Напечатать документ Послать нам письмо Сохранить документ Форумы сайта Вернуться к предыдущей
АКАДЕМИЯ ТРИНИТАРИЗМА На главную страницу
Дискуссии - Русская Инноватика

Ольга Платицина
Без топлива, без отходов, без проводов

Oб авторе


Восемь перспективных изобретений в области энергетики и сельского хозяйства, которые изменят нашу жизнь. Невероятно для обывателя, реально с точки зрения ученых.

«Ученый не имеет цели получить немедленный результат... Его работа, как у сеятеля, - для будущего. Его обязанность - заложить фундамент для тех, кто придет, и указать путь». Эти слова Николы Тесла сегодня оказываются пророческими. Будущее, наконец, наступило, и на фундаменте, который столетие назад создал гениальный изобретатель, сейчас начинается активное «строительство». Уже очевидно, что до конца нынешнего века принципы электротехники Тесла полностью изменят привычные нам энергетику, транспорт и косвенно скажутся на состоянии всех отраслей экономики. Более того, множество прорывных идей гения получают шансы на повсеместное практическое применение уже в течение ближайших 10-20 лет.

Так считает директор Всероссийского НИИ электрификации сельского хозяйства, академик РАСХН, профессор, доктор технических наук Дмитрий Семенович Стребков. Слова великого физика о миссии трудиться на будущее руководитель ВИЭСХ в полной мере относит и к советским ученым, многие уникальные разработки которых долгое время были «законсервированы». А, возможно, к результатам труда своих нынешних молодых коллег, которые пытаются заглянуть за горизонт науки и предлагают проекты и идеи, требующие нетрадиционного мышления. Тем не менее, специально для рубрики «Лаборатория будущего» мы попросили директора ВИЭСХ перечислить самые актуальные современные технологии, над которыми работает его научный коллектив. С большой вероятностью эти разработки (в российской или какой-либо другой версии) будут взяты на вооружение человечеством, национальными элитами, частными инвесторами в ближайшие десятилетия или даже годы.


1. Новая энергетическая модель мира - глобальная солнечная энергосистема

Еще 9-10 лет назад российскими учеными была предложена и запатентована энергетическая модель будущего Земли, основанная на создании глобальной солнечной энергосистемы.

Суть ее в том, что в трех точках земного шара через каждые 120 градусов долготы в широтах с максимальной и равномерной по сезонам солнечной радиацией устанавливаются солнечные электростанции. Всего три - на весь мир. Для размещения батарей потребуются участки размером 200 км на 200 км в жарких пустынных районах Африки, Австралии и Латинской Америки. Компьютерное моделирование на основе данных солнечного излучения показало, что схема позволит полностью покрыть потребность в электричестве всех жителей и промышленных производств планеты (20.000 ТВт× ч в год). Снимается основная «ахиллесова пята» солнечной энергетики - зависимость от смены дня и ночи, времен года, непредсказуемости климата.

Энергия будет вырабатываться круглосуточно, бесперебойно и передаваться в национальные энергосистемы посредством волновых резонансных линий электропередач на основе технологий Н.Тесла (об этом чуть ниже). Специалистами ВИЭСХ запатентованы высоковольтные кремниевые солнечные модули, стоимость которых в 100 раз меньше стоимости гетероструктурных каскадных солнечных элементов равной площади, а КПД позволяет достигнуть заявленной производительности.

Выбор в пользу бестопливной энергетики в следующие 30-40 лет неизбежен. Причем не из-за истощения запасов сырья, а в связи с удешевлением альтернативных источников энергии и остротой экологических проблем. Термоядерная реакция и другие технологии, провоцирующие дальнейший нагрев земной коры, по мнению директора ВИЭСХ, вряд ли станут массовой альтернативой. Лишний +1°С - и землян ждут ужасные катаклизмы. Поэтому будущее все-таки за «чистой» солнечной энергетикой. Согласно общепринятым прогнозам, к 2050 году она будет обеспечивать 50% потребностей человечества, а к концу столетия - все 90%. Возможно, что за основу как раз и будет принята система, которую первыми предложили российские ученые из ВИЭСХ (более 100 патентов РФ по этой теме). Конечно, идея требует широкого международного сотрудничества и будет полностью воплощена лишь спустя многие десятилетия. Но зато и проблема энергообеспечения решается глобально и без побочных эффектов.


