Город будущего: безопасное тепло и эффект кавитации

11 ноября этого года. Взрыв бытового газа в подмосковном поселке Загорские Дали. Погибли 11 человек, без жилья остались 350.

14 ноября. Взрыв газопровода на юге Польши. Погибли 3 человека, двое пропали без вести.

В этот же день взрыв газа в Пермском крае. Обошлось без жертв – разрушена только часть жилой пятиэтажки.

А на другом конце земного шара, все в тот же черный четверг – еще один взрыв. В США, в Техасе, взлетел на воздух магистральный газопровод. 700 жителей ближайшего поселка эвакуированы. И все это события только одной недели.

"Не проходит и дня, чтобы не было взрыва. Газ – это источник повышенной опасности", — говорит Валерий Немиц, заместитель директора по корпоративной защите компании "АПЕКС Терминал".

Как защитить себя от постоянной угрозы? Есть ли технология, способная заменить голубое топливо и принести безопасное тепло в наш дом? Столичные новаторы говорят, что такая энергия уже существует.

"У нас есть колоссальный опыт, который был создан еще в Советском Союзе, гигантское количество авторских разработок, патентов, полностью подготовленных к производству технологий, которые сегодня не используются", — говорит Антон Беляков, депутат Госдумы России.

Пуск электродвигателя инновационной отопительной системы проходит с устрашающим звуком. У тех, кто впервые видит подобную установку, сразу появляется вопрос: а где же огонь, дым, уголь, дрова или в лучшем случае природный газ? Удивительно, но тепло в такой котельной рождается прямо в воде, внутри специального агрегата. По сути это котел всей отопительной системы.

"Эта установка полностью автономна, — объясняет Константин Урпин, заместитель генерального директора компании "Ратрон". — Включается осенью, выключается весной. Кроме как раз в неделю прийти и посмотреть, все ли нормально, нет никакой нужды. Плюс – ни одна деталь не нагревается больше 70 градусов. Что убирает полностью риск возгорания или пожароопасности".

О том, что воду можно греть не только с помощью огня, человечество знает уже почти столетие. Один из экзотических способов – использование эффекта кавитации. Он появляется в быстром потоке жидкости при ее мгновенном рассекании. Например, гребным винтом судна. При скорости в 3 тысячи оборотов в минуту в воде мгновенно появляются и тут же пропадают так называемые кавитационные пузырьки. По мнению ученых, внутри они заполнены паром, при распаде создают сильный гидроудар и как побочный эффект выделяют тепло в окружающую среду.

"Образуется разрыв жидкости. Адиабатический нагрев. То есть энергия никуда не должна уходить. Но так как мы в реальном мире, то часть тепла выходит наружу, попадает в окружающую среду и приводит к дополнительному нагреву", — пояснил Виктор Вагин, доктор технических наук, профессор, академический советник Российской инженерной академии.

С эффектом кавитации особенно хорошо знакомы судостроители: она как бы "разъедает" гребные винты, и их приходится постоянно менять. Подводники до сих пор борются с кавитацией в секретных лабораториях: под водой микроскопические пузырьки образуют так называемый след и повышают риск обнаружения субмарины противником. Но есть и положительные примеры использования этого эффекта. Например, в стоматологии — для ультразвуковой чистки зубов. На эффекте кавитации работают литотрипторы – приборы, разрушающие камни в почках. В косметологии кавитация помогает стать стройнее, разрушая лишние жировые отложения.

Но несмотря на свою известность и популярность, наука до сих не может объяснить, как же образуется энергия в самих кавитационных пузырьках. Существует как минимум пять гипотез и несколько десятков версий – от банального механического трения до термоядерного синтеза.

"Внутри пузырька на определенной стадии образуется ударная волна, которая схлопывается. В области схлопывания образуется область, где вещество сильно перегревается. Температура достигает солнечных температур. При этом возможны любые термоядерные реакции", — рассказывает Петр Мельников, кандидат физико-математических наук.

Так или иначе, но эффект нагрева существует. И пока ученые спорят, откуда берется энергия, новаторы нашли способ, как заработать на кавитационных пузырьках. В бизнес-инкубаторе Строгино открылась инновационная компания.

"Каждый пришел с грузом базовых знаний. Занимались вопросами кавитации со стороны военной приемки и других сфер применения. Кавитация рассматривалась этими людьми, нашими сотрудниками, как побочный продукт – вредный. Который обладал свойством нагревать ту жидкость, в которой она происходит. Наблюдая за этим свойством, подметив побочный эффект, было решено поставить этот эффект на службу людям", — говорит Константин Верига – генеральный директор компании "Ратрон".

Новаторы предложили устанавливать в отопительной системе вместо нагревательного элемента кавитатор. Как и в обычном котле, через него прокачивается вода. Но ее поток не нагревается огнем, а рассекается стальными дисками, которые быстро вращает мощный электродвигатель. В дисках множество отверстий, на округлых гранях которых постоянно образуются и распадаются миллиарды пузырьков. В результате вода нагревается и с помощью насоса закачивается в отопительную систему.

