ПНИПУ: оценено использование энергоустановок на топливных элементах на севере

Более 2,8 млн квадратных километров России — от Чукотки до Таймыра — до сих пор живут без центрального энергоснабжения. Электроэнергия там обходится в 40–100 рублей за кВт·ч, а ежегодные затраты на северный завоз топлива и ремонт оборудования достигают десятков миллиардов рублей. Ученые Пермского Политеха доказали, что ситуацию могут изменить энергоустановки на твердооксидных топливных элементах: при оптимальных режимах работы их себестоимость для потребителя можно снизить до 8 рублей за кВт·ч — уровня центральной России.

Об этом "Газете.Ru" сообщили в пресс-службе образовательного учреждения.

Удаленные районы Чукотки, Камчатки, Таймыра, Магаданской области и Сахалина не подключены к Единой энергосистеме. Огромные расстояния, вечная мерзлота и сложный рельеф делают строительство ЛЭП экономически нецелесообразным. В результате поселки и промышленные объекты полностью зависят от дизельных электростанций и завоза топлива, который только в 2024 году потребовал 30–40 млрд рублей.

При этом дизельная генерация наносит серьезный экологический ущерб. Сажа загрязняет воздух в поселках и, оседая на снег и лед Арктики, ускоряет их таяние. Альтернативой становятся установки на твердооксидных топливных элементах — они не сжигают топливо, а преобразуют его в электричество за счет электрохимической реакции, работая почти бесшумно и без локальных выбросов сажи и угарного газа.

Главное препятствие для их широкого внедрения — высокая стоимость и быстрый износ ключевых компонентов. Батарею топливных элементов приходится менять каждые 1–2 года, катализатор — ежегодно, что съедает экономический эффект от высокой эффективности.

Ученые ПНИПУ провели комплексную оценку жизненного цикла российской энергоустановки — от производства материалов до утилизации после 15 лет службы.

Общий углеродный след составил 3628 кг СО₂-экв., причем наибольший вклад (более 1300 кг) дает высокотемпературный блок с батареей топливных элементов. Это означает, что продление срока службы ключевых узлов снижает не только расходы, но и выбросы.

Моделирование показало, что за счет оптимальных режимов эксплуатации ресурс батареи можно увеличить в четыре раза — с 10 до 40 тысяч часов, а катализатора — в 2,5 раза. При этом углеродный след выработки электроэнергии снижается на 31%.

"При серийном производстве и правильной настройке установок стоимость электроэнергии может упасть с 65 до 8 рублей за кВт·ч за счет удешевления ключевых компонентов в 2,5–3 раза", — отметила доцент ПНИПУ Екатерина Ширинкина.

По словам исследователей, такие установки могут стать надежным источником энергии для удаленных поселков, школ, больниц, телекоммуникационных вышек и промышленных объектов, снизив нагрузку на хрупкую арктическую природу и затраты государства.