Из ветра, солнца и канализации

Уникальную для России комбинированную установку по производству электроэнергии и тепла с помощью энергии ветра, солнца и канализационных стоков разрабатывают специалисты Дальневосточного федерального университета (ДВФУ). Ветровая и солнечная части уже проходят испытания. В этом году планируется начать изготовление реактора для биоэнергетической составляющей, сообщает пресс-служба вуза.

Как рассказали в ДВФУ, специалисты, приступая к работе, руководствовались несколькими причинами. Среди них рост цены на электро- и теплоэнергию, все более сильное загрязнение окружающей среды в результате деятельности человека, растущий дефицит ископаемых видов топлива, а также снижение урожайности за счет нарушения баланса обмена полезных веществ сельскохозяйственных земель.

Комбинированные источники энергии для населенных пунктов могут составить реальную конкуренцию традиционным там, где нет централизованного энергообеспечения, например в северных и прибрежных районах Приморья и Хабаровского края, Магаданской области, на Сахалине, Курилах, Камчатке.

В состав энергетического модуля ДВФУ входят ветроустановка, солнечная установка и биоустановка. Блоки могут работать индивидуально или в различных сочетаниях.

Ветровая часть установки проходит испытания во Владивостоке. Создавать ее начинали под руководством доктора технических наук, профессора кафедры судовой энергетики и автоматики Евгения Кончакова. Изготавливалась установка сотрудниками Инженерной школы ДВФУ под руководством заведующего лабораторией использования вторичных ресурсов Андрея Таскина. В 2016 году к работе подключился студенческий коллектив кафедры электроэнергетики и электротехники ДВФУ во главе с ассистентом кафедры Фирдавсом Рахимовым.

«Установка выполнена с вертикальной осью. Рабочее колесо с подвижными вертикальными лопастями (ротор), охвачено внешним контуром из неподвижных лопастей (статор), которые принимают набегающий поток воздуха и направляют его на ротор под заданным углом, — рассказывает Фирдавс Рахимов. — Наличие статора повышает производительность турбины, стабилизирует порывы ветра».

По словам разработчиков, благодаря бесшумности устройство можно устанавливать на крышах жилых домов и офисных помещений. Ветрогенератор устойчив к ураганным ветрам, может работать при любом направлении и силе ветра, в том числе при слабом ветре. «При разработке установки были поставлены задачи сделать ее безопасной, бесшумной и надежной. Все эти задачи были успешно решены. Установка не выключалась из работы даже во время тайфунов, когда традиционные ветряки затормаживают. Данная модель выдержала все штормовые ветры, имевшие место за период работы», — отметил Андрей Таскин.

Солнечная часть скомпонована из двух типов фотоэлектрических модулей, которые проходят сравнительное тестирование.

Наиболее интересна с научной и прикладной точек зрения биоэнергетическая часть, сейчас она находится в стадии разработки. «Биологическая часть установки — многоступенчатая, — рассказал “Стимулу” Андрей Таскин. — На первой ступени происходит анаэробная переработка стоков, на этой стадии решаются задачи переработки основного объема стоков с получением биогаза и промежуточного субстрата. На второй ступени промежуточный субстрат доводится до экологически безопасного продукта. Вероятнее всего, там будет применена комбинация методов. Сейчас нет полной ясности, какие это будут методы. В установке также планируются блоки оборотного водоснабжения, очистки метана от загрязняющих примесей и другие по необходимости. В состав установки обязательно входит блок предварительной подготовки стоков, ведь в стоки попадает достаточно много посторонних предметов — полиэтиленовые пакеты, алюминиевые банки из-под напитков, пластиковые бутылки, тряпки и тому подобное».

По словам Андрея Таскина, емкость экспериментального биореактора составит 1,5–2 кубометра. Планируется, что он будет испытываться на реальном объекте.

В техническое устройство, на которое подается электроэнергия от разных частей установки, входят аккумулирующие элементы, которые обеспечивают снабжение потребителей при отсутствии ветра и солнца. Биоэнергетическая часть установки включается в работу в моменты исчезновения природных источников, то есть накапливаемый биогаз является одновременно дополнительным управляемым источником и аккумулятором энергии, обеспечивающим бесперебойность работы установки.

Полученный биогаз может либо конвертироваться в электроэнергию, например на газотурбинных установках, в том числе на малых, либо сжигаться в котле и преобразовываться в тепло. Один из важных результатов работы биомодуля — решение экологической проблемы: становится возможной экономически эффективная переработка канализационных стоков. Теоретически очистные сооружения муниципальных образований могут быть заменены такими установками и если не полностью, то частично компенсировать затраты на содержание очистных сооружений за счет выработки и продажи электроэнергии, тепла и удобрений. Кроме того, в муниципальных образованиях могут быть значительно сокращены, а в некоторых случаях полностью ликвидированы инженерные канализационные сети.

Такие комбинированные установки могут использоваться для энерго- и теплоснабжения группы жилых и административных зданий. Ветросолнечную часть можно смонтировать на крыше для выработки электроэнергии для освещения подъездов и придомовых территорий. Биоустановка монтируется рядом с домом или группой домов для переработки канализационных стоков и пищевых отходов в биогаз и позволяет отапливать помещения. Установка может быть полезна для любого неэнергоемкого производства, фермы, отдаленных поселений, удаленных баз отдыха в труднодоступных местах, где нет централизованного энергоснабжения и канализации.

Андрей Таскин рассказал, что сейчас все работы ведутся на энтузиазме разработчиков, финансирование по этой тематике отсутствует. По словам ученого, в открытых источниках информации о полных аналогах такой установки найти не удалось, однако известно, что подобные работы ведутся в Германии, Великобритании, США.

На Дальнем Востоке уже есть пример работы альтернативных источников энергии, правда, пока речь идет о ветроэнергетике. На Камчатке реализуется проект по энергоснабжению изолированных территорий региона с помощью возобновляемых источников энергии. В 2013 году был запущен ветродизельный комплекс из двух ветроэнергетических установок в Никольском — единственном селе острова Беринга, сообщили ТАСС в пресс-службе правительства Камчатки.

В начале 2016 года ветроэлектрическую станцию запустили в поселке Усть-Камчатск. «В настоящее время ветропарк в Усть-Камчатске состоит из четырех ветроэнергетических установок (ВЭУ) и обеспечивает электроэнергией население и промышленные объекты муниципального образования. Помимо замещения дизельного топлива на дизельных электрических станциях излишки вырабатываемой ВЭУ электроэнергии используются для подогрева сетевой воды на котельных», — уточнили в пресс-службе правительства Камчатского края.