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.
На взлетной полосе
Аэродромные железобетонные плиты все чаще применяются при строительстве сверхпрочных дорог и площадок для тяжелой спецтехники.
С середины XX века советские заводы ЖБИ начали активно заниматься производством плит для аэродромов. Их номенклатурное название – плиты аэродромные гладкие (ПАГ) – сохранилось до наших времен. Массовый выпуск был обусловлен политической ситуацией. Государство нуждалось в большом количестве полевых военных аэродромов, которые должны иметь быстровозводимые взлетные полосы для приема тяжелой авиатехники. После распада СССР объемы производства ПАГ в России свелись к минимуму.
Однако сейчас выпуск этой продукции вновь начал расти, но в основном по вполне мирным причинам. Аэродромные плиты используют при строительстве и реконструкции взлетных полос гражданских аэропортов. Кроме того, их по достоинству оценили компании, возводящие сверхпрочные временные и постоянные автомобильные дороги, а также площадки для использования тяжелой строительной техники. К тому же такие плиты активнее стали использовать при строительстве морских портов, терминалов, крупных логистических комплексов.
Принять все
ПАГ должны соответствовать ГОСТ 25912.0-91 и ГОСТ 25912-2015. Они регулируют качество бетона и свойства плиты в целом. Сейчас выделяют три вида плит: ПАГ-14, ПАГ-18 и ПАГ-20. Отличаются они между собой показателем толщины (140, 180 и 200 мм). Все они рекомендованы для устройства постоянных и временных покрытий аэродромов, городских дорог и территорий с рабочей нагрузкой до 75 тонн на кв. м. При производстве этих изделий используется бетон марки B30 М400 с коэффициентом класса морозостойкости F200.
Как рассказали «Строительному Еженедельнику» в ООО «ЖБИ №1 Рыбацкое», главные преимущества ПАГ – прочность и долговечность. Принять они могут очень высокую нагрузку, в том числе моментальную. Кроме того, ПАГ имеют четкие пропорции по ширине и длине, а шероховатое покрытие создает хорошее сцепление колес с их поверхностью. Устанавливать, эксплуатировать и заменять конструкции можно в любое время года. За счет габаритов они удобны для транспортировки железнодорожным и автомобильным транспортом.
По характеристикам, рассказывают в АО «ПО «Баррикада», ПАГ идеально подходят для суровых, жестких и агрессивных условий эксплуатации. Для получения прочностных показателей и устойчивости к воздействию низких температур и воды при изготовлении этих изделий предусматривается предварительное натяжение рабочей продольной арматуры, а также использование бетонной смеси и собственно бетона особого состава. Укладка плит происходит в короткий промежуток времени, что является еще одним их преимуществом. Они соединяются в единую плиту за счет сварки, а также путем замоноличивания соединительных швов цементно-песчаным составом и битумной мастикой. Иногда новое покрытие укладывается на старое, тем самым повышая несущую способность взлетно-посадочных полос. При этом использование ПАГ может быть неоднократным, так как они, даже бывшие в употреблении, не теряют своих характеристик.
Новые возможности
Игроки рынка отмечают, что некоторые заводы ЖБИ имеют полувековую традицию выпуска ПАГ и по праву заслуживают высокую оценку качества производства. При этом некоторые предприятия сейчас совершенствуют выпуск аэродромных плит.
Так как ПАГ имеют свою специфику, их выпускают далеко не все производители ЖБИ. Тем не менее количество организаций, занимающихся данным направлением деятельности, растет. Коммерческий директор АО «ПО «Баррикада» Алексей Мицул помимо своего предприятия среди производителей в СЗФО выделяет ООО «СИБ Центр», ООО «ПТК-ДорСтрой», ООО «Перспектива», ООО «СТК-Модуль». Среди компаний из других регионов – ООО «ХК «Башбетон», ООО «ТПК «Очаковский комбинат ЖБИ», ООО «Моревский завод железобетонных изделий». Также присутствуют игроки рынка из Беларуси: комбинат ЖБИК (ОАО Оршанский Строительный трест №18), ОАО «Барановичский комбинат ЖБК».
По мнению специалистов, производителей ПАГ могло быть еще больше, но пока не сформировался рынок сбыта. Генеральный директор ООО «СТД» ЖБИ Сергей Нестеров полагает, что основная проблема – это отсутствие специалистов среди проектировщиков, которые умело могли бы задействовать новинки ЖБИ, если бы изучали процессы производства и технологии монтажа. «На сегодняшний день очень редко можно встретить хороших конструкторов, которые могут сделать сложные расчеты для применения ЖБИ в строительстве. До сих пор в производстве и сборке применяются технологии советских времен. Это хорошо и надежно. Но есть уже усовершенствованные технологии производства, обеспечивающие более высокое качество продукции. Однако проектировщики не задействуют такие изделия, и поэтому все приходится делать по старинке. Таким образом, страдают и заказчик, и производитель», – считает он.
На новом уровне
За счет внедрения «цифры» новые геодезические приборы стали более технологичными. Однако значительная часть такого оборудования производится в зарубежных странах и не всегда доступна по цене геодезистам.
