Альтернативные источники энергии

На пути широкого внедрения альтернативных источников энергии стоят трудно разрешимые экономические и социальные проблемы. Прежде всего это высокая капиталоемкость, вызванная необходимостью создания новой техники и технологии. Во-вторых, высокая материалоемкость : создание мощных ПЭС требует, к примеру, огромных количеств металла, бетона и т.д, В-третьих, под некоторые станции требуется значительное отчуждение земли или морской акватории. Кроме того, развитие использования альтернативных источников энергии сдерживается также нехваткой специалистов. Решение этих проблем требует комплексного подхода на национальном и международном уровне, что позволит ускорить их реализацию.

Рост цен на традиционные энергоносители (нефть и газ), несмотря на произошедшее в середине 1980-х годов резкое их понижение, возобновится и будет продолжаться по мере исчерпания ресурсов традиционных энергоносителей (относительно нефти последнее может случиться, по некоторым данным, уже через 50-70 лет, т.е. еще до истечения расчетного срока эксплуатации огромного числа уже существующих и строящихся капитальных зданий);

Учитывая рост потребностей в нефти и газе многих производственных технологий (прежде всего, быстро развивающейся химической промышленности), использование нефти, нефтепродуктов, а в скором будущем и газа в качестве топлива следует признать бесперспективным;

Развитие энергетики на базе угля и кокса сопряжено с неизбежным ухудшением экологической обстановки, т.к. безвредные технологии в данной области требуют чрезмерно больших капиталовложений;

Развитие гидроэнергетики будет иметь крайне ограниченные масштабы в силу сложности экологических проблем, возникающих при устройстве ГЭС;

Развитие атомной энергетики требует значительных трудовых, материальных затрат и сопряжено с повышенным риском возникновения аварий континентального масштаба (аналогичных Чернобыльской), что предполагает целесообразность постепенного свертывания АЭС вплоть до полного отказа от их использования в энергетике (например, в Швеции, где на АЭС получают до 50% всей энергии, принята государственная программа по свертыванию атомной энергетики к 2010 г. ; несмотря на дефицит энергии законодательно запрещено строительство АЭС в Дании); жизненно необходим скорейший переход к получению энергии на основе термоядерного синтеза (по прогнозам отечественных ученых, в промышленных масштабах этот переход может произойти не ранее 2030-х годов);

Выработку электроэнергии за счет традиционных методов сжигания топлива следует признать бесперспективным вследствие высокой ресурсоемкости данного способа производства (в среднем, на получение 1 усл. ед. электроэнергии затрачивается более 2.5 усл. ед. сжигаемого топлива, при этом к 2000 г. доля электроэнергии в мировом энергобалансе достигнет, по некоторым прогнозам, 18%);

Необходим и неизбежен форсированный переход на широкое использование альтернативных возобновляемых источников энергии: солнца, ветра, грунта, водоемов, биомассы и др. (так, в США к 2000 году предполагалось довести долю солнечной энергии в общем энергобалансе страны до 30%, а в Японии - до 70%);

Жизненно необходимы усиленные научные и инженерно-технические разработки в области альтернативной энергетики, наращивание масштабов их внедрения во все сферы жизнедеятельности, т.к. сегодня переориентация энергетики на преобладающее использование возобновляемых источников невозможна в силу низкой экономической эффективности имеющихся технологий: высокой стоимости при небольшом к.п.д. (например, в Дании, ориентирующейся на развитие ветроэнергетики, несмотря на ее экспериментально подтвержденную высокую экономическую эффективность, энергией с ветровых электростанций в обозримой перспективе рассчитывают обеспечить лишь 10% общей потребности; а в практике использования солнечной энергии экономически приемлемые результаты сегодня показывают лишь пассивные - не требующие монтажа специальных технических систем - средства ее утилизации, что наглядно, хотя и косвенно, выразилось значительным снижением в конце 1980-х годов объемов производства солнечных энергетических установок на основе гелиоколлекторов;

Основным источником энергии на ближайшую перспективу станет ее экономия: затраты на экономию 1 т. условного топлива в настоящее время в 2-3 раза меньше затрат на добычу эквивалентного количества дополнительного топлива.

Так, сегодня в России экономия и продажа 1% энергии может принести около 1 млрд. $ прибыли. А если учесть, что энергоемкость российских промышленного и строительного комплексов в 4-5 раз выше, чем в среднем в западных странах, можно говорить о фантастической эффективности капиталовложений в энергосберегающие мероприятия, и прежде всего, за счет продажи сэкономленной энергии. Например, в отечественном строительном комплексе резервы энергосбережения специалисты оценивают в 50-60% от общего потенциала.

Международный опыт показывает, что направление вырученных средств на технологические разработки в области энергосбережения, выплату льготных кредитов населению для проведения мероприятий по снижению энергопотребления и т.п. дает возможность существенного и безболезненного сокращения энергозатрат, повышения эффективности и одновременно удешевления технологий по использованию альтернативных источников энергии.

