Электричество из "чёрного ящика"

Слежу периодически за развитием электроэнергетики. Особенно интересно получение электричества от возобновляемых источников. Правда, не брезгую и топливными элементами.

Несколько компаний с мировым именем в обстановке если не строжайшей секретности, то таинственного молчания месяцами испытывали первую партию мини-электростанций, официально представленных публике только 24 февраля нынешнего года.

Демонстрация, устроена довольно молодой ещё компанией Bloom Energy, с целью объявить: отныне в открытую продажу поступает её инновационная разработка – компактная корпоративно-домашняя электростанция или, как говорит Bloom, "Энергетический сервер" (Energy Server) модели ES-5000, неофициально прозванный Bloom Box, если угодно, "цветочный ящик".

100 киловатт – такова мощность одного "блумбокса". Вроде не так много, особенно если посмотреть на габариты и вес такого "шкафа". Но если говорить о среднем потреблении электроэнергии, то это будет источник на 50 частных домов или одно небольшое офисное здание на три тысячи квадратных метров. А ведь ES-5000 можно соединять в "пачки" по несколько штук, работающих согласованно.

Габариты "блумбокса" составляют 5,7 х 2,1 х 2 метра, а весит один такой "ящик" 9 тонн (фото с сайта physorg.com)

Церемония официального представления Energy Server от Bloom всему миру была приурочена к переводу этого самого комплекса на биогаз – первым среди "собратьев-блумбоксов" пилотной партии. Так что теперь выбросы CO2 должны сократиться более чем втрое. Но это обрадует лишь планету, а вот бухгалтеров компании радует другое. К настоящему моменту пятёрка "комодов" Bloom Box сэкономила $100 тысяч на счетах за электроэнергию. Работая на обычном газе, ES-5000 производит электричество по цене 8-10 центов за киловатт-час. Покупка электричества "из розетки" обошлась бы владельцам установки в 14-15 центов за кВт-ч.

Главное же – для основы своей портативной электростанции авторы разработки выбрали не ДВС или турбину, а твердооксидные топливные элементы (SOFC). От топливных элементов других типов их отличает применение твёрдого (керамического) электролита, высокая рабочая температура (от 500 до 1000 градусов Цельсия), отсутствие дорогой платины и ещё целый ряд привлекательных особенностей.

Что бросается в глаза — "ящик блум" выглядит очень громоздким по сравнению с лучшими автомобильными топливными элементами сопоставимой мощности, однако последние работают на чистом водороде, в то время как установка Bloom Box, как и все системы типа SOFC, по идее способна переваривать любое углеводородное топливо. Основным же горючим для этой установки служит природный газ либо биогаз.

В первом случае Bloom Box выбрасывает в атмосферу на 35-40% меньше углекислого газа, чем обычная тепловая электростанция на газе (в расчёте на каждый киловатт-час выработанной энергии), или на 67% меньше, чем угольная станция, а во втором (с биогазом) – и вовсе является углеродно-нейтральной системой.

Основа Bloom Box – плоские топливные ячейки мощностью 25 ватт. Они созданы из керамических пластин, плюс ряд "хитрых" добавок, да ещё там имеются электроды из дешёвого металлического сплава. Деталей технологии компания, впрочем, не раскрывает.

Эти ячейки стопкой монтируются в сборку мощностью 1 кВт. Сборки стыкуются в 25-киловаттные модули, а те, в свою очередь, в 100-киловаттные контейнеры Bloom Box.

При этом выхлоп токсичных соединений (монооксид углерода, оксиды азота и так далее) в новой установке очень мал. И ведь ещё нужно учесть отсутствие потерь на переброску "домашней" энергии по промышленным сетям. Выгода для природы – налицо. А для владельцев? Тут не всё однозначно. SOFC не первый раз пробуют применить в такой роли, но детали каждой новой разработки – всегда свои. На пути к подлинной массовости встают довольно высокая цена и ряд других факторов не столько научного, сколько производственного характера.

Смысл же преодоления таких трудностей открывается не сразу, ведь в топливных элементах мы всё равно "сжигаем" топливо, пусть и без обычного пламени. Дело в том, что полный КПД ES-5000 превышает 50% и по этому показателю Bloom Box превосходит передовые стационарные дизель-генераторы, тоже работающие на газе. Да и миниатюрные газовые турбины, соединённые с генераторами, уступят топливным элементам в общей эффективности.

