Холодильник будущего: магнит вместо компрессора

За последние десятилетия холодильная отрасль России претерпела серьезные изменения. Что представляет собой российский рынок холодильного оборудования сегодня? Какие просматриваются перспективы отрасли в ближайшие 10–15 лет? Об этом корреспонденту журнала «Продукт.BY» рассказал генеральный директор ООО «Технологии низких температур», канд. техн. наук, академик МАХ Алексей ПОЛЕВОЙ.

— Алексей Александрович, каковы сегодня масштабы применения техники низких температур?

— В России эксплуатируется приблизительно 70 млн домашних холодильников во всех хозяйствах, 10 млн бытовых кондиционеров, порядка 3 млн холодильных установок в торговых объектах, примерно 100 тыс. коммерческих холодильных установок и промышленных кондиционеров, около 2,5 тыс. промышленных холодильных установок на крупных предприятиях вроде пивоваренных компаний мощностью 1–2 млн гекталитров в год, мясокомбинатов, хладокомбинатов и т. п.

— Насколько энергозатратна индустрия холода России?

— Холодильная техника рассматривается потребителями как нечто само собой разумеющееся и практически беззатратное по энергопотреблению. Между тем холодильная техника прочно вошла в быт лишь в конце 50-х годов ХХ века, такой же процесс можно наблюдать в последние десять лет с появлением в массовом использовании кондиционеров. Если проследить динамику увеличения энергопотребления холодильной техникой, то можно увидеть, что к сегодняшним дням доля энергопотребления таких устройств в Российской Федерации возросла до 15 % от общего энергопотребления. Из них на домашние холодильники и кондиционеры приходится в среднем 7 %, коммерческие холодильные машины — 5 %, промышленные холодильные машины — 3 %. Учитывая, что в 2012 году в стране было произведено примерно 1 млрд кВт∙ч электроэнергии, соответственно доля энергопотребления холодильного оборудования достигает 150 млрд кВт∙ч.

— А какие видны перспективы?

— Премьер-министр Дмитрий Медведев в конце прошлого года обозначил, что к 2025-му энергопотребление в стране повысится на 25 %. Применительно к холодильной технике это значит, что по отношению к 1991 году энергопотребление увеличится в три раза.

— Есть ли альтернативный вариант развития событий в индустрии холода?

— Сценарий дальнейшего развития холодильной отрасли может развиваться в одном из трех направлений. Первое: мы поддерживаем навязанный нам путь перехода на новые хладагенты, и к 2020 году нам потребуется на генерацию искусственного холода до 225 млрд кВт∙ч электроэнергии с полной зависимостью от импорта хладагентов и техники. Второе: мы добиваемся возможности работы на эффективных хладагентах, производимых в стране, и экономим до 40 млрд кВт∙ч. Для сравнения: Москва потребляет 35 млрд кВт∙ч. И третье: если развивать новые высокотехнологичные методы генерации холода, то расходование электроэнергии можно сократить еще на 5 % или даже более.

— Вы говорите о необходимости применения эффективных хладагентов. А какие хладагенты сегодня чаще всего используются в холодильной промышленности России?

— Массовый запрет идеальных фреонов R12 и R22, а также де-факто административный запрет природных холодильных агентов, в частности идеального R717, привели к парадоксальной ситуации: промышленные холодильные установки создаются на фреоне, а не аммиаке. И вместо ожидаемого сокращения выбросов в атмосферу фреонов, выбросы многократно увеличились. А поскольку предложенные на замену фреоны энергетически невыгодны, то в холоде произошло 20 %-ное увеличение потребляемой мощности. И если не отменить административные запреты на аммиак, — энергопотребление холодильных машин будет только возрастать.

— Расскажите подробнее о нынешней ситуации в России с использованием аммиака в холодильных системах.

— Мы пришли к тому, что создавать холодильные установки на аммиаке нерентабельно из-за немыслимых и необоснованных требований нормативной документации, написанной 50 лет назад. Сегодня процветают коррупция, с которой всеми силами борется Правительство России, злоупотребления на местах, спекуляция и завышение цен на проектную документацию и оборудование. К примеру, небольшая аммиачная холодильная установка часто сама стоит меньше, чем проектная и разрешительная документация на нее.

— Какой вы видите выход из сложившейся ситуации?

— Единственным выходом может быть отмена дорогостоящих разрешений на применение аммиачного холодильного оборудования с заправкой до 500 кг и отмена дорогостоящей экспертизы на проектную документацию. В противном случае все затраты лягут на основных потребителей холода — пищевые производства, а их владельцы попросту будут получать необходимые суммы из цен на продукцию. И традиционно российские пищевые продукты будут дороже и хуже европейских, что приведет к их неконкурентоспособности.

— Вы упомянули о возможности развития новых высокотехнологичных методов генерации холода. Что вы имели в виду?

— В настоящий момент основная доля холодильной техники использует компрессионное сжатие, резервы конструктивного усовершенствования энергетической эффективности практически исчерпаны, поэтому для улучшения как холодильных циклов, так и связанного с этим снижения потребления электроэнергии, требуются новые технологии.