"Процесс кавитации происходит не на поверхности дисков, как у многих насосов, винтов кораблей, а между дисками. Тем самым наши первые установки отработали 10 лет. И разобрав их и посмотрев, мы удостоверились: диски абсолютно не износились и могут столько же лет еще работать", — говорит Константин Урпин.

Уже около 500 инновационных установок обогревают склады, офисы, развлекательные и торговые центры в разных концах России. Одна из котельных вот уже 8 лет работает в подмосковном Подольске.

"Эта установка отапливает склад и офисные помещения общим объемом 40 тысяч кубометров. В зимнее время проблем с теплом не возникает. Работает бесперебойно. Просто вращается двигатель, статор, ротор и кавитационный насос, и все. Никаких проблем не возникает", — говорит Валерий Немиц.

Однако самый поразительный – не физический, а экономический эффект от внедрения кавитации. Это тепло в 3 раза дешевле центрального отопления, в 7 раз экономичнее дизельной котельной. Цена на инновационные килокалории в 10 раз меньше, чем у дров или угля. Единственный конкурент у кавитационной отопительной системы – это газовый котел. Но время и средства на его приобретение, монтаж и обслуживание несопоставимы.

"Мы внедрили за 3-4 месяца, — рассказывает Константин Урпин. — Газовая котельная с учетом разрешительной документации, прокладки, подписания всех документов занимает 3-4 года. Центральное отопление то же самое. Плюс – газовая котельная под ключ стоила 22 миллиона и срок 3 года. У нас получилось чуть больше 4 миллионов и срок 3 месяца".

Сейчас новаторы поставили перед собой еще одну задачу: освоить производство кавитационных котельных малой мощности для коттеджей и частных домов. Для их запуска достаточно будет лишь нескольких киловатт электроэнергии и трех суток на подключение к готовой отопительной системе. Идея поддержана одним из венчурных фондов, а также Департаментом науки, промышленной политики и предпринимательства Москвы. Ученые тоже уверены: это совершенно новый этап в развитии малой энергетики.

"Как у ученого – мнение только одно: это крайне необходимо. Дело не в том, что открываются новые знания, не в том, что мы видим за этим будущее. Они реальны сейчас. Мы должны искать новые виды энергии, материалов. В этом развитие, — подчеркивает Виктор Вагин. — Без этого человек не будет человеком. Только так можно совершенствоваться".

Сами предприниматели считают, что они удачно выбрали место для развития своего проекта. Как резиденты бизнес-инкубатора Строгино они пользуются не только льготами, но и новыми возможностями.

"Подбирая такую площадку, лично несколько десятков компаний обзвонил и обошел еще несколько. Это площадка, на которой есть возможность встретиться трем "и": инвесторам, инноваторам, изобретателям. Таких площадок в Москве и области порядка шести. Москвич, Слава, Строгино, в Зеленограде. Сколково", — говорит Константин Верига.

Подобная схема поддержки инновационного бизнеса дает результаты. В Москве сотни фирм и организаций получили возможность быстро и с наименьшими затратами выйти на рынок новых технологий. Однако быстрый старт не решает всех проблем новаторства. Новая технология защищена четырьмя российскими патентами, но гарантии, что кто-то не начнет ее копировать, до сих пор нет.

"Можно не изобретать велосипед. Примерно все понятно. Безусловно, это инновационные технологии, это бизнес-инкубаторы, это промышленные кластеры, это защита интеллектуальной собственности. Что такое собственность "Эппл", "Майкрософт"? Это не здания, склады или железнодорожные ветки. Это интеллектуальная собственность. И ровно наоборот на просторах России. Актив – это только квадратные метры, кубические метры, площади, объемы. Пока мы не решим эту проблему, наверно, ничего не изменится", — считает Антон Беляков.

А пока наибольший интерес к новым отопительным системам проявляют не российские, а зарубежные заказчики. Особенно активны коммерсанты из Юго-Восточной Азии. Здесь быстро подсчитали эффект от использования энергии кавитационных пузырьков.

"В Корейской Республике, в Японии, в Китае процедура весьма упрощена. Там приходит инженер, заверяет, что это выгодно. Значит можно продавать и внедрять. Там нет длительной волокиты. Поэтому основные продажи за границу идут не в европейские страны, а в страны азиатского региона", — рассказал Константин Урпин.

Однако европейская мода на "зеленую" энергетику открывает перед столичными новаторами тоже хорошие перспективы. Сейчас идут консультации с бизнесменами Финляндии, Словакии, Венгрии, Швейцарии, Дании. Уже подписан долгосрочный контракт с коммерсантами из Румынии. Узнали о новых котельных и на другом конце земного шара. В далекой Бразилии, не смотря на теплый климат, тоже хотят пользоваться безопасным и дешевым теплом. Теплом Города будущего.