Эта новость была озвучена на прошедшем в Челябинске межрегиональном форуме «Энергетика. Энергоэффективность-2016». Большой интерес вызвал и проект строительства на Южном Урале энергокластеров-ветропарков. Но готовы ли в регионе к появлению возобновляемых источников электроэнергии? И какие при этом могут возникнуть подводные камни? Об этом — профессор Южно-Уральского аграрного университета, доктор технических наук Сакен Шерьязов.

Есть ли смысл строить в Челябинской области солнечные электростанции?

На мой взгляд, для этого есть все основания. Уже создана законодательная база, механизм развития малой альтернативной энергетики.

Наш регион энергодефицитный, собственной электроэнергии не хватает, а солнечная и ветровая энергетика частично поможет решить эту проблему. Мы просчитали количество солнечного излучения в области — его вполне достаточно: в летний день 20–30 мегаджоулей на кв. метр, а зимой — в 4–5 раз меньше. В Троицке солнечных дней в году почти столько же, как в Сочи! Неслучайно в Челябинской области планируется строительство солнечных электростанций. Суммарная мощность может составить 60 МВт на общую сумму инвестиций более 6,3 млрд рублей. Возможно участие дочерней структуры группы компаний «Ренова», принадлежащей Виктору Вексельбергу, в строительстве солнечных электростанций в Троицком, Варненском и Октябрьском районах. К мегапроекту проявляют интерес госкорпорации «Сколково» и «Роснано».

Но пока солнечные электростанции (СЭС) для России большая редкость.

Дело в том, что солнечная энергия — самая дорогая, для ее производства нужны огромные вложения, причем она зависит от погодных условий. Но с появлением в России оптового энергорынка это становится экономически выгодно. Ведь такая энергия фактически «бесплатная», сырья не требует и экологически чистая. Об этом шла речь на всероссийском энергофоруме в Башкортостане, где я побывал в октябре 2016 года. Также мы участвовали в открытии самой крупной в России Бугульчанской солнечной электростанции. Три года назад СЭС ввели на Алтае, а прошлым летом — в Оренбургской области.

Прообраз СЭС — солнечные батареи на крышах, в общем-то, дело не новое…

В свое время в Брединском районе установили солнечный коллектор, обогревавший воду для летней доильной площадки агрофирмы. Тогда его «нагревательный» КПД был всего 40 %. Но за эти годы наука ушла вперед, и мы в одном из домов поставили экспериментальный солнечный коллектор с КПД уже 80 %! Его секрет — в вакуумной технологии, что сводит энергопотери к минимуму. Мы адаптировали немецкую разработку к местным условиям. А сейчас, например, челябинские ученые, используя нанотехнологии, разрабатывают солнечные батареи повышенной прочности с высокой энергоотдачей.

И свет, и тепло

Но автономное теплоснабжение «от Солнца» не решает проблемы самообеспечения электроэнергией…

Нами разработано солнечная мини-СЭС двойного назначения. Например, солнечные батареи, способные, нагревая котел, вырабатывать и тепло, и электроэнергию. Много интереснейших разработок и у академика Дмитрия Стребкова из Всероссийского института электрификации, например, матричные солнечные батареи с высоким выходным напряжением. В компании «Ренова» применяют солнечные батареи собственного производства на базе технологии тонких пленок, разработанных в Швейцарии с использованием микроаморфного кремния. Стоимость их меньше, чем поликристаллических, но низок КПД преобразования солнечной энергии в электрическую — всего 9 %. Для сравнения: есть российские солнечные батареи, КПД которых вдвое больше — до 18 %. Причем «энергию Солнца» можно накапливать в аккумуляторах, которые ее будут выдавать ночью.

А в чем вклад вашей научной команды?

Мы придумали, как «состыковать» солнечные батареи и теплоколлектор, выработали их схемы подключения для придания автономности системы теплоснабжения. Кроме того, с аспирантом Денисом Поливодой и ассистентом кафедры Арсеном Доскеновым разработали «парную технологию» солнечного энергогенератора и теплонасосной установки «по принципу холодильника». Известно, что газ фреон в ходе энергообмена закипает при низкой температуре и нагревает теплоноситель, это эффект «обратного цикла» Карно. Почему бы его не использовать? К примеру, расположенные на крыше солнечные коллекторы вырабатывают низкотемпературное тепло, а вода, проходя через тепловой насос, догревается и подается в систему отопления. Это двойная польза и снижение затрат. Идея уже нашла применение в фирме, где Арсен Доскенов работает конструктором: там пробурили скважину, поставили теплонасос и обогревают помещение.