Одним из способов получения холода является магнитокалорический эффект, открытый в 1881 году Е. Варбургом на чистом железе. Долгое время этот способ применялся в криогенной технике Петром Леонидовичем Капицей для достижения сверхнизких температур в опытах со сверхтекучестью гелия. Магнитокалорический эффект проявляется следующим образом: если намагнитить парамагнетик, он нагревается, если снять магнитное поле, он охлаждается. Исследованиями магнитных холодильных машин занимается множество лабораторий, в частности в НАСА, и заводов по всему миру. Наибольшее число прототипов таких машин изготовлено для лабораторных исследований и демонстрационных целей. Широкой публике действующий образец был впервые продемонстрирован на конференции Большой Восьмерки в Детройте в мае 2002 года.

По опубликованным бюллетеням, в США планируют снизить общее электропотребление за счет использования магнитных холодильных машин до 15 % и даже по ряду источников до 33 %, учитывая большую долю используемых круглогодично кондиционеров.

— Какими преимуществами обладают магнитные холодильные машины?

— Их преимущества очевидны: отсутствие компрессора и обусловленных его эксплуатацией проблем, отсутствие претензий со стороны надзорных органов, связанных с выбросами в атмосферу. Новые установки просты в изготовлении и ремонте. Они долговечны, что связано с использованием минимума движущихся частей. Такие машины полностью утилизируются.

Однако наибольшее преимущество магнитных холодильных машин, помимо вышеперечисленных, состоит в значительном резерве по снижению энергопотребления. Холодильный коэффициент магнитной холодильной машины выше холодильного коэффициента компрессионной холодильной машины при прочих равных условиях, а потенциально может его превышать на 7–15 %. Ведутся обширные работы по различным сплавам, например на основе гадолиния, которые значительно улучшают магнитокалорический эффект и снижают потребляемую мощность. Также усовершенствование конструкции магнитной холодильной машины может улучшать энергопотребление за счет исключения дополнительных контуров тепло- и хладоносителя, имеющих насосы, с переходом на непосредственное охлаждение.

— Как известно, сегодня холодильная отрасль России в большой степени импортозависима. Может ли ситуация измениться при внедрении магнитных холодильных машин?

— Да, импортозависимость налицо. Учитывая современное положение в компрессоростроении, когда в России не производится достаточного количества даже бытовых компрессоров, эпизодичны производства коммерческих компрессоров и практически полностью отсутствует производство промышленных компрессоров, импортозависимость сборочных производств холодильных машин составляет минимум 90 %, а в некоторых отраслях холодильной техники — 100 %. Не такое плачевное положение у абсорбционных холодильных установок, однако там тоже импортозависимость от Китая составляет по ряду позиций до 50–100 %. И при помощи абсорбционных холодильных установок нельзя решить все задачи продовольственного сектора. Мощности существующих отечественных заводов-производителей явно недостаточны для масштабов всей страны.

Внедрение магнитных холодильных машин позволяет избежать налаживания производства, постепенно морально изживающего себя высокотехнологичного и капиталоемкого компрессорного холодильного оборудования, исчерпавшего резервы в усовершенствовании конструкции, технических приемов улучшения эффективности работы и повышении срока службы. Причем компрессионные и магнитные холодильные установки могут использоваться параллельно, магнитная холодильная машина ни в коем случае не является взаимоисключающей компрессионной. Они с одинаковым успехом могут работать на одну систему хладоносителя, использоваться параллельно. Кроме того, продукция, производимая на территории Российской Федерации для холодильной техники и других отраслей промышленности (магниты, электродвигатели, насосы, системы автоматизации и вентиляторы), может использоваться в конструкции магнитной холодильной машины, что позволит избавить холодильную отрасль от импортозависимости.

— Какой экономии энергозатрат можно достичь при внедрении магнитных холодильных машин?

— Если говорить о конкретных цифрах, то при внедрении одноконтурной магнитной холодильной машины в секторе бытовой холодильной техники, даже с учетом использования уже производимых рабочих веществ, общее энергопотребление в масштабах страны снизится на 3 %. В условиях внедрения магнитных холодильных машин в сектор кондиционирования воздуха суммарная экономия может достичь 4 %. Здесь целесообразно использовать двухконтурные холодильные машины, что связано с особенностями секций охлаждения кондиционеров. Экономия от внедрения новых установок в промышленный сектор может составить до 5 %. Если учесть, что магнитные холодильные машины современных конструкций позволят экономить до 5 % от доли энергопотребления, приходящегося на охлаждающие устройства, тогда можно экономить до 7,5 млрд кВт∙ч. Если применить средний тариф 2,08 российских рублей за 1 кВт, то экономия составит около 15,6 млрд российских рублей в год уже сейчас.

— С чего, на ваш взгляд, надо начать внедрение магнитных холодильных машин?

— Я ратую за первоначальное применение новых установок в промышленности, а не в домашних хозяйствах. История развития холодильной техники проходила именно так: от промышленного к бытовому холодильнику. Я думаю, что с сегодняшнего дня до установки первых домашних магнитных холодильников может пройти лет 20, а до внедрения первых промышленных установок — 10. Но однозначно, за магнитными холодильными установками — будущее, и в этом направлении нам следует двигаться. Конструкция таких холодильных машин и рабочие вещества постоянно совершенствуются, их эффективность возрастает. Кроме того, растет уровень готовности к массовому серийному производству сплавов и самих машин, что существенно снизит стоимость по сравнению со штучными прототипами. ●