Альтернативные источники энергии
Регулярное использование стандартных источников энергии приводит к их постепенному истощению. Причина состоит в том, что данные ресурсы формировались на протяжении длительного времени, и быстрому восстановлению не подлежат. С учетом того, что они создавались стихийно на протяжении миллионов и миллиардов лет, человечество на их пополнение рассчитывать не может.
Поэтому сейчас за основу взяты энергосбережение и энергоэффективность, о чем можно почитать в нашей статье. В этих условиях актуальным становится вопрос использования альтернативных источников энергии, преимуществом которых является их самостоятельное возобновление.
Общее представление об альтернативной энергии
Под альтернативной энергией понимаются природные явления, характерная черта которых — их регенерация. Если к невозобновляемым ресурсам относятся нефть, уголь, газ, то альтернативные варианты гораздо шире. Это многие явления природы: солнечная энергия, сила ветра, приливы и отливы.
Альтернативные источники энергии имеют большое количество преимуществ, которые состоят в следующем:
- Экологичность. Недаром они еще носят название «зеленые». Если при сжигании угля или нефти идут большие выбросы в атмосферу, то в данном случае они отсутствуют, и не загрязняется атмосфера.
- Доступность. Нет необходимости в поиске месторождений, поскольку часто альтернативные виды энергии лежат на поверхности.
- Экономия. Используемая энергия имеет очень низкую себестоимость.
Если рассматривать недостатки, то тут следует отметить зависимость от погоды и невысокий коэффициент полезного действия использования энергии.
Солнечная энергия
Солнечное излучение — мощный энергетический ресурс Земли. Правильное его использование дает возможность вести преобразование солнечного потока в тепловую и электрическую энергию. Небесное светило имеет возможность не только покрывать светом нашу планету, но и при правильном использовании излучения обеспечивать электрические сети достаточным количеством энергии.
Использование солнечной энергии ведется следующими способами:
- Освещение. Это очень эффективно проявляется при уличном освещении. Установленные беспроводные светильники используют в качестве энергии солнечный свет. Для этого, сначала, происходит его преобразование в электричество, которое на протяжении дня накапливается в аккумуляторах. В ночное время происходит его отдача.
- Отопление. Чтобы отопить дом, на крыше устанавливаются специальные панели способные поглощать солнечные лучи. Затем происходит их преобразование в тепловую энергию, с помощью которой ведется нагрев котла. Подобные панели можно использовать также для выработки электрической энергии с целью освещения помещения. Такое оборудование обеспечивает высокую степень экономии.
- Приведение в движение транспорта. В данном случае используется наиболее инновационный вариант, основанный на выработке фотоэлектрической энергии. Как результат в движение приводятся поезда, автомобили, автобусы и даже самолеты.
- Для мобильных устройств. Очень удобным вариантом является использование солнечной энергии для зарядки мобильных портативных электронных аппаратов. Для этого в телефонах, планшетах или электронных книгах устанавливаются специальные батареи способные накапливать в себе солнечную энергию, что является большим удобством для их пользователей.
Солнечное изучение относится к очень дешевому источнику энергии, поэтому ее использование является инвестированием в будущее.
Ветроэнергетика
Ветры, дующие на нашей планете, выдают столько энергии, сколько не могут обеспечить более 100 протекающих рек. Захватываемый турбинами воздушный поток преобразовывается там сначала в механическую, а затем и электрическую энергию. В качестве основного оборудования используются ветрогенераторы, состоящие из генератора, лопастей и системы управления. Вращение лопастей осуществляется под давлением воздушного потока. Подаваемая на генератор механическая сила преобразуется в электрическую энергию.
Преимущества использования передвижения воздушных масс выражаются в следующим:
- Выработка экологически чистого источника энергии. Работающее оборудование совершенно не загрязняет окружающую атмосферу.
- Низкие расходы. После установки оборудование нуждается только в обслуживании, поскольку для его работы не требуется топливо.
- Неисчерпаемость ресурса. Ветры дуют с самого начала существования планеты и этот процесс никогда не заканчивается.
К некоторому недостатку можно отнести потребность быстрого перемещения воздушных масс. Чтобы генератор работал нормально, скорость ветра должна составлять порядка 12-25 м/с и это является основным условием эффективности функционирования оборудования.
Гидроэнергетика
Движение воды обладает огромным ресурсом. Особенно это касается рек, где присутствует сильное течение. Чтобы использовать такую энергию, строятся гидроэлектростанции, в состав которых входят следующие компоненты:
- Дамба. Это земляное или каменное перекрытие, сдерживающее напор воды.
