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.
BetON conf: эффективная площадка для обмена опытом
На VIII Международной конференции BetON conf, проведенной компанией «Полипласт» в Москве, эксперты обсудили актуальные вопросы внедрения современных технологий в производстве бетона и химических добавок.
Форум собрал более двухсот специалистов из России, Германии, Украины, Казахстана и Белоруссии. Среди них – представители ведущих производителей товарного бетона и ЖБИ, отраслевых общественных организаций и вузов.
Стоит отметить, что с этого года данное мероприятие (ранее оно называлось Всероссийская конференция производителей бетона) обрело новое название: BetON conf. Оно подчеркивает его новый международный уровень, еще более объемное и насыщенное содержание.
Открыла конференцию заместитель генерального директора по сбыту и маркетингу ООО «Полипласт Новомосковск» Юлия Кабанова. Она подробно рассказала о текущей деятельности компании, новых продуктах и задействованных технологиях. Юлия Кабанова подчеркнула, что в настоящее время «Полипласт» является лидером в производстве химических добавок для бетона.
Начальник строительной лаборатории НТЦ АО «ГК Полипласт» Ирина Вовк выступила с докладом о последних изменениях в ГОСТ для бетонной отрасли. Информация о нормативных новшествах вызвала большой интерес как производителей, так и потребителей бетонной продукции. Директор НТЦ АО «ГК Полипласт» Анатолий Вовк рассказал о работе возглавляемого им Научно-технического центра компании, особенностях применения добавок в бетон на объектах и площадках. Заместитель руководителя НТЦ ООО «Полипласт Северо-Запад» Наталья Калиновская продолжила тему новых разработок компании. В своем докладе она презентовала решения для дорожного и аэродромного бетона.
С большим интересом все участники конференции выслушали сообщение профессора, директора Института органической химии Мюнхенского технического университета Йохана Планка. Он рассказал о современных технологиях производства бетона и химических добавок в него, которые сейчас применяются за границей. Некоторые технологические решения, задействованные в зарубежных странах, стали открытием для российских компаний. Исполнительный секретарь НП «Союз производителей бетона» Олег Сухарев в своем докладе представил новые вводные о порядке декларирования бетона. Они должны помочь повышению качества строительных материалов.
Отдельный блок конференции был посвящен цементу. В его рамках выступили представители компаний «Евроцемент Групп», «Хайдельберг Цемент», «ЛафаржХолсим». Они рассказали о перспективах развития отрасли и презентовали свои новинки.
Все участники BetON conf высоко оценили прошедшее мероприятие. Они выразили надежду встретиться на этой площадке и в следующем году.
Стоит добавить, что в течение всего года компания «Полипласт», в том числе и в Санкт-Петербурге, проводила для представителей строительной отрасли семинары. Благодаря этим мероприятиям удалось очертить круг проблем, интересующих строителей, и подобрать соответствующую базу для выступлений экспертов.
Мнение
Александр Сурков, начальник отдела качества ООО «ЛСР. Бетон»:
– Хочется отметить выступление каждого докладчика. Было интересно и полезно узнать о последних изменениях в ГОСТ бетонной отрасли, разработках в области дорожного строительства, тонкостях производства самоуплотняющихся бетонов, что позволило проанализировать и свой подход к этому сегменту рынка. Также спикеры подняли наиболее актуальную тему для российского рынка бетона – проект ГОСТ Р «Оценка соответствия. Правила декларирования соответствия смесей и растворов строительных».
Можно точно сказать, что такие мероприятия необходимы, ведь они дают возможность пообщаться с коллегами из самых разных уголков нашей страны и зарубежья, перенять опыт и насытиться актуальной информацией.
Факторы энергоэффективности
Российские предприятия все активнее занимаются выпуском энергоэффективной продукции, при этом оптимизируют свои технологические решения для снижения потребления энергоресурсов.
По данным Минэкономразвития РФ, за последние три года объемы производства энергоэффективной продукции, применяемой в строительстве, ЖКХ и других отраслях, в стране выросли более чем на треть. В ведомстве, с февраля 2019 года курирующего сферы энергосбережения и энергоэффективности, тенденцию объясняют несколькими факторами. По мнению чиновников, объемы производства энергоэффективной продукции выросли благодаря действию федеральных и региональных программ, направленных на стимулирование ее выпуска, в том числе на уровне госзаказа. Второй фактор – технологический. Изготовление энергоэффективных продуктов способствует оптимизации на предприятиях самих производственных процессов, снижению потреблению ресурсов.
Компании, занимающиеся выпуском энергоэффективных материалов, также отмечают растущий спрос рынка на такую продукцию. Ориентируясь на потребителя, они расширяют линейку таких продуктов, наращивают их объемы производства.
Заместитель начальника цеха нанесения покрытий по НИОКР Pilkington Glass Russia Дмитрий Бернт сообщает, что в настоящее время предприятие выпускает крупноформатное листовое стекло с энергоэффективными покрытиями различного функционала. Они имеют сниженный коэффициент излучательной способности. Такие покрытия придают стеклу теплосберегающие свойства – контролируют теплопотери в холодное время года и снижают необходимость кондиционирования помещений в жаркие солнечные дни. «Другой возможный функционал стекол с покрытиями – контроль инсоляции (интенсивности светопритока). Линейка стекол Pilkington Suncool, к примеру, позволяет подобрать остекление с оптимальным для конкретного региона балансом светопропускания и солнечного фактора. В результате можно прилично сэкономить на искусственном освещении помещений, так как максимально эффективно используется естественное. Данная продукция используется при фасадном остеклении зданий», – отмечает он.
