Использование систем тригенерации для повышения энергоэффективности и устойчивости вычислительных комплексов

В статье рассматриваются теоретические и практические аспекты применения систем тригенерации, интегрированных с возобновляемыми источниками энергии, предназначенных для энергоснабжения центров обработки данных и других вычислительных комплексов. Цель исследования - обоснование технической, энергетической и экономической целесообразности применения солнечных тригенерационных систем для повышения энергоэффективности и устойчивости вычислительных комплексов. На примере автономного объекта в Крыму демонстрируется возможность одновременной генерации электроэнергии, тепла и холода с использованием солнечных фотоэлектрических панелей, вакуумных гелиоколлекторов и абсорбционной холодильной машины. Задачи исследования: разработка математической модели тригенерационной системы; оценка энергетического баланса с учётом сезонной изменчивости; определение оптимальной конфигурации оборудования; технико-экономический анализ. Методы исследования: моделирование фотоэлектрической подсистемы, вакуумных гелиоколлекторов, абсорбционной бромистолитиевой холодильной машины на основе уравнений баланса энергетических потоков; расчёт срока окупаемости, внутренней нормы доходности, капитальных и эксплуатационных затрат. Статья обосновывает целесообразность внедрения подобных систем в южных регионах России и других территориях с высоким уровнем солнечной инсоляции. Ключевым преимуществом описанного подхода является синергетический эффект. Избыточная электроэнергия от фотоэлектрических панелей направляется на абсорбционную машину, производящую холод для кондиционирования серверных залов, что критически важно для их работы. Тепловая энергия от гелиоколлекторов используется для покрытия бытовых нужд и поддержания температурного режима в межсезонье. Интеллектуальная система управления обеспечивает приоритетное использование «зелёной» энергии, а резервирование за счёт традиционных сетей минимизировано. Это позволяет не только достичь высокой степени энергонезависимости, но и значительно снизить углеродный след объекта. Полученные результаты: интеграция солнечных установок с абсорбционной бромистолитиевой холодильной машиной позволила сократить потери тепловой энергии на 66,1%, вырабатывать 8,2 МВт·ч холода в год, повысить автономность объекта с 68% до 89%, достичь срока окупаемости 4,3 года и внутренней нормы доходности 18,5%. Таким образом, предлагаемое решение является технологически и экономически эффективным, способствуя устойчивому развитию энергоёмких цифровых инфраструктур.

1. Тыбинь А. Будущее дата‑центров: рост энергопотребления и вызовы для отрасли // Коммерсантъ: электрон. газ. — 2024. — 15 июля.

2. Smith J. R. Sustainable Cooling Solutions for Data Centres / J. R. Smith, L. M. Brown // Energy Efficiency Journal. — 2021. — Vol. 14, No. 5. — P. 412–425.

3. Какушина Е. Г. Комплексный анализ региональных энергосистем с применением систем тригенерации и возобновляемых источников энергии / Е. Г. Какушина, Н. М. Шайтор, Б. А. Якимович // Актуальные проблемы электроэнергетики: сборник научно‑технических статей. — Нижний Новгород, 2025. — С. 271–282.

4. Литовка М. А. Тригенерация. Принцип работы и условия применения / М. А. Литовка // Технические и математические науки. Студенческий научный форум: сборник статей по материалам XLVI студенческой международной научно‑практической конференции. — Москва, 2022. — С. 30–32.

5. Ильичев В.Ю., Кусачева С.А., Лыков И.Н. Исследование характеристик фотоэлектрических солнечных панелей // Экология урбанизированных территорий. 2022. № 2. С. 34–39. DOI: 10.24412/1816-1863-2022-2-34-39.

6. Бекиров Э. А., Велиляев С. М. Определение эффективности работы солнечного коллектора // Агротехника и энергообеспечение. — 2021. — № 4 (33). — С. 8–15.