- Водозабор. Установленное на дамбе сооружение для отбора из водохранилища жидкости.
- Турбина. Механизм, вращающийся под напором воды и передающий механическую энергию на генератор.
- Генератор. Основной агрегат, производящий электрическую энергию.
Преимущества функционирования ГЭС состоят в следующем:
- Высокая экономическая эффективность и производительность. ГЭС работает без высоких эксплуатационных затрат.
- Надежность. Выражается это в способности работы ГЭС на протяжении многих десятков лет вне зависимости от изменений погоды.
- Чистота производства. При выработке энергии совершенно не загрязняется атмосфера.
- Управляемость. В случае необходимости всегда есть возможность сократить выработку электроэнергии при уменьшении на нее спроса.
Строительство ГЭС относится к сложному и дорогому процессу, но вырабатываемая электроэнергия имеет небольшую цену.
Энергия волн
Энергия волн также относится к неисчерпаемому источнику энергии, потому что их движение происходит постоянно. Волнообразование возникает под влиянием солнечных лучей, которые нагревают водную гладь, вызывая этим волнение поверхности. В дополнение к этому на величину волн влияют порывы ветра.
Для использования такого источника энергии применяются специальные установки. В состав конструкции входят камеры, нижней частью погруженные в воду, а удержание их на поверхности происходит за счет наличия поплавков, наполненных искусственным атоллом. Это буй-генератор, позволяющий аккумулировать энергию морских волн и вести дальнейшую их передачу на станцию, где она преобразовывается в электричество.
Преимущества такого оборудования выражаются в следующем:
- Монтаж конструкции возможен прямо на мостовых опорах, которые воспринимают на себя удары волн.
- Высокая эффективность. При достаточном волнении моря она выше, чем у ветрогенераторов.
Присутствие такой установки также позволяет заменить монтаж волногасителей, поскольку они представляют собой надежную преграду от движущихся валов.
Приливы
Под воздействием гравитационных сил планет и в первую очередь Луны уровень моря постоянно изменяет свое положение. Это выражается в формировании приливов и отливов, что влечет за собой появление течений, которые используются для генерации энергии. Обычно такие явления больше преобладают в прибрежных районах, поскольку там течение обладает особой силой. Именно поэтому монтаж установок ведется вдоль береговой линии. Используемое оборудование бывают 3 типов:
- Приливные турбины. Такие агрегаты представляют собой подводные мельницы. Расположенные в них турбины вращают водные потоки, а затем механическая энергия передается на генератор для выработки электрического тока.
- Приливные заграждения. Это огромные строительные конструкции, внешне напоминающие ГЭС, но больших размеров, поскольку они должны полностью перекрыть лиман или залив. Принцип действия заключается в переливе воды через плотину во время прилива и пропуска ее сквозь открывающиеся створки с вращением турбин при отливе.
- Приливные лагуны. Такие конструкции представляют собой также приливные заграждения, но меньших размеров. Фактически это электростанции, установленные на небольшой территории моря или океана.
Основным преимуществом такого возобновляемого источника энергии является его предсказуемость. Приливы и отливы будут происходить всегда, пока существует океан.
Гидротермальная энергия
На сегодняшний день геотермальная энергетика получила очень широкое распространение. Фактически данный метод открывает неограниченные возможности получения дешевого электричества. Его суть заключается в использовании тепловых источников, исходящих из недр Земли практически от самого ядра, раскаленного до температуры 3600⁰. Принцип добычи такого вида альтернативной энергии заключается в бурении скважин, через которые прорывается на поверхности тепло в виде пара, вращающего установленные турбины.
Отдельной разновидностью гидротермального источника является петротермальная энергетика, когда используется тепло сухих горных пород. Здесь за основу берутся такие данные как увеличение температурных показателей по мере отдаления от поверхности Земли. Это в среднем составляет 0,02° на метр. На отдельных участках местности при бурении скважин до 5 км температура может повыситься на 100°.
Петротермальные источники использовать намного удобнее, потому что они располагаются практически в любом месте. При этом гидротермальная энергия может быть найдена только в скрытых зонах вулканической деятельности. Это влечет за собой дополнительные трудности, связанные со сложностью доступа к источнику тепла.
При добыче гидротермальной энергии применяются следующие методы:
- Традиционный. Используется в тех случаях, когда по скважинному каналу к источнику тепла имеется прямой доступ.
- Фонтанный. За счет скопившегося в недрах земли пара излияние энергии происходит самостоятельно.