Необходимо отметить, что глобальные качественные изменения среды обитания человека и его образа жизни, в наибольшей степени должны определяться не столько новым строительством, сколько реконструкцией уже существующего фонда недвижимости: в максимальной степени актуальна проблема энергетической реконструкции именно существующих архитектурных и градостроительных объектов, эксплуатация которых и привела к известным последствиям. Эти реконструктивные мероприятия, очевидно, должны приобрести первостепенное значение в современном архитектурно-строительном процессе, стать приоритетным направлением экономической политики, проектной и строительной деятельности, и прежде всего, в России, где в условиях финансовой нестабильности и слишком затянувшегося процесса перераспределения собственности остаются пока неясными экономические механизмы решения проблемы: отсутствие инвестиций на соответствующие современным требованиям реконструктивные мероприятия (во многом это связано с недостаточной гибкостью новых или непригодностью устаревших нормативных документов и требований, в том числе по вопросам охраны культурного наследия), недостаточная компетентность подавляющего числа занятых в строительстве специалистов обусловливает слабую разработанность проблемы, как на теоретическом, так и на практическом уровне.

Приоритетность реконструктивных мероприятий целесообразна еще и в силу существенно меньшей, относительно нового строительства, стоимости при высокой экономической эффективности капиталовложений, что особенно важно в условиях жесткого и, по-видимому, длительного финансового дефицита, имеющего место в России. Так, энергетическая реконструкция "хрущевок", ведущаяся в Литве при участии датских специалистов, дала ошеломляющие результаты: в среднем, комплекс мер по энергосбережению в одной квартире обходится приблизительно в 6000 $, но при этом доход от сокращения эксплуатационных затрат составляет около 4000 $ в год! То есть, срок окупаемости затрат в данном случае равен 1.3 года, что является очень высоким показателем для современного строительства, где окупаемость капиталовложений наступает, в среднем, через 5-8 лет. Такую же высокую эффективность - со сроками окупаемости от 1.5 до 3-х лет показывают мероприятия по реконструкции и замене систем инженерного обеспечения (в основном, отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха) общественных и производственных зданий. Однако, значимым экономическим стимулом энергосбережение может стать только при отмене государственных дотаций на оплату коммунальных услуг: к примеру, в 1992 году население России платило за тепло только 3%, а за электричество - только10% от реальной стоимости, что, понятно, слабо стимулирует действия населения по сокращению энергопотребления.

Кроме того, в современных условиях, характеризующихся тенденцией к неизбежному росту стоимости энергоносителей, при оценке энергоэффективности зданий существенное значение стали приобретать показатели энергозатрат на производство и транспортировку строительных материалов и конструкций, определяя проектную стратегию их выбора в направлении снижения массы и энергоемкости.

Энергия биомассы

Понятие «биомасса» относят к веществам растительного или животного происхождения, а также отходам, получаемым в результате их переработки. В энергетических целях энергию биомассы используют двояко: путем непосредственного сжигания или путем переработки в топливо (спирт или биогаз). Есть два основных направления получения топлива из биомассы: с помощью термохимических процессов или путем биотехнологической переработки. Опыт показывает, что наиболее перспективна биотехнологическая переработка органического вещества. В середине 80-х годов в разных странах действовали промышленные установки по производству топлива из биомассы. Наиболее широкое распространение получило производство спирта.

Одно из наиболее перспективных направлений энергетического использования биомассы – производство из неё биогаза, состоящего на 50-80% из метана и на 20-50% из углекислоты. Его теплотворная способность – 5-6 тыс. ккал/м3 .

Наиболее эффективно производство биогаза из навоза. Из одной тонны его можно получить 10-12 куб. м метана. А, например, переработка 100 млн. тонн такого отхода полеводства, как солома злаковых культур, может дать около 20 млрд. куб. м метана. В хлопкосеющих районах ежегодно остается 8-9 млн. тонн стеблей хлопчатника, из которых можно получить до 2 млрд. куб. м метана. Для тех же целей возможна утилизация ботвы культурных растений , трав и др.

Биогаз можно конвертировать в тепловую и электрическую энергию, использовать в двигателях внутреннего сгорания для получения синтезгаза и искусственного бензина.

Производство биогаза из органических отходов дает возможность решать одновременно три задачи: энергетическую, агрохимическую (получение удобрений типа нитрофоски) и экологическую.

Установки по производству биогаза размещают, как правило, в районе крупных городов, центров переработки сельскохозяйственного сырья.

Энергоэффективные приборы

Вырабатываемая автономной энергосистемой электроэнергия имеет сравнительно высокую цену.

Поэтому, нужно принимать все возможные меры для сохранения энергии и уменьшения её потребления.

Для этого, нужно использовать энергоэффективные приборы, т.е., приборы потребляющие минимум энергии для получения определённого результата — будь то освещение, охлаждение продуктов или нагрев и отопление.