2. Резонансные системы электроснабжения

Развивая идею единой солнечной энергосистемы, институт предложил также проект создания линии передач на основе резонансной электротехники Н.Тесла. Классическая электротехника для этих целей не подходит: трехфазные линии позволяют передавать лишь 6 гигаватт максимум на 3000 км, а речь в глобальном проекте идет о тераваттах. В свое время Тесла предложил прорывную технологию, которая подходит для решения задачи. Это резонансная система электроснабжения по однопроводниковым волновым линиям на повышенной частоте. По таким параметрам, как плотность тока, потери в линии, дальность передачи, передаваемая мощность, электросистема Тесла (реактивный ток в разомкнутой цепи) значительно превосходят системы классической электротехники (активный ток в замкнутой цепи). И самое главное - это возможность беспроводной передачи. Специалисты ВИЭСХ усовершенствовали предложенную Тесла цепь за счет использования современных преобразователей частоты и других модернизаций (50 патентов).

Технология столетие ждала своего часа, и вот, в ближайшие десятилетия обещает получить практическое применение. Прогнозируя сферы ее использования, ученые выделили несколько перспективных направлений использования «нового электричества» в разных отраслях. Вот лишь некоторые примеры того, что нас ожидает в ближайшее десятилетие или в более отдаленном будущем:

= полный отказ от воздушных высоковольтных линий электропередач

Вместо «тела» Земли, как предлагал в свое время Тесла (этот способ еще тогда обнаружил издержки), для создания мировой энергосистемы используются высоковольтные однопроводниковые кабельные газоизолированные линии.

= электрический наземный транспорт с беспроводным внешним электроснабжением

Уже сейчас можно отказаться от использования тяжелых и дорогостоящих аккумуляторных батарей в электромобилях и контактного провода (троллея) в железнодорожном и другом общественном транспорте. Достаточно проложить

под асфальтом миллиметровый провод и приспособить средства передвижения для беспроводного приема «электричества Тесла». По сравнению с использованием бензинового двигателя затраты сокращаются в 5-6 раз, плюс решается проблема загазованности воздуха.

= беспроводные системы электроснабжения морского транспорта

= электрифицированные мобильные роботы для работы в сельском хозяйстве («Промышленные фабрики на полях»), полная автоматизация выращивания и уборки сельхозпродукции

= ракеты с бестопливными электрическими двигателями, которые увеличивают полезную массу выводимого на орбиту груза с нынешних 5% до 90% от полной массы ракеты. Электроэнергия передается на борт корабля беспроводным способом от наземной энергосистемы по проводящему каналу в атмосфере и за ее пределами.


3. Свободнопоточные гидротурбины

Даже несмотря на радужное будущее солнечных электростанций, гидроэнергетика также остается перспективным способом бестопливного получения дешевого электричества. Однако традиционные плотинные гидроэлектростанции требуют огромных инвестиций и имеют издержки в виде большой площади затопления пойменных земель.

Но оказывается, есть альтернативная гидроэнергетика, о которой мало кто знает. Это ГЭС на основе свободнопоточных гидротурбин, использующих энергию подводных течений, которые образуются силами Кориолиса при вращении Земли, а также гравитационными силами при взаимодействии нашей планеты с Луной. Такая турбина может быть установлена на глубине 100 м в зоне морского или океанского течения без всякого ущерба для судоходства и окружающей среды. Лопасти вращаются со скоростью 2 оборота/мин, так что для морских обитателей эта энергетика полностью безопасна.

Российские ученые предсказывают, что в будущем человечество отдаст предпочтение именно таким, бесплотинным ГЭС из-за их компактности и эффективности. По коэффициенту использования установленной мощности свободнопоточная гидротурбина в 4-8 раз превосходит солнечную электростанцию. Стоимость турбины с лопастями диаметром до 18 м сравнима со стоимостью угольной ТЭС, а эксплуатационные расходы минимальны (2%). В ВИЭСХ совместно с рядом промышленных предприятий разработали и запатентовали конструкцию морских свободнопоточных турбины мощностью 100-1000 кВт. Что важно для России, варианты меньшей мощности - 10-100 кВт - можно устанавливать также и в русле рек.


4. Люминесцентные лампы с холодными катодами с электронной эмиссией

Сейчас наблюдается бум светодиодного освещения. По прогнозам к 2020 году светодиодные светильники должны занимать 75% российского рынка. Однако не все так однозначно. Ученые ВИЭСХ видят будущее иначе. Здесь полагают, что светодиоды останутся только там, где нужны компактные источники света, например, в автомобильных фарах. Из других сфер их полностью вытеснят недорогие люминесцентные лампы с холодными катодами с автоэлектронной эмиссией. Это эффективная и недорогая альтернатива. В инновационных лампах использован совершенно другой принцип работы, другие комплектующие, но основные рабочие у них характеристики такие же: долговечность 50.000-70.000 часов, надежность, очень высокий КПД. Зачем тогда менять? Дело в том, что, в отличие от светодиодов, в производстве не используются дорогие полупроводники, и себестоимость ламп с холодными катодами и автоэлектронной эмиссией в 3-10 раз ниже. В прошлом году ВИЭСХ совместно с кафедрой вакуумной электроники МФТИ запатентовали эту технологию и предложили схему освещения с использованием новых ламп на основе уже описанной резонансной системы электроснабжения на основе идей Н.Тесла.