- С использованием насосных станций. Он применяется тогда, когда самостоятельный выход энергии отсутствует.
- Геоциркуляционный. Особенностью этого метода является то, что после отработки ресурса он обратно отправляется в недра Земли.
Большие запасы тепловой энергии, подаваемой на поверхность Земли, дают возможность экономить традиционное топливо, запасы которого с течением времени исчерпываются.
Биотопливо
Под биотопливом понимается биологическая масса, обработанная специальным термохимическим способом. В зависимости от своего агрегатного состояния оно бывает 3 типов:
- Твердое. Сюда относятся биотопливные брикеты. Это биоотходы, сырьем для которых является навоз или птичий помет. На основании разработанной технологии изготовление ведется путем просушки материала и дальнейшего его прессования. Другим вариантом твердого биотоплива являются гранулы, которые еще называются пеллетами. Для их производства используются отходы древесины в виде опилок, коры или щепы, а также может применяться солома.
- Жидкое. Сюда относятся такие вещества как биобутанол и биометанол, которые получаются из растительного сырья: хлопка, водорослей, рапса, сои. Полученное топливо используется для заправки двигателей.
- Газообразное. Это биогаз и биоводород. В первом случае сырьем выступают бытовые отходы, водоросли или трава. Биоводород получается путем проведения биотехнологических, биохимических или термохимических реакций.
Использование альтернативных источников энергии относится к настоятельной необходимости. Человечество с каждым годом потребляет все больше ресурсов, и этот процесс постоянно возрастает. Если сейчас не задуматься о будущем, то такое положение дел может закончиться катастрофой. Именно поэтому нужно переходить от классики до инноваций, о чем очень хорошо рассказывается в нашей работе.
Надежность и долговечность . Особенности мембранной кровли
Многие традиционные кровельные гидроизоляционные материалы не могут похвастаться длительным сроком эксплуатации. В частности, классический рубероид с картонной основой из-за негативных факторов внешней среды может прийти в негодность уже через пять лет после начала службы. В настоящее время производители гидроизоляционных рулонных материалов наладили выпуск более технологичных продуктов, в том числе полимерных кровельных мембран.
Выделяют три вида мембранных покрытий. Самыми распространенными и востребованными на рынке считаются ПВХ-мембраны. Они производятся из поливинилхлорида. В статье пойдет речь преимущественно об изделиях из ПВХ. Также производители выпускают ТПО-мембраны, на основе термопластичных олефинов, и ЭПДМ-мембраны из этиленпропилендиенмономера (искусственный каучук).
Широкий спектр преимуществ
Полимерные мембраны обладают широким спектром преимуществ, отмечает операционный директор направления «Полимерные мембраны и PIR» компании ТЕХНОНИКОЛЬ Евгений Спиряков. Во-первых, это высокая пожаробезопасность. ПВХ-мембраны относятся к самозатухающим материалам. Большинство кровельных систем с полимерными мембранами имеют группу пожарной опасности КП0, что позволяет их применять на кровлях с любой площадью. Во-вторых, монтировать полимерные мембраны можно круглый год - при температурах от -25°С до +55°С. Благодаря применению пластификаторов новейшего поколения данный материал сохраняет свою гибкость до -40°С (ГОСТ EN 495), а наличие термостабилизаторов делает возможность эксплуатации полимерных мембран при температуре от -65°С до +70°С. Мембраны можно монтировать на кровле любой формы. Широкая цветовая палитра позволяет идеально подобрать материал под дизайн здания и вписать в окружающий ландшафт.
«Самые качественные полимерные мембраны сейчас производятся по экструзионной технологии, что позволяет добиться высокой гомогенности состава, отсутствия пустот в толще и прекрасных физико-технических характеристик материала»,- подчеркнул Евгений Спиряков.
Менеджер по развитию направления «Плоские кровли» ROCKWOOL Russia Григорий Громаков выделяет такое преимущество мембран на основе ПВХ как более высокий срок службы (по некоторым данным - до 25 лет) по сравнению с традиционными битумно-полимерными материалами, которые до сих остаются относительно популярными у потребителей. «Кроме того, ПВХ-мембрана легко ремонтируется даже на локальном участке в случае механического повреждения на протяжении всего срока службы. Высокая скорость производства работ при использовании ПВХ-мембран, например ROCKmembrane, и теплоизоляции кровли плитами из каменной ваты также даёт большие преимущества. В частности, рабочая бригада в среднем может монтировать 600 м2 кровли в рабочую смену. В совокупности эти преимущества делают кровли с ПВХ-мембранами и каменной ватой отличным выбором для всех типов зданий»,- уверен эксперт.