7. Галузин Т. А., Джамалов Н. К. Обзор методов определения ёмкости и уровня заряда аккумуляторов // Проблемы науки. — 2020. — № 4 (52). — С. 21–24.

8. Кадочникова А. С., Чигирев А. В. Расчёт абсорбционной холодильной машины // XIV Всероссийская научно-практическая конференция молодых учёных «Россия молодая». Кемерово: Кузбасский государственный технический университет имени Т. Ф. Горбачёва, 2022. С. 021208.1–021208.3

9. Мереуца Е. В., Сухих А. А. Анализ энергетической эффективности включения теплонасосной установки и солнечных коллекторов в состав абсорбционных холодильных машин в системах централизованного кондиционирования // Вестник Международной академии холода. — 2017. — №2. — С. 43–49.

10. Вишневский Е. П. Рекуперация тепловой энергии в системах вентиляции и кондиционирования воздуха // С. О. К. — 2004. — №11. — С. 90–101.

11. Соснина Е. Н., Шалухо А. В., Липужин И. А., Кечкин А. Ю., Ворошилов А. А. Повышение эффективности децентрализованных систем электроснабжения // Труды НГТУ им. Р. Е. Алексеева. 2018. №3 (122). С. 81–91.

12. Юсупов Р.Д., Зиганшин Ш.Г., Политова Т.О., Базукова Э.Р. «Применение солнечной энергии для нужд горячего водоснабжения в городе Казань» // Вестник Казанского государственного энергетического университета. 2022. Т. 14. № 2 (54). С. 48–58.

13. Якимович Б. А. Перспективы развития распределённой энергетики в условиях полуострова Крым / Б. А. Якимович, Е. Г. Малюк, Е. Г. Какушина // Энергетические установки и технологии. — 2023. — Т. 9, № 1. — С. 91–98.

14. Какушина Е. Г. Системы тригенерации юных регионов России с использованием возобновляемых источников энергии / Е. Г. Какушина, Б. А. Якимович, Н. М. Шайтор // Электроника, фотоника и киберфизические системы. — 2025. — Т. 5, № S3. — С. 66–82.

15. Какушина Е. Г. Инновационные методы генерирования и преобразования энергии / Е. Г. Какушина // Энергетические установки и технологии. — 2023. — Т. 9, № 3. — С. 54–57.

16. Нуралиев С. У., Маилян Д. А. Экономика и финансы энергетики: учебник для вузов / С. У. Нуралиев, Д. А. Маилян. — М.: Издательский дом МЭИ, 2015. — 424 с.

17. Ефремова С. А. Внедрение тригенерационных установок как способ повышения эффективности энергосистем / С. А. Ефремова, А. Н. Зацепина // Молодой учёный. — 2021. — № 20 (362). — С. 80–83.

18. Маларев В. И. Система тригенерации как средство повышения эффективности бинарных комплексов для производства электрической и тепловой энергии / В. И. Маларев, И. А. Богданов, А. В. Турышева // Промышленная энергетика. – 2020. – № 3. – С. 21–27.

19. Волков Э. П. Перспективы развития и модернизация электроэнергетики России / Э. П. Волков, А. Н. Шишкин // Известия Российской академии наук. Энергетика. – 2012. – № 4. – С. 3–17

20. Панцырная Т. В., Парабин В. А., Дьяков А. В. «Тригенерация как способ повышения энергетической эффективности» // Стратегические решения и рискменеджмент. 2013. №6. С. 82–87.

21. Томаров Г. В. Использование критериально‑параметрического подхода при выборе оборудования когенерационных установок в инвестиционных энергетических проектах / Г. В. Томаров, А. А. Шипков, В. А. Буданов // Энергосбережение и водоподготовка. – 2009. – № 2 (58). – С. 13–16.

22. Пехова Е. А. Концепция развития электроэнергетики России на основе теории энергетических укладов / Е. А. Пехова, Е. В. Сухарева // Вопросы экономики и права. – 2024. – № 3 (189). – С. 72–76.