На фото: Штаб-квартира «Новатэк»
По словам начальника технического отдела ООО «ИВАПЕР» Сергея Молоткова, профильные системы компании предназначены для изготовления энергоэффективных окон и дверей, способствующих сокращению теплопотерь, созданию здорового климата и повышению шумоизоляции жилых и нежилых помещений. Только за последние 5 лет системы IVAPER были установлены более, чем в ста жилых комплексах Петербурга. По сравнению с обычными, энергосберегающие окна, например, из морозостойкого профиля «ИВАПЕР 70» позволяют экономить до 10 тыс. рублей за отопительный сезон в трехкомнатной квартире.
«Еще одно энергоэффективное решение, которое мы продвигаем, но которое пока находит применение только в частном строительстве – это встроенные рольставни. Во-первых, использование этих конструкций позволяет на треть увеличить энергоэффективные характеристики окна. Во-вторых, короб рольставень полностью скрыт за внешней отделкой здания, поэтому они не портят фасад и не уменьшают световой проем. Также рольставни надежно ограждают дом от уличного шума, взлома и посторонних взглядов. А в нашем регионе обеспечат комфортный сон в период белых ночей», – отмечает Сергей Молотков.
Согласно формуле
Руководитель направления «Энергоэффективность зданий» компании ТЕХНОНИКОЛЬ Станислав Щеглов рассказывает, что компания производит теплоизоляционные материалы на основе каменной ваты, экструзионного пенополистирола (XPS) и жесткого пенополиизоцианурата (PIR). Каждый из этих видов теплоизоляции активно применяется при строительстве энергоэффективных зданий и сооружений, поскольку обладает целым рядом преимуществ. Эксперт считает, что термин «энергоэффективность» как в России, так и в остальном мире в 99% случаев используется некорректно. Чаще всего он подразумевает только энергосбережение, что неполно и, соответственно, неверно.
На фото: Лофт-квартал Docklands, Петербург
Для того, чтобы говорить об энергоэффективности, собственнику необходимо располагать как минимум двумя показателями, отмечает Станислав Щеглов. Первый – величина энергосберегающего эффекта, который та или иная мера обеспечивает. Он может выражаться в кВтч, МДж, Гкал. Обозначается, как правило, в виде символа ∆Э. Это величина физической экономии энергии, численно равная разнице между расходом энергии при эксплуатации до внедрения энергосберегающего мероприятия и после. Второй показатель – размер единовременных капитальных затрат на внедрение новой энергосберегающей меры.
Располагая двумя этими показателями, можно рассчитать величину простой окупаемости мерероприятия, как отношение ∆К.З./∆Э (капитальные затраты / энергосберегающий эффект). Решение, продукция или технология, речь может идти о чем угодно – то, что будет иметь наименьшее значение разницы ∆К.З./∆Э, как раз и можно назвать особо энергоэффективным.
Станислав Щеглов добавил также, что приемлемый для собственника эффект зависит от большого числа факторов. Ключевой из них – выбор в пользу минимального из всех возможных вариантов размера отношения показателей капитальных затрат и энергоэффективности, а также фактор физической готовности инвестора выдержать минимальный срок окупаемости, который получается по расчету.
Снижая расходы
По мнению экспертов, энергоэффективная продукция не может производиться на устаревшем оборудовании и высоком потреблении энергетических ресурсов. В частности, как отмечает директор департамента стратегического развития компании EKF Дмитрий Кучеров, на практике часто на предприятиях основные средства уходят на замену обычных лампочек энергосберегающими. Тогда как большая часть электроэнергии, порядка 60%, обычно расходуется на вращение асинхронных электродвигателей – приводов насосов, вентиляторов, воздушных и холодильных компрессоров, подъемных машин. Поэтому насосное оборудование – тот сектор, где следует повышать энергоэффективность в первую очередь.
«Одним из наиболее перспективных способов энергосбережения в этой области является переход на частотно регулируемый электропривод. Он состоит из двигателя, работающего на электроэнергии, и преобразователя частот. Коэффициент полезного действия последнего может достигать 98%. Для повышения энергоэффективности промышленных предприятий предназначена наша собственная разработка – преобразователи частоты Vector. Внедрение такого продукта на насосной станции заводоуправления в одном из российских городов позволило ощутимо повысить ее экономическую и эксплуатационную эффективность», – подчеркнул Дмитрий Кучеров.
Мнение
Дмитрий Бернт, заместитель начальника цеха нанесения покрытий по НИОКР Pilkington Glass Russia:
– Отдельно, как особо качественную энергоэффективную продукцию, я бы выделил, например, сравнительно недавно выпущенное на рынок всесезонное стекло Pilkington Lifeglass Plus. Его главная особенность – в высоком уровне светопропускания и высокой селективности, характерной для более темных на просвет стекол с покрытиями. Другими словами, Pilkington Lifeglass Plus пропускает в помещение максимум естественного света, сохраняет тепло в холодное время года и защищает дом от перегрева в жаркие солнечные дни, что особенно актуально для южных и юго-восточных регионов РФ и стран СНГ.
Сергей Молотков, начальник технического отдела ООО «ИВАПЕР»:
– Производственный комплекс «IVAPER оконные системы» оснащен собственным автономным энергоблоком нового поколения с повышенным КПД, что позволило в три раза минимизировать негативное воздействие на окружающую среду. На производстве внедрены энергосберегающие технологии, в частности, гильотинная резка готового профиля. Освещение производственных и офисных помещений осуществляется исключительно с использованием светодиодных и энергосберегающих осветительных приборов. Отработанные энергосберегающие лампы обязательно утилизируются. Современное производственное оборудование с частотными преобразователями позволяет выбирать наиболее оптимальный режим производительности и энергопотребления.