Несколько установок Bloom Box могут быть смонтированы рядом, формируя станции мощностью 400-1000 кВт или даже выше. Продукция Bloom Box, кстати, это трёхфазный ток с напряжением 480 вольт и "американской" частотой 60 герц. Кроме того, "энергосервер" Bloom рассчитан на непрерывную работу в режиме 24/7/365 в течение нескольких лет кряду, а мощные и компактные топливные ячейки, предназначенные для автомобилей, такое едва ли перенесут.

Внизу: основной материал для построения ячеек напоминает песок, правее – одна "клетка" топливного элемента Bloom и мечта компании – города, освещаемые сетью локальных станций нового типа (иллюстрации Bloom Energy).

Учитывая долгую непрерывную работу, такие параметры сулили заманчивые перспективы для будущих пользователей системы. Но сначала надо было найти средства на её создание и запуск в серию. Заслуга Bloom Energy – умный дизайн ячеек, рациональная организация производства и бизнеса в целом.

Пора рассказать об основателе и главном учёном Bloom Energy. Топливными элементами мистер Кейар Шридхар (KR Sridhar) занялся ещё много лет назад, будучи профессором Аризонского университета (University of Arizona). По заказу NASA он разработал компактную систему выработки кислорода, для поддержания жизни гипотетических колонистов Марса. Система по сути представляла собой топливный элемент наоборот. Из этого проекта позже и вырос шридхаровский вариант SOFC, основной материал в котором – кремний.

В 2002 году Шридхар сумел заразить своей убеждённостью Джона Доерра (John Doerr) и Кляйнера Перкинса, руководителей крупной венчурной компании Kleiner Perkins Caulfield & Byers — проект мини-электростанций Шридхара стал первым "подопечным" этой компании в области чистых технологий. Позже появились другие инвесторы. Новинкой заинтересовались и руководители нескольких именитых фирм.

Первым клиентом команды Шридхара и одновременно испытателем продукции стала компания Google.

Набор топливных ячеек общей мощностью 400 кВт в штаб-квартире Google в Маунтин-Вью был запущен ещё в июле 2008 года. За первые 18 месяцев потребительского теста установка находилась в работе 98% времени и выработала 3,8 миллиона кВт-ч электроэнергии.

Интересно, что Bloom Energy предусмотрела возможность удалённого, через Интернет, слежения за самочувствием каждой проданной ею мини-электростанции и внесения корректив в её работу. Для самого клиента предусмотрен закрытый сайт, на котором он может видеть все текущие параметры и статистику работы установки.

Помимо Google в число "секретных" партнёров Bloom Energy, начавших сотрудничество до официального старта продаж "бокса", вошёл и Walmart. Торговый гигант получил два набора "ящиков" по 400 кВт для двух своих магазинов в калифорнийских городах Ланкастер и Хемет в декабре 2009 и январе 2010 года. Сейчас эти системы покрывают 60-80% потребностей данных магазинов.

Рядки "ящиков" Energy Server от Bloom Energy в Walmart и FedEx (фотографии Bloom Energy).

Присоединился и Bank of America: комплекс на 500 кВт должен быть запущен в его офисе в Соутерне летом 2010 года. А в случае со службой FedEx комплект систем Bloom Box на сумму в 500 кВт в калифорнийском Окленде заработал в феврале 2010 года.

Наконец, 500-киловаттная установка компании Coca-Cola должна быть вскоре смонтирована на заводе компании в Динуба, опять-таки в солнечном штате.

Нынешние "блумбоксы" – это ещё один шаг в сторону более эффективных домашних генераторов, призванных выгодно дополнять альтернативные источники (солнце и ветер), которые столь непостоянны. Пусть мы снова опираемся на углеводороды, но давайте хотя бы сжигать их эффективно – рассуждают американские специалисты из Bloom Energy.

Компания рассчитывает, что по мере роста объёма производства цена на нынешнюю модель установки заметно упадёт, ну а более компактный её вариант и вовсе сможет сбить стоимость одного "бокса" до $3 тысяч (это должно произойти в течение 5-10 лет).

Источник: http://nnm.ru