Экономия энергии является наиболее экономически выгодным методом увеличить полезное энергопотребление.

Например, экономия одного кВт часа электроэнергии обойдётся вам гораздо дешевле, чем увеличение мощности фотоэлектрической батареи или ветроустановки (не говоря уже о постоянных дополнительных затратах на топливо, если вы используете жидкотопливный генератор) для выработки этого дополнительного кВтч.

Некоторые советы для уменьшения потребления электроэнергии
без ухудшения качества жизни.
  • Нужно стараться максимально использовать приборы постоянного тока; в этом случае, вы избежите потерь на преобразование энергии в инверторе (это — от 10 до 40%), сможете использовать инвертор меньшей мощности, а может, обойдётесь и вообще без него.

  • Для уменьшения расхода электроэнергии на освещение, необходимо применять компактные люминисцентные лампы. Если у вас большой дом или участок и протяжённая электропроводка, можно использовать компактные люминесцентные лампы напряжением 220В. Сейчас они есть почти во всех магазинах, торгующих электроприборами.

  • Если же у вас есть возможность проложить отдельную проводку постоянного тока, то лучше использовать специальные компактные люминесцентные лампы напряжением 12 В. Мы предлагаем такие лампы мощностью от 12 Вт со стандартным цоколем E27, что позволяет использовать их в обычных светильниках и люстрах.

  • Многие бытовые приборы имеют блоки дистанционного управления и таймеры. Такие блоки есть почти во всех современных телевизорах, музыкальных центрах, СВЧ-печах, и т.д. Эти блоки постоянно потребляют энергию (около 2-4 Вт).

    Теперь, представьте, что у вас несколько таких приборов постоянно включены в сеть. Во-первых, ваш инвертор будет постоянно работать с минимальной нагрузкой, а в таком режиме он имеет очень низкий КПД (около 10-20%).

    Многие современные инверторы имеют ждущий режим, который бывает, при отсутствии нагрузки, и, при этом, инвертор потребляем намного меньше (в десятки раз) энергии, чем в режиме холостого хода.

    Поэтому, если вы выключаете приборы более чем на, скажем, час, не поленитесь выключить их через основной выключатель-кнопку, а не с пульта дистанционного управления. Если у какого-то конкретного прибора нет общего основного выключателя, нужно будет запитать его через специальный выключатель.

  • Если в вашем доме — печное отопление, то мы очень рекомендуем, для более экономного сжигания дров и угля, использовать, так называемые, печи длительного горения.

    В таких печах, за счёт особой конструкции, дрова горят очень медленно, практически тлеют. Благодаря этому, одной загрузки хватает на несколько (8-10) часов, а дрова расходуются очень экономно.

    Если интегрировать такую печь в систему центрального отопления, то вы получите удобную и лёгкую в обслуживании систему отопления всего вашего дома.

  • При этом, не забывайте использовать элементы пассивного солнечного отопления здания, этим вы значительно снизите расходы на отопление вашего дома.

Солнечные коллекторы и системы

В среднем, по году, в зависимости от климатических условий и широты местности, поток солнечного излучения на земную поверхность составляет от 100 до 250 Вт/м2, достигая пиковых значений в полдень, при ясном небе, практически в любом (независимо от широты) месте, около 1000 Вт/м2.

В условиях средней полосы России, солнечное излучение «приносит» на поверхность земли энергию, эквивалентную примерно 100-150 кг у.т./м2 в год.

Практическая задача, стоящая перед разработчиками и создателями различного вида солнечных установок, состоит в том, чтобы наиболее эффективно «собрать» этот поток энергии и преобразовать его в нужный вид энергии (теплоту, электроэнергию), при наименьших затратах на установку.

Простейшим и наиболее дешёвым способом использования солнечной энергии является нагрев бытовой воды в, так называемых, плоских солнечных коллекторах.

Принцип работы солнечной водонагревательной установки

Круглогодичная солнечная водонагревательная установка СВУ (см. Рис.) состоит из солнечного коллектора и теплообменника-аккумулятора.

Через солнечный коллектор циркулирует теплоноситель (антифриз).

Теплоноситель нагревается в солнечном коллекторе энергией солнца и отдаёт затем тепловую энергию воде, через теплообменник, вмонтированный в бак-аккумулятор.

В баке-аккумуляторе хранится горячая вода, до момента её использования, поэтому, он должен иметь хорошую теплоизоляцию.

В первом контуре, где расположен солнечный коллектор, может использоваться естественная или принудительная циркуляция теплоносителя.

В бак-аккумулятор может устанавливаться электрический или какой-либо другой автоматический нагреватель-дублёр.

В случае понижения температуры в баке-аккумуляторе ниже установленной (продолжительная пасмурная погода или малое количество часов солнечного сияния зимой) нагреватель-дублёр автоматически включается и догревает воду до заданной температуры.