Как гибрид топливного элемента и кондиционера от Be Power Tech будет генерировать электричество для вашего ЦОД

В последнее время появляется все больше стартапов, утверждающих, что их ноу-хау может коренным образом изменить способ использования энергии и сократить расходы на эксплуатацию инфраструктуры. Но слишком часто авторы подобных заявлений утаивают часть информации или даже идут на откровенный обман своих инвесторов и потенциальных покупателей. Это заставляет экспертов все более скептически относиться к соответствующим новостям.

Холодный прием ожидал и стартап Be Power Tech из Флориды (США), представивший гибрид топливного элемента и кондиционера, который якобы может значительно уменьшить количество электроэнергии, необходимой для охлаждения коммерческих зданий (включая ЦОД). Тем не менее, анализ возможностей и конструкции нового устройства позволяет надеяться на то, что американским инженерам все же удастся привлечь внимание инвесторов и коммерциализировать свой продукт.

Самое простое описание системы Be Power Tech будет примерно таким. Инженеры создали кондиционер, который работает на природном газе и в качестве бонуса генерирует электричество. Уже один тот факт, что кондиционер работает на природном газе (ископаемый углеводородный источник энергии, который можно легко и дешево транспортировать и хранить), делает это решение крайне интересным. При этом массовое развёртывание таких устройств в коммерческих зданиях для генерации электричества и охлаждения критически важного оборудования с помощью природного газа позволило бы существенно снизить нагрузку на стандартные ТЭЦ. Ведь последние в течение жарких летних месяцев вынуждены обслуживать пиковый спрос на электроэнергию в связи с активным использованием кондиционеров населением и предприятиями .

Но по-настоящему инновационной технологию Be Power Tech делает не тот факт, что она позволяет кондиционировать воздух и вырабатывать электричество с помощью природного газа, а то, что инженеры решили не останавливаться на достигнутом и добавили в свою систему еще два полезных механизма: систему испарительного охлаждения и систему рекуперации излишней тепловой энергии. Именно это дает проекту Be Power Tech решающее преимущество по сравнению с обычными гибридными решениями для генерации энергии и кондиционирования воздуха.

Напомним, что обычные кондиционеры функционируют путем сжатия хладагента с применением высокомощного двигателя. Хладагент сжимается и под высоким давлением переходит из газообразного состояния в жидкое. Затем жидкий хладагент поступает в устройство, называемое испарителем, которое по существу всасывает тепло из здания, пока хладагент испаряется из жидкости обратно в газ.

Электроэнергия, потребляемая кондиционером, в основном идет на удовлетворение потребностей компрессора, который используется, чтобы перевести испаренный хладагент обратно в жидкость. Громкий гул, который вы может услышать при работе наружного блока кондиционера воздуха, как раз таки и представляет собой звук, издаваемый работающим компрессором.

В отличие от обычного компрессорного кондиционера, система Be Power Tech использует инновационный испарительный охладитель с осушителем, который первоначально был разработан в американской Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии (NREL). К слову, ранее молодая компания получила эксклюзивную лицензию от NREL на использование этой технологии.

Как и обычный кондиционер, испарительный охладитель поглощает тепло внутри здания с помощью процесса испарения рабочего тела. Тем не менее, охлаждение осуществляется за счет испарения воды, а не дорогого и зачастую небезопасного хладагента. Горячий сухой воздух кондиционируется путем прокачки его через резервуар с водой, которая медленно испаряется и заставляет воздух становится более холодным и влажным при прохождении через систему.

Испарительное охлаждение ни в коем случае не является новой технологией. Вы можете легко купить испарительный охладитель всего за несколько сотен долларов. Проблема заключается в том, что они работают только тогда, когда наружный воздух является достаточно горячим и сухим. Это означает, что стандартные решения подобного плана не могут быть использованы в подавляющем большинстве стран, потому что воздух там слишком влажный в летнее время.

Чтобы преодолеть это ограничение инженеры Be Power Tech решили использовать в своей системе охлаждения специальный осушитель для удаления воды из воздуха, прежде чем она начнет охлаждаться за счет испарительного охлаждения. Осушитель представляет собой жидкий раствор соли, который способен с высокой эффективностью поглощать воду из воздуха. Благодаря добавлению этого элемента стало возможным использование испарительного охладителя без каких-либо географических и/или климатических ограничений.

Но, чтобы работать должным образом, система должна как-то образом удалять воду из осушителя таким образом, чтобы его можно было непрерывно использовать для извлечения влаги из поступающего влажного воздуха. Вот где на сцену выходят топливные элементы.

Чтобы высушить влагопоглотитель после того, как он поглотит воду из входящего влажного воздуха, система Be Power Tech использует излишнее тепло, выделяемое топливным элементом на природном газе. Тепло испаряет воду из жидкого влагопоглотителя, после чего последний хранится в резервуаре и вновь используется для осушения нагнетаемого внутрь системы наружного влажного воздуха, когда это необходимо.

Топливный элемент на природном газе преобразует этот энергоноситель в электричество с помощью электрохимического процесса. Данный процесс, по существу, лишает поступающий внутрь рабочего блока углеводородный газ электронов и превращает его в смесь водяного пара и углекислого газа. Вся энергия топлива, которая не преобразуется в электрическую, выделяется в виде тепла. Типичный топливный элемент на природном газе преобразует около половины химической энергии, поступающей с топливом, в электричество. Остальное превращается в тепло. При этом работает он при температуре около 600 градусов по Цельсию.

Как правило, топливные элементы на природном газе (вроде решения Energy Server от компании Bloom Energy) применяются с целью выработки производства электроэнергии для критически важных нагрузок (вроде инфраструктуры центра обработки данных eBay) при этом излишки тепла и воды поступают в окружающую среду в виде отходов.

Но система Be Power Tech работает наоборот. В ее случае топливный элемент выступает в качестве источника тепла для просушивания влагопоглотителя, используемого в блоке кондиционирования воздуха. Затем электроэнергия, вырабатываемая топливным элементом, подается в здание, где она может быть использована для организации освещения, запитки серверов и обслуживания всевозможных нагрузок иного плана.

Преимущество такого подхода заключается в том, что почти всю химическую энергию, содержащуюся в газовом топливе, можно использовать на что-нибудь полезное. Это приводит к уменьшению потребления энергии в целом. Согласно расчетам инженеров Be Power Tech, их система использует более 80 процентов химической энергии природного газа для выработки электричества и кондиционирования воздуха.

Для того чтобы вывести свою технологию на рынок, стартап Be Power Tech проведет испытания системы при различных атмосферных условиях в партнерстве с Окриджской национальной лабораторией в США. Компания рассчитывает начать полевые испытания своего решения в следующем году. Если инженеры Be Power Tech смогут доказать преимущества системы в реальных условиях эксплуатации и привлечь внимание коммерческих клиентов, им удастся быстро вывести свою продукцию на рынок. Ведь расходы на электропитание кондиционеров – одна из основных статей в счетах за коммунальные услуги, поступающих в адрес владельцев коммерческих зданий (включая владельцев ЦОД). Понятно, что всем хочется иметь кондиционер получше.