Для победы над жарой не обязательно быть энергетическим вампиром. Есть лучший способ охлаждения, как уже делают во многих городах
Генри Грабарь (Henry Grabar)
10 лет назад, 14 августа 2003 года, произошло отключение электроэнергии в восьми штатах США и канадской провинции Онтарио. Пострадали пятьдесят пять миллионов человек, от Анн-Арбора до Нью-Хейвена, от Балтимора до Гудзонова залива. В то время это было вторым по величине отключением в истории.
Непосредственная причина катастрофы была банальной: сбой в системе аварийной сигнализации энергетической компании FirstEnergy в Огайо. Но за этой неисправностью стояла энергосистема, перегруженная летним использованием энергии и, в частности, ослабленная огромным количеством работающих кондиционеров.
Статистика потребления энергии на кондиционирование воздуха в США ошеломляет. По словам Стэна Кокс, автор книги «Losing Our Cool», сегодня мы используем примерно столько же электроэнергии для охлаждения наших домов и офисов, сколько мы тратили на все в 1955 году. В крупных городах в самые жаркие месяцы лета на кондиционирование может приходиться треть всего потребления электроэнергии. Десять процентов мировой электроэнергии используется для кондиционирования воздуха, а с тремя такими факторами, как глобальное потепление, урбанизация и роста мировых стандартов жизни, ожидается резкий рост использования кондиционеров. Как указывается в исследовании Майкла Сивака (Michael Sivak) 2009 года, 38 из 50 крупнейших городов мира находятся в тропиках. Только потенциально необходимая энергия для охлаждения Мумбаи может равняться 24 процентам спроса по всей территории Соединенных Штатов.
Оказывается, что есть лучший способ охлаждения зданий: сделать холод, как газ и электричество, муниципальным распределяемым товаром. В десятках городов по всему миру кондиционирование воздуха распределяется в виде ледяной воды по трубопроводам под улицами, как питьевая вода. Все, что нужно сделать в здании — это подключиться.
Технология, получившая название централизованного холодоснабжения, не нова — одной из таких систем в Хартфорде, штат Коннектикут, исполнилось 50 лет в прошлом году — но её использование находится на подъёме. В авангарде этого движения города с источником холода, который остается таковым в течение летних месяцев: артезианской воде. Как купающийся на глубине пловец, города используют холодную воду, чтобы охладиться.
Прибрежный Стокгольм, несмотря на высокую среднюю июльскую температуру в 72 градуса, представляет собой хороший пример в охлаждении, место паломничества для инженеров, руководителей энергетических департаментов, мэров городов со всего мира. Это не то, что шведы хотели, чтобы «раскрутить» кондиционирование воздуха: Современные офисные здания, забитые выделяющими тепло людьми, освещением, компьютерами и механическим оборудованием — и изолированные от наружного воздуха — часто требуют кондиционирования круглый год. Они нагреваются даже во время шведской зимы.
В начале 1990-х, Стокгольм сотрудничал с финской энергетической компанией Fortum, чтобы построить систему, которая бы задействовала морскую воду для охлаждения зданий в центре города.
Сегодня, Стокгольм имеет более чем 150 миль трубопроводов с холодной водой, самую длинную систему централизованного холодоснабжения в мире. Холодная вода (43 по Фаренгейту), взятая со 100 футовой глубины Балтийского моря, поглощает тепло от торговых центров, офисных зданий и центров обработки данных. К тому времени, как вода остудила центр Стокгольма, её температура поднимается до 61 градуса. Централизованное холодоснабжение Стокгольма в два раза электрически более эффективно, чем нормальное кондиционирование воздуха, а в стране с высокой стоимостью электричества это делает его значительно дешевле для подключенных зданий.
Такие системы имеют и другие преимущества, что обусловлено эффектом масштаба. В городе Париже, где общий объём централизованного охлаждения может соперничать с таковым в Стокгольме, теперь использует воду из Сены, чтобы обслужить более 80 процентов зданий с центральным охлаждением. Только в зимние месяцы вода естественным образом достаточно холодна, чтобы обеспечить то, что называется «свободным охлаждением», но город всё равно использует на 35 процентов меньше электроэнергии, чем аналогичные системы автономных устройств. И потому что Париж замораживает воду в ночное время, он смещает использование электроэнергии из перегруженной дневной сетки. На шведской конференции по охлаждению в 2009 году, Climespace, компания, которая управляет сетью Париже, заключила, что она уменьшает парниковый эффект в годовом эквиваленте 58 000 тонн СО2. Это равносильно удалению 11000 автомобилей из пределов кольцевой автодороги каждый год.
Когда мы думаем о городском климат-контроле, зрелище часто более гламурное, чем сеть трубопроводов. Бакминстер Фуллер лихо представил укрывание Манхеттена огромным прозрачным куполом, и эта концепция сохраняет свою привлекательность в народном воображении, отшлифованная в фильмах «Шоу Трумана» и ТВ-шоу «Под куполом». В 2009 году купол был предложен в качестве экологической панацеи для города Хьюстона. Ни один из этих экологически регулируемых миров не был осуществлён, и мы остались с местами вроде Krausnick’s Tropical Island Resort, Cornwall’s Eden Project и Ski Dubai.