Официальный представитель компании BIGTOP Вадим Мартынов обращает внимание, что долговечность, скорость выполнения работ и другие факторы делают использование ПВХ-мембран экономически выгодным и целесообразным. Сегодня производители предлагают решения для совершенно разных заказчиков. В частности BIGTOP сосредоточен на небольших объектах (от 50 до 5000 м2) и предлагает партнерам особые условия сотрудничества.
По словам представителя рынка, в настоящее время большие кровли торговых центров и промышленных зданий укрываются ПВХ-мембранами почти безальтернативно. «Кроме того, сейчас появилась мода на применение мембран на приватных формах – в том числе в частном домостроении. Поэтому хорошим спросом у нас пользуется не только сама мембрана, но и фасонные элементы из гомогенки и ПВХ жести. Эстетика в этом вопросе играет не меньшую роль, чем надежность»,- добавил Вадим Мартынов.
Тренд на увеличение
Эксперты отмечают, что монтаж ПВХ-мембран – обширная тема для обсуждения, которая включает в себя множество нюансов. В частности, рассказывает Григорий Громаков, важно в данных работах привлекать компании, которые прошли обучение у ведущих производителей и поставщиков такого материала, так как отсутствие опыта монтажа ПВХ-мембран может привести к печальным последствиям. В целом, добавляет он, правильно спроектированная и смонтированная кровля не требует ежедневного удаления снега. Но в случае потребности ежедневно обслуживать оборудование, расположенное на кровле, необходимо применять специальные дорожки, защищающее поверхность крыши от механического воздействия.
Как таковых, отмечает Евгений Спиряков, ограничений в использовании полимерных мембран нет. Материал можно применять и эксплуатировать во всех климатических зонах, как в условиях Крайнего Севера, так и тропических регионах с высокой температурой окружающей среды. «Есть полимерные мембраны для отдельных условий монтажа и эксплуатации. Например, специальные марки ECOPLAST V-RP Siberia, LOGICROOF V-RP Arctic, обладают улучшенной гибкостью при отрицательных температурах. А белые мембраны, напротив, предназначены для южных регионов – они прекрасно отражают солнечный свет, что позволяет сократить затраты на кондиционирование»,- сообщил он.
Безусловно, резюмирует Вадим Мартынов, сейчас идет тренд на увеличение долговечности готовой кровли. Во многом это зависит от толщины мембраны. «Если раньше мы выпускали BIGTOP только в толщине 1,2 мм, то теперь все чаще применяем уже 1,5 мм. Но меняется не только мембрана, а кровельные системы целиком. С появлением на российском рынке PIR плиты – жесткого негорючего кровельного утеплителя, ПВХ-мембраны получили возможность продемонстрировать свои реальные возможности в периоде эксплуатации свыше 15 лет»,- подчеркнул представитель BIGTOP.
BIM или не BIM — уже не вопрос
В декабре на сайте ФАУ «ФЦС» в тестовом режиме заработал классификатор строительной информации (КСИ), необходимый для унификации информационных моделей объектов капитального строительства. Запуск классификатора призван ускорить процессы цифровой трансформации строительной отрасли. О том, как продвигается внедрение BIM-технологии, рассказывают разработчики ПО и пользователи.
Как сообщает Минстрой России, к тестированию КСИ привлечены ведущие разработчики программного обеспечения для работы с BIM-моделями, в частности, Renga Software, дочернее предприятие «АСКОН» и «1С». В данный момент разработчики системы отлаживают программное взаимодействие Renga с КСИ, оценить возможности которого смогут пользователи системы Renga. Запуск классификатора будет способствовать исключению ошибок при проектировании и проведению автоматизированных проверок проектов, позволит интегрировать многочисленные информационные системы, которые используются на стадии создания и эксплуатации объекта строительства. КСИ внедряется в программное обеспечение, и за счет этого все участники инвестиционно-строительного процесса получают возможность общаться на одном языке на уровне систем.
Успешный опыт
Тестирование КСИ стало продолжением сотрудничества компании Renga Software с ФАУ «ФЦС». Ранее, в 2019 году, компания приняла участие в пилотном проекте по прохождению экспертизы в формате BIM-модели. Минстрой России поставил задачу изучить возможность проведения госэкспертизы напрямую по информационной модели, созданной в российском программном продукте, без использования проектной документации.