5. Мини-ТЭЦ и солнечные системы отопления

Еще при Н.Хрущеве в СССР была проведена массовая «котельнизация» страны, и сейчас около половины всех топливно-энергетических ресурсов в стране потребляются котельными и другими тепловыми установками, которые крайне неэффективно используют сырье. Коэффициент использования топлива при сжигании угля, торфа, газа в котельных составляет всего около 50%, и единственным продуктом такого сжигания является тепло. Существуют технологии, которые позволяют довести показатель эффективности до 80-90%. Грубо говоря, для этого надо сначала пережигать топливо в электричество, а горячая вода будет получаться уже как «бонус», побочный продукт этого процесса.

Этот процесс происходит на мини-ТЭЦ с когенерацией электрической и тепловой энергии в газопоршневых установках. Их можно строить заново или переоборудовать имеющиеся старые котельные по предложенной ВИЭСХ технологии. База для повышения эффективности использования топлива у нас огромная: даже в Москве 30% тепловой энергии вырабатывается котельными, а в некоторых крупных городах этот показатель доходит до 100%. Массовое внедрение мини-ТЭЦ позволило бы значительно снизить стоимость электроэнергии для российских потребителей. На данный момент сжигание газа и другого топлива для отопления и получения горячей воды получается «золотым». Если считать по паритету покупательной способности, то в Германии и США электричество обходится в 1,5-2,5 раза дешевле. Поэтому в ближайшие десятилетия нам есть над чем работать.

Еще одно комплексное решение, которое предлагают ученые ВИЭСХ для теплых районов страны, это когенерационные системы солнечного горячего водоснабжения на крышах и устройства для отопления на основе тепловых насосов. Если устанавливать такое оборудование на этапе строительства жилья, это дает ничтожный рост стоимости на уровне 1-1,5%. Но собственники получают колоссальный ресурс энергосбережения. Экономится и газ, и электричество, так что вложения в такое оборудование полностью окупают себя за первые 5 лет.


6. Использование органических отходов в качестве топлива

Твердые и жидкие органические отходы являются для человечества проблемой сами по себе. Как известно, канализационные стоки многих крупных приморских городов сбрасываются в мировой океан (Сочи и Геленджик у нас, Малага в Испании, города побережья Австралии и др.). И это в 21 веке! Пруды-отстойники тоже не являются идеальным решением, поскольку отравляют почву и ухудшают и без того проблемную экологию мегаполисов. Между тем, есть технологическое решение, позволяющее перерабатывать любые органические отходы жизнедеятельности городов в электроэнергию и тепло, независимо процента от содержания в них жидкости.

Наукоемкие разработки ВИЭСХ позволяют перерабатывать органику в электрическую энергию в герметичных реакторах без доступа воздуха, независимо от содержания в исходном продукте воды. Если говорить о твердом органическом мусоре, то можно с пользой для нужд энергопотребления уничтожать любые органические отходы без выделения диоксинов и других вредных веществ в атмосферу, как при горении. В отличие от зарубежных установок, где используется сжигание, в отечественной разработке задействованы плазменные технологии быстрого пиролиза (модернизированное наследство оборонной промышленности). Это решение дает очень высокий КПД, порядка 80%. Поэтому, скорее всего, такая инновация и есть магистральный путь борьбы с замусориванием планеты. Учеными ВИЭСХ предложен конкретный проект завода производительностью 100 тонн твердых отходов в сутки, с выработкой 1 мегаватта электричества. Расчеты показывают, что 95 млрд. тонн накопившегося на свалках России твердого мусора (это на 75% органика) реально полностью переработать в электроэнергию и тепло за 30 лет. А освещать города за счет переработки содержимого канализации - очень заманчивая идея!

Частным и очень перспективным вариантом использования этой технологии является переработка отходов свиноводства. Как известно, свиной навоз по своим характеристикам не пригоден для использования в качестве удобрения в исходном виде, и его утилизация проблематичная. Те же пруды-отстойники или крайне дорогое и потому неприемлемое высушивание с последующим сжиганием. Сейчас на наш рынок продвигается зарубежная технология анаэробного сбраживания свиного навоза с получением удобрений на выходе, но стоимость оборудования в шесть раз превышает то, что предлагает ВИЭСХ.

Разработанная российскими специалистами технология сверхкритического водного окисления органических веществ в жидкости позволяет животноводческим предприятиям перерабатывать свиной навоз в электричество без всякой предварительной подготовки (из расчета 150 т жидких отходов на 1МВт электроэнергии с выходом 3% золы). Таким образом, свиноферма может полностью исключить из себестоимости затраты на собственное освещение и обогрев и даже снабжать электричеством ближайшие поселки. Это работающий проект когенерационной электростанции, полностью готовый к внедрению уже сегодня.