Однако, несмотря на нашу неспособность жить в научно фантастических визуально привлекательных ожиданиях, общегородское распределение тепла началось почти 150 лет назад, с паропроводов крошечного Локпорта, Нью-Йорк. Когда New York Steam принёс централизованное паровое отопление в Нью-Йорк в 1881 году, 225-футовая котельная была одним из самых высоких зданий города, и концепция паропроводов под городскими улицами для отопления зданий считалось достаточно инновационной, чтобы попасть на обложку ноябрьского выпуска Scientific American в том году.
Централизованное теплоснабжение в настоящее время относительно распространено в густонаселенных городских районах. В Копенгагене, который имеет одну из самых обширных сетей в мире, центральное отопление греет 98 процентов города. Благодаря своей экологической и экономической эффективности, централизованное теплоснабжение было приоритетом дальновидных градостроителей от Токио до Рейкьявика.
Теперь районное охлаждение является «горячей» новостью. Центральные районы города, подключенные к централизованному теплоснабжению век назад, начали подключать к централизованным системам охлаждения, с мотивацией типа усовершенствованных технологий охлаждения, запрета на CFC, высоких счетов за электроэнергию и роста экологического сознания. От Японии до Дубая и Чикаго, районное охлаждение является более популярным, чем когда-либо.
Почему не в каждом жарком городе есть эта технология? Ответ, конечно, это деньги. Ни один город или компания не возьмут на себя проект, если он не может принести прибыль, а трубы и холодильные установки — это большая инфраструктура. Могут потребоваться десятилетия, чтобы получить значительную отдачу от инвестиций. Если вы не живете в районах диктатур, типа Сингапура, дружественных к охлаждению, то ни защита окружающей среды, ни электрическая эффективность ничего не построят. Городам и компаниям нужно перевести эти преимущества в прибыль для инвесторов и избирателей и в стройматериалы.
Это обычно не то, что город может сделать в одиночку. «Я не вижу городов, способных самостоятельно провести строительство», говорит Торнтон. «Города могут быть лидерами, хозяевами, могут помочь в организации рынка. Они могут выбрать строительные компании, предпочтительные для владельцев зданий, чтобы подписаться на подобную систему. Но это капиталоёмкое мероприятие». Система охлаждения Стокгольма, которой исполняется 20 лет в следующем году, «только начинает окупаться», Кристер Боберг ( Christer Boberg), менеджер по производству компании Fortum, сказал мне на этой неделе. Планы по системе охлаждения Гонолулу морской водой сдерживаются финансовыми трудностями.
Также может быть трудно сделать надёжную финансовую основу, когда будущее цен на электроэнергию так туманно. «Вы не знаете, какими будут электрические нормы в будущем», сказал мне Эдвин Коуэн (Edwin Cowen), профессор гражданской и экологической инженерии в Университете Корнелла, который состоит в консультативном комитете проекта охлаждения. «Как будет выглядеть энергетический баланс в 2030 году?» Если цены растут — или этому поспособствует налог на выбросы углерода — то график прибыльной системы охлаждения может сократиться с 20 лет до пяти.
Но в то время как муниципальные органы власти, как правило, не желают брать на себя долгосрочные проекты, такие как централизованное холодоснабжение, меньшие и более проворные учреждения — как университеты, медицинские центры и крупные частные строители — приняли концепцию. В то же время, как Fortum укладывала трубы холодной воды под Стокгольмом, инженеры Корнелла предложили систему стоимостью $ 55 млн для охлаждения классных комнат и лабораторий озёрной водой.
Завершённая в 2000 году, система превратила существующую подземную сеть охлаждения в Корнелле в то, что является почти вечной машиной для кондиционирования воздуха. Холодная вода с 250 футовой глубины озера Каюги охлаждает систему труб университета, прежде чем вернуться, на несколько градусов теплее, к озеру. (. Вы можете прочитать больше о технических деталях системы на их веб-сайте). Озерный источник охлаждения, как его называют, предоставляет кампусу 86-процентное сокращение использования энергии по сравнению с предыдущей — уже эффективной — системой централизованного холодоснабжения. И, в отличие от Стокгольма, который должен время от времени использовать тепловые насосы для охлаждения воды Балтийского моря в течение летних месяцев, Корнелл полностью охлаждается озёрной водой круглый год.
Поскольку самые эффективные системы централизованного холодоснабжения используют уникальные природные активы — как озеро Каюги или Балтийское море — они не так легко повторяются. Но модель складывается: если есть глубокая, холодная вода недалеко от города, это может быть хорошим источником охлаждения.
В Торонто система убивает двух зайцев одним выстрелом. Питьевая вода в Торонто, которая приходит из глубины озера Онтарио, поступает в резервуары города с 39-градусной температурой, от которой ваши зубы заноют. Тогда Enwave, компания, которая разработала городскую систему охлаждения в 2004 году, использует её, чтобы охладить около 25 миллионов квадратных метров офисных площадей. Подогретая в разумных пределах, вода распределяется по местным резервуарам, а оттуда к кранам жаждущих жителей Торонто. 27-этажное офисное здание Metro Hall в центре Торонто, с использованием охлаждения озёрной водой (Deep Water Lake Cooling), сохраняет энергию, достаточную для питания 300 домов. Это одно из десятков таких зданий.
Город Торонто, инвестор проекта, продал свою долю в Enwave в прошлом году с прибылью в размере $ 100 000 000. Покупатель — Brookfield Asset Management, компания, чьи здания в центре Торонто перешли на эту систему, когда она была впервые введена.
«Они были настроены категорически враждебно», вспоминает генеральный директор Enwave Деннис Фотинос ( Dennis Fotinos).