Спектр на ладони

Какой спектр излучения подходит для солнечных батарей? И как его определить?

Инфракрасный свет приводит к их нагреву, снижается КПД. Для определения длины световой волны мы с аспирантом Алексеем Чигаком изобрели прибор, на который оформлен патент. Измерив спектр излучения светила, выяснили, что солнечные батареи лучше работают на грани инфракрасного и видимого света. Опыты показали, что есть материалы, способные преобразовывать солнечный свет в нужный диапазон. Для продолжения исследований готовим заявку на конкурс на соискание гранта Российского научного фонда.

А как защитить «энергию Солнца» от сюрпризов уральской погоды?

Мы разработали технологию оттаивания снега на крыше, где установлены солнечные батареи: через них пропускается ток, они нагреваются и оттаивают. Такое устройство он уже поставил на крыше своего дома, и уже не нужно с риском для жизни очищать снег.

Мы нашли и решение проблемы концентрации гелиоэнергии — металлическое зеркало, отражающее солнечный свет на солнечную батарею. Но есть и минус: она греется, КПД падает. Мы придумали систему охлаждения: на заднюю стенку солнечной батареи поступает теплоноситель-вода, нагревается и отапливает дом. А это и дармовое тепло, и горячая вода!

Деревенский ветропарк

Кроме Солнца, есть и другой возобновляемый источник природной энергии — ветер…

Ветряные генераторы широко используются на Западе. В Голландии и Германии энерговетряки давно стали частью местного пейзажа. В России их уже можно встретить в Калининградской, Ростовской областях. А компания «Фортум» строит ветропарк в Ульяновской области, который планирует ввести в сентябре 2017 года. Его мощность будет 35 МВт, стоимость проекта — 65 млн евро. А другая компания, «Т Плюс», которая входит в холдинг «Ренова групп», при инновационной поддержке «Роснано» планирует там же построить ветропарк с мощностью в 10 раз больше — 300 МВт.

Почему бы инвесторам не построить ветропарк в Челябинской области?

Мы выступили с таким предложением. Изучив ситуацию с ветрами, мы выдали рекомендации по реализации мегапроекта. В большинстве территорий области ветра слабые, и имеет смысл создать целую сеть из «круговых» ветропарков, в центре которых поставить подстанции. Такие ветропарки будут объединены в ветроэнергетическую станцию на базе ВЭУ малой мощности, в среднем по 50 кВт. А они, в свою очередь, соединены между собой с выходом на магистральную ЛЭП. Это намного дешевле, чем одиночные ветряки.

При этом можно использовать опыт автономного энергоснабжения АПК. К примеру, троицкий фермер Сергей Бурылов поставил в своем хозяйстве две ветроэнергетические установки. В свое время американский «ветряк» установили в поселке Мирном племзавода «Россия» для электроснабжения коровника. Мы участвуем в разработке проекта ВЭУ для охотхозяйства Верхнеуральского района.

Мини-ТЭЦ согреют село

Но ведь отапливать дома электричеством — дорогое удовольствие, газ куда дешевле…

Это так, но прокладка газопроводов к малым деревням, проведение за счет бюджета поселковых сетей обойдется в разы дороже, не говоря о неподъемных расходах селян по «заводу» трубы в дом. Сегодня средний уровень газификации в области — около 70 %, но лишь чуть более половины приходится на природный газ, а остальное — привозной. Мы разработали проект, как дешевая энергия может стать решением проблемы. Идея в том, чтобы совместить малую генерацию с газификацией. В крупных селах, куда подведен газ, предлагаем построить газопоршневые мини-ТЭЦ, которые будут подавать тепло в школы и больницы, а электроэнергию — в малые села. Она будет отапливать дома, а поскольку тариф для села ниже, это немалая экономия.

На наш взгляд, собственником такой мини-ТЭЦ может выступить муниципалитет. Но местные власти зачастую не хотят брать на себя заботу о «частниках», ограничиваясь соцсферой. Возможно, этот проект будет запущен в рамках частно-государственного партнерства. В любом случае инновационная малая энергетика — и солнечно-ветровая, и газовая — может стать большой подмогой в решении сельских проблем.