7. Смесевое многокомпонентное топливо

Все мы хотим есть продукты растениеводства, выращенные России. Но как сделать эту продукцию конкурентоспособной по цене? Надо снизить затраты. Один из путей - это удешевление топлива. Сельское хозяйство РФ потребляет 6 млн. тонн солярки в год для тракторов и другой техники. ВИЭСХ предложил технологию, которая позволит снизить потребление горючего на 20%. Предложенная формула многокомпонентного топлива предполагает содержание в нем лишь 80% солярки или мазута. Одна эта разработка дает 36 млрд. рублей экономии в год. Вредные выбросы в атмосферу при этом сокращаются более чем на треть. Действующий образец оборудования для получения многокомпонентного топлива производительностью 2 т/час установлен в лаборатории биотоплива института.


8. Роботизированные комплексы для выращивания органических продуктов питания.

В достаточно недалеком будущем сельское хозяйство сможет переместиться из собственно сельской местности в крупные города. В ВИЭСХ предсказывают, что в мегаполисах будут строиться многоэтажные биотехнологические фабрики, способные в идеально чистых условиях и почти без участия человека выращивать любые виды органики: от злаков до кроликов. Технологии так называемого «вертикального земледелия» уже сейчас позволяют собирать, к примеру, 300 кг помидоров с 1 кв.м земли против стандартных для теплицы 30 кг, причем без использования каких-либо химических веществ и ГМО.


Россия обладает одной из самых передовых технологий в этой области. Еще в советские годы у нас велась активная работа над созданием биотехнологических платформ для замкнутых пространств с целью обеспечить людям возможность длительного автономного существования. Например, на борту атомной подводной лодки во время 6-месячного плавания. Сейчас на базе тех модернизированных разработок специалистами ВИЭСХ во главе с руководителем лаборатории, профессором Д.И. Повериным, предложен первый в мире детально проработанный проект такого роботизированного производственного комплекса - «Фрактальная инновационная биотехнологическая кластерная платформа» (ФИБКП).

Новые принципы земледелия и животноводства предполагают, что посадка материала, сбор урожая, производство кормов, уход за животными и все остальные стадии агропроизводства и животноводства осуществляются в полностью в автоматическом и непрерывном режиме. В отличие от гидро- и аэропоники, это безупречно чистый и замкнутый способ производства, основанный на бионических принципах, исключающий использование гормонов, антибиотиков, синтетических добавок. Повсеместный запуск таких предприятий:

= позволяет в сжатые сроки насытить рынки дешевой, качественной и безопасной пищевой продукцией;

= делает сельское хозяйство независимым от природных аномалий;

= освобождает гигантские территории и неэффективно используемые трудовые ресурсы;

= делает возможным выращивание больших объемов свежей органики в климатически неблагоприятных районах (например, в Сибири и даже в Арктике).

Низкая энергоемкость и в десятки раз более высокая рентабельность биотехнологической фабрики уже сейчас позволяет полностью решить проблему голода для всего человечества с одновременным резким снижением нагрузки на окружающую среду. Как известно, абсолютную нехватку продовольствия испытывает каждый седьмой житель планеты (по данным ВОЗ, от последствий голода ежегодно умирает 5 млн. детей). Остальное человечество страдает от относительной нехватки питательных веществ: проблема некачественного и неполноценного питания касается 98% населения планеты.

Однако крупнейшие мировые производители питания по разным причинам не заинтересованы в системной модернизации сельского хозяйства и продолжают разрабатывать экологически небезопасные методы и технологии. А также используют неэффективную логистику, когда сырье и готовая продукция транспортируются на огромные расстояния. Попытки развивать вертикальное земледелие в качестве альтернативы в последние 10 лет делаются во многих странах мира (Канада, Швеция, Южная Корея и др.). Хотя, в отличие ФИБКП, большинство зарубежных разработок пока еще находятся на стадии прототипов, очевидно, что шестой технологический уклад уже очень скоро полностью изменит привычное нам традиционное сельское хозяйство. Проект ФИБКП уже привлек внимание инвесторов из некоторых российских регионов. Возможно, что первое такое производство в РФ появится на Крайнем Севере, где продукты растениеводства стоят на порядок дороже из-за высокой стоимости транспортировки самолетом.


Ольга Платицина, Без топлива, без отходов, без проводов // «Академия Тринитаризма», М., Эл № 77-6567, публ.18520, 18.02.2014

[Обсуждение на форуме «Публицистика»]

В начало документа

© Академия Тринитаризма
info@trinitas.ru