вечная мерзлота и сложный рельеф делают строительство и обслуживание линий электропередачи экономически нецелесообразным. В результате местные жители и предприятия полностью зависят от привозного топлива.

Доставка ресурсов превращается в сложную логистическую операцию. Задействованы самолёты, корабли и вездеходы, которые перевозят тысячи тонн дизельного топлива в труднодоступные районы. При этом сами дизельные электростанции, долгие годы считавшиеся единственным надёжным решением, наносят серьёзный ущерб экологии. Выбросы сажи загрязняют воздух, а, оседая на снеге и льдах Арктики, ускоряют их таяние, нарушая хрупкий баланс северных экосистем.

Учёные ищут выход в технологиях на основе твердооксидных топливных элементов. В отличие от традиционных генераторов, эти установки не сжигают топливо, а преобразуют его в электричество посредством химической реакции. Благодаря такому принципу работы оборудование демонстрирует низкий уровень шума и минимальное загрязнение воздуха. Кроме того, установки отличаются высокой надёжностью и автономностью.

Ключевое преимущество технологии — её экологичность. В процессе работы оборудование практически не выделяет сажу и угарный газ, которые неизбежно возникают при эксплуатации дизельных генераторов. Если использовать биогаз, углеродный след может быть существенно снижен.

Такие энергоустановки особенно актуальны для объектов, где недопустимы перебои в электроснабжении. Речь идёт о больницах, центрах обработки данных, телекоммуникационных вышках и предприятиях нефтегазовой отрасли.

Несмотря на очевидные плюсы, широкое применение технологий сдерживается рядом существенных факторов. Прежде всего, речь идёт о высокой стоимости оборудования. Особенно дорого обходится батарея топливных элементов — основной модуль, где происходит выработка электричества.

Ещё одна проблема — быстрый износ ключевых компонентов. Батарею приходится менять каждые один‑два года, а катализатор — ежегодно. Эти обстоятельства значительно нивелируют экономию, которую даёт высокая эффективность установок.

Специалисты Пермского Политеха провели комплексное исследование жизненного цикла энергоустановок на твердооксидных элементах — от производства материалов до утилизации после 15 лет эксплуатации. Результаты работы опубликованы в журнале «Экология и промышленность России».

В рамках исследования учёные детально проанализировали состав установки, включая сталь, керамику и медь. Это позволило оценить углеродный след, который оставляет производство каждой детали. Кроме того, исследователи смоделировали работу оборудования в различных режимах, учитывая плановое обслуживание и замену деталей.

Общий углеродный след установки составил 3628,2 кг СО₂‑экв. При этом наибольшая доля — 1324,6 кг СО₂‑экв. — приходится на производство высокотемпературного блока. В его состав входят батарея топливных элементов и топливный процессор.

Читайте также: