Несколько лет назад в научно-популярном журнале «Scientific American» была опубликована статья, рассказывающая о инженере Майкле Стризки, построившем полностью автономный дом с нулевым потреблением энергии. Автономные дома, сами по себе отождествляющие полную независимость от кого бы то ни было, всегда привлекали людей и их концепций существует не малое количество, но у Майкла Стризки он вышел самый экологически чистый и технологически самый передовой.
Дом Майкла Стризки — с виду обычный двухэтажный особняк в колониальном стиле, построен с применением высокоэффективных теплоизоляционных материалов. Благодаря этому его теплопотери на 60% меньше в сравнении с обычным домом такой же площади. Кондиционирование и отопление дома производятся с помощью грунтового теплового насоса, что так же является существенной экономией энергии. Продуманы разные мелочи, повышающие эффективность использования энергии, такие как сверхэкономичные стиральные машины, но это не в ущерб комфорту – в доме несколько компьютеров, плазменный телевизор, джакузи и другая бытовая техника.
Главное же – концепция энергоснабжения, которую удалось осуществить Майклу Стризки. В основу проекта энергообеспечения положены массив солнечных батарей Sharp, инверторы SMA, а так же аккумуляторные батареи Marathon. Практически типовой набор оборудования от известных мировых производителей для систем резервного и автономного энергоснабжения. Фотоэлектрическая часть системы инсталлирована на гараже и, по совместительству, мастерской Майкла.
 |
 |
 |
Схема энергообеспечения как бы стандартная – солнечные батареи производят электроэнергию, которая частично используется для текущего энергоснабжения, частично накапливается в аккумуляторных батареях. Производительность панелей достигает 90кВт*ч в день, в то время, как потребление всего оборудования в доме, по словам хозяина, не превышает 10кВт*ч в день. Остальная энергия накапливается в аккумуляторных батареях, емкости которых хватает на трое суток работы оборудования. Понятное дело, что при хорошей солнечной погоде солнечными батареями энергия производится в переизбытке, который и поступает на вторую, самую интересную часть системы энергообеспечения.
Вторая часть системы энергоснабжения — это электролизер, емкости для хранения водорода и батарея топливных элементов. Электролизер компании Proton Energy Systems с виду напоминает большую стиральную машину. Потребляя не использованное домашними приборами электричество, он разлагает очищенную с помощью де-ионизатора водопроводную воду на водород и кислород.
 |
 |
 |
Далее водород поступает для хранения в баки — десять стальных баллонов из-под пропана с толщиной стенки четверть дюйма и общим объемом 538м?. Эквивалентно энергия водорода, хранящегося в этих баках, равна примерно 150 л. бензина. Водород находится в баках при относительно низком давлении — 200 фунтов на квадратный дюйм (около 14 бар), хотя сам Сризки предпочел бы хранить при намного более высоком давлении (300 бар), тогда достаточно было бы только одного бака. Но местные власти попросили, чтобы водород, в целях безопасности, хранился при низком давлении.
 |
 |
Когда не достаточно энергии от солнечных батарей, водород поступает на топливные элементы (FuelCells) фирмы Plug Power. В топливных элементах происходит рекомбинация водорода и атмосферного кислорода с получением электроэнергии и образованием водяного пара. Водорода в полностью заполненных баках хватает на три с половиной месяца работы топливных элементов. Нет солнца — облачная погода, атмосферные осадки, жилье Майкла Стризки надежно обеспечено энергией, полученной из водорода и кислорода.
 |
 |
 |
Кроме автономного энергообеспечения дома Майкл Стризки пошел еще дальше – его личный транспорт так же полностью экологически чистый, работает на водороде и электричестве. Например, автомобиль Майкла – экспериментальный кар корпорации Ford, Mercury Sable с алюминиевым кузовом, которых было выпущено всего десяток штук специально для участия в «крэш-тестах» по определению надежности водородных систем. В качестве силовой установки в этом автомобиле используется электродвигатель мощностью 104 л.с., системой питания выступают два топливных элемента, находящиеся под капотом и резервуар для водорода в багажнике, который заправляется напрямую от баков. Заправка водородом происходит за считанные минуты, как в обычном автомобиле.
 |
 |
 |
Благодаря использованию алюминия, отсутствию традиционной трансмиссии автомобиль Майкла Стризки имеет выдающиеся характеристики – он очень легкий, весит всего 1500 фунтов против обычных 6000, разгоняется до 60 миль (95км/ч) всего за 6с, максимальная скорость – 245км/ч. Вдобавок на выхлопе – только чистая вода. На этом автомобиле был установлен мировой рекорд дальности на одной заправке водородом – 401.5 мили (646,2 километров).
Для отдыха в хозяйстве Майкла Стризки имеется также электрическая гоночная лодка, и даже электрический мотоцикл. Все они заряжаются от энергосистемы дома и не требуют внешнего подвода энергии.
 |
 |
Таким образом, не только дом, но и вся система, построенная Майклом Стризки, полностью автономна, не потребляет внешнюю энергию и топливо, используя только солнечное излучение. Как говорит Майкле Стризки: «Я могу сделать топливо из солнечного света и воды, и я даже не использую воду. Когда идет дождь, это топливо. Когда светит солнце, это топливо. Это все топливо»
Осуществление такого пилотного проекта обошлось не дешево – Майкл вложил 100 000 $ собственных средств, получил грант от New Jersey Board of Public Utilities на 250 000 $ а так же спонсорскую помощь от компаний – участников в размере 200 000 $. Понятное дело, что при любом росте стоимости энергоносителей проект вряд ли когда-нибудь окупится. Но собственный опыт – великая сила: по словам Майкла Стризки, теперь он знает, как построить аналогичную систему в четыре – пять раз дешевле своей. Сейчас он работает над несколькими проектами солнечно–водородных систем для заказчиков из Каймановых островов, а так же соседних штатов.
Главная заслуга Майкла Стризки – объединение всех существующих на время реализации проекта технологий в одну общую энергосистему, адаптированную именно для домашнего применения. Ведь солнечные системы резервного и автономного питания используются для бытовых нужд довольно давно, топливные элементы тоже полным ходом применяются в промышленности, в том числе на разнообразных транспортных средствах. Например, компании Horizon, Hydrogenics, Axane, APS Energia, Plugpower, FuelCellEnergy, Nuvera Fuel Cell и многие другие технологические лидеры, выпускают топливные элементы в качестве замены обычных источников бесперебойного питания с аккумуляторами, топливные элементы для автономных стационарных систем питания, топливные элементы для мобильного применения: в штабелерах, погрузчиках, другом транспорте – автомобилях, автобусах.
 |
 |
 |
Так же существуют готовые решения для интеграции фотоэлектрических и водородных систем электроснабжения – например, компания Horizon выпускает электролизеры со встроенным МРРТ трекером для прямого подключения фотомодулей и получения водорода. Kомпания SMА предлагает инверторы Hydro Boy для топливных элементов со стандартным выходным напряжением 220В и интеграцией в систему автономного энергообеспечения SUNNY ISLAND (такая же у Майкла Стризки)
 |
 |
Конечно, для повсеместного внедрения солнечно-водородных систем пока что достаточно много до конца не реализованных сложностей, одна из которых – безопасное хранение водорода. Это самый легкий газ — он легче воздуха в 14,5 раз, чрезвычайно летучий и огнеопасный. При смешивании с кислородом в пропорции 2:1 образуется так называемый гремучий газ, случайное воспламенение которого ведет к разрушительному взрыву. Кроме того, при хранении под большим давлением водород способен проникать через стенки резервуаров – диффундировать. Так же он достаточно агрессивен — диффузия через углеродистый сплав (например, сталь) иногда сопровождается разрушением сплава вследствие взаимодействия водорода с углеродом. Кроме того, нуждается в оптимизации сама система с преобразованием одного вида энергии в другой – при многократном преобразовании происходят достаточно большие потери, более 50%.
Но это все преодолимо, ведь технологии солнечно – водородных систем уже существуют и работают, их не надо изобретать с нуля, только усовершенствовать до приемлемых показателей стоимости – продуктивности. Направление водородных систем очень перспективно, и в ближайшее время прогнозируется его активное развитие. Эра водорода приближается.
 |
Автор статті Василь Хруник
2012 рік