В России основные газовые и нефтяные месторождения по иронии судьбы расположены на севере Сибири, в областях безлюдных, с суровым климатом, где и намека на инфраструктуру нет. Поэтому остро стоит вопрос: как обеспечить поселки добытчиков электроэнергией.

Наука и жизнь // Иллюстрации

Дизельные (вверху) и газотурбинные (внизу) электростанции дают достаточно энергии, но обладают не очень высоким кпд и нуждаются в постоянном обслуживании.

Самые распространенные автономные источники энергии - электростанции с дизельным или газотурбинным приводом мощностью 100-2000 и 1500-16 000 кВт соответственно. Сейчас такие электростанции уже перестают удовлетворять газовиков и нефтяников. Нужно постоянно следить за их работой, держать наготове штат ремонтников. Кроме того, у них невысокий кпд, который к тому же значительно снижается при неполной нагрузке.

Заменить тепловые мини-электростанции можно устройствами с непосредственным преобразованием тепловой энергии в электрическую - термоэлектрическими генераторами или электрохимическими генераторами на топливных элементах.

Для питания систем связи на предприятиях Газпрома используют около 12 тысяч термоэлектрических генераторов. Однако их кпд составляет всего 3-5%, а стоимость непомерно высока (порядка 30 тысяч долларов на 1 кВт мощности).

У преобразователей на топливных элементах кпд намного выше и достигает значений 80%. Кроме того, он практически не зависит от нагрузки. Например, при снижении нагрузки на 80% кпд уменьшается на один процент (у тепловых двигателей при тех же условиях он падает наполовину). Наконец, эти источники энергии могут работать в полностью автоматическом режиме (без обслуживания) в течение полугода.

По принципу действия топливные элементы напоминают гальванические (см. "Наука и жизнь" № 8, 2003 г.). В них тоже есть два электрода, разделенные слоем электролита. Но в реакциях участвуют другие вещества - кислород и водород или метан, непрерывно подаваемые в рабочую зону. Из известных в настоящее время пяти типов топливных элементов, различающихся видом электролита и рабочей температурой, для создания источников энергии промышлен ной мощности наиболее подходят твердополимерные с протонообменной мембраной и твердооксидные с электролитом на основе диоксида циркония.

Над созданием образцов электростанций на топливных элементах работают Газпром и федеральные ядерные центры РФ. В 2003 году начаты испытания макета установки мощностью 1 кВт на твердополимерных топливных элементах. Твердооксидные топливные элементы, разработка которых сейчас активно ведется, появятся, видимо, в 2010-2015 годах.

№1, 2006