Институт развития технологий ТЭК (ИРТТЭК)
СМИ об Институте

На дровах и всех парах

На дровах и всех парах
15.07.2021

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.

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".

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.

Журнал "Эксперт"

© 2018-2020 Все права защищены.