Объектом, выбранным для прохождения экспертизы, стала общеобразовательная школа на 1000 мест в Чкаловском районе Екатеринбурга. Проектная документация школы к тому моменту уже была выпущена и прошла экспертизу. Предстояло создать BIM-модель по ранее принятым техническим решениям с целью разобраться в нюансах работы экспертизы с информационными моделями и понять, какие требования необходимо заложить в нормативно-технические документы.
Итоговая цифровая информационная модель Renga содержала следующие разделы: архитектура, конструкции, вентиляция, отопление, водоснабжение и водоотведение, электрические сети и технологические решения. Цифровая модель местности была выполнена в продуктах «Кредо-Диалог». Готовая модель в формате IFC была загружена в систему управления инженерными данными «Неосинтез». Эта система выступала в качестве макета рабочего места эксперта, в котором он мог просматривать сводную модель и настраивать правила проверки. Именно модель в формате IFC проходила проверку соответствия требованиям.
Над данным проектом работали восемь специалистов, и они создали информационную модель школы за несколько месяцев. Благодаря тесному взаимодействию с разными подразделениями госэкспертизы удалось собрать воедино их требования к информационным моделям, и они были учтены при реализации нового функционала. В частности, в нескольких релизах 2020 года система Renga развивала поддержку международного формата обмена данными IFC4 и настройку экспорта. Теперь при выдаче проекта в виде IFC-модели могут исполняться требования не только госэкспертизы, но и других возможных потребителей информационной модели.
Стандартизация цифровизации
Участие российских разработчиков программного обеспечения в работе по стандартизации требований к информационным моделям и созданию нормативно-технической базы BIM-технологии продолжается в рамках деятельности подкомитета 5 «Технология информационного моделирования зданий и сооружений» технического комитета 465 «Строительство» при Минстрое России. «Наша компания, как один из участников подкомитета, привлекается в качестве консультанта к обсуждению проектов ГОСТов, стандартов, сводов правил, — рассказывает Максим Нечипоренко, заместитель генерального директора Renga Software. — Мы также участвуем в заседаниях рабочей группы при Правительстве Санкт-Петербурга по внедрению технологий информационного моделирования в строительном комплексе Санкт-Петербурга».
Формирование нормативной базы для использования технологий информационного моделирования (ТИМ) находится на завершающем этапе, в связи с этим летом 2020 года Правительством РФ было объявлено, что переход на обязательное применение цифровых моделей объектов в сфере государственного заказа должен произойти не позднее 2021 года.
Будущее уже сегодня
«Проект постановления Правительства, утверждающего перечень случаев, в которых применение информационного моделирования будет обязательным, уже подготовлен и проходит последние согласования. Как только документ выйдет, ни один из объектов перечня, а речь идет в основном об объектах социальной инфраструктуры со стоимостью строительства свыше 500 млн рублей, не сможет быть построен без BIM-технологии, — поясняет Максим Нечипоренко. — Поэтому говорить о технологиях информационного моделирования как о грядущем будущем уже не приходится. Теперь это реальность».
Готова ли к уже свершившемуся переходу строительная отрасль? По словам Максима Нечипоренко, игнорировать пункт договоров, в котором говорится о необходимости предоставить модель объекта, теперь уже не представляется возможным. Потратив время и ресурсы на создание проекта традиционным способом, проектировщику придется создавать модель и тратить на это дополнительные ресурсы, и это может объяснять повышение стоимости проектирования. «Регулярные примеры — когда компания декларирует себя как предприятие, где налажено BIM-проектирование, а на поверку оказывается, что в BIM-отделе работает 5–7 человек, а вся остальная структура проектировщиков по-прежнему продолжает чертить. В итоге BIM-отдел по чертежам создает модель, что удорожает стоимость проектирования, — объясняет эксперт. — При этом есть масса положительных примеров, которые свидетельствуют: когда проектировщики сразу начинают делать проект с модели и затем из модели делают чертежи, это облегчает работу и уменьшает затраты».
Опытом применения BIM-системы делится Николай Дубовой, директор ООО «ПСК-Регион»: «В процессе реализации пилотного проекта в системе Renga мы смогли убедиться, что BIM — это несложно и недорого. Мы довольны полученным опытом 3D-проектирования и уровнем отечественной BIM-системы. Renga позволила нам создать полноценную 3D-модель от фундамента до розеток. Наглядность BIM-проектирования помогла избежать коллизий и нестыковок в проекте. Планируем реализовывать в Renga и другие наши проекты».