За последние 10–15 лет рынок геодезических приборов значительно изменился. Уже использующееся специалистами оборудование получило электронную начинку. Также появились приборы, о которых ранее геодезисты даже мечтать не могли.
Быстрее и точнее
По словам генерального директора ООО «Геодезические приборы» Михаила Алексеева, в настоящее время при выполнении геодезических работ наблюдается тенденция повышения эффективности производства за счет внедрения цифровых технологий. Решению этой задачи и способствуют современные геодезические средства измерений, такие как электронные тахеометры, спутниковая аппаратура, лазерные сканеры. Они дают возможность проводить исследования более точно и в сжатые сроки.
Так, отмечает Михаил Алексеев, выпускаемые сейчас модели электронных тахеометров имеют безотражательный режим работы дальномерного канала. Причем у большинства моделей дальность измерений при использовании этого режима составляет не менее 500 м, а у некоторых – может достигать 2 км. Также у этих приборов существенно увеличился объем памяти, появилась возможность подключения внешних накопителей информации и отказа от кабельных соединений. Заметно расширилось применение роботизированных моделей, позволяющих дистанционно управлять процессом измерений и повышать производительность работ.
«Пользовательский сегмент спутниковой геодезической аппаратуры опирается сегодня на многочастотные и многосистемные спутниковые приемники интегральной конструкции, включающей и антенну GPS (GNSS), и элементы питания, и модемы, и модуль Bluetooth. Активно развиваются сети базовых станций, и открывается возможность работы с одним спутниковым приемником. Такие сети, в частности, созданы в Петербурге и Ленобласти», – отмечает Михаил Алексеев.
По словам экспертов, также в геодезическом сопровождении строительства начали активно использоваться комплексные системы, реализующие BIM-технологии. В качестве источников измерительной информации в этих системах используются лазерные 3D-сканеры, а также беспилотные летательные аппараты (БПЛА) с установленными на них различными датчиками, в том числе фотокамерами, сканерами и т. д.
Руководитель конструкторского бюро Optiplane Кирилл Яковченко рассказывает, что геодезисты уже сейчас применяют в качестве БПЛА с использованием методов фотограмметрии квадрокоптеры (для небольших площадей) и самолеты-планеры (для протяженных крупных объектов). «Для использования планера требуется квалификация пилота самолета, которой большинство геодезистов не обладает, и быстро получить ее невозможно. Поэтому геодезисты раньше вынуждены были для больших площадей либо нанимать пилотов, либо делать все по старинке наземным способом. Сейчас наиболее удобным и универсальным промышленным БПЛА является винтокрыл, который позволяет использовать все плюсы квадрокоптера и в то же время имеет большую дальность полетов для съемки больших площадей. На сложных участках гибридный дрон в 5–10 раз выгоднее квадрокоптера», – добавляет он.
Цена вопроса
Значительная часть современного высокотехнологичного геодезического оборудования производится в зарубежных странах. Как отмечают игроки рынка, процесс импортозамещения в данном сегменте развивается весьма слабо.
Сама стоимость ряда видов оборудования за последние 3-4 года несколько снизилась. Это связано с более глубоким и масштабным проникновением «цифры» во многие отрасли и, как следствие, удешевлением этого процесса. Тем не менее, новые приборы не всегда доступны по цене российским геодезическим организациям. Для небольших компаний приобретение такой техники – большие финансовые затраты, хотя потом они чаще всего окупаются.
Заместитель генерального директора ООО «Гильдия Геодезистов» Сергей Лазарев отмечает, что сейчас наиболее активно в геодезии применяются электронные тахеометры и приемники GPS, GNSS. По его мнению, за последние 10 лет и те, и другие действительно немного преобразились, хотя и без добавления инновационных функций, которые сильно ускорили бы работу. «Очень сильно подешевело GPS-оборудование. Так, 10 лет назад комплект стоил от 1 млн рублей, а теперь можно купить его за 150–300 тыс. И это при том, что стоимость отечественной валюты гораздо ниже, чем раньше. Электронные тахеометры также изменились в лучшую сторону, но без такого резкого снижения цены. Это связано с тем, что это – оптические приборы, которые требуют очень серьезного оптико-механического производства. Другое дело GPS, где почти весь прибор состоит из одной микросхемы. К сожалению, инновационные роботизированные оптические приборы плохо приживаются в России, ввиду кризисного состояния строительного рынка, а следовательно, и рынка инженерных изысканий. Так, на стройплощадках в Европе почти все тахеометры – новые и роботизированные, а у нас 5–15-летние модели. Другие приборы компании просто не могут себе позволить», – полагает он.
Сергей Лазарев также вспоминает, что недавно на выставке он видел простой квадрокоптер, но с установленной мобильной GPS-антенной. Таким образом, из-за дешевизны GPS-микросхем появились новые дешевые летательные аппараты для точной аэрофотосъемки небольших территорий (8–10 га). «Правда, вряд ли они смогут изменить ситуацию на рынке. Не так давно в Петербурге введен запрет на полеты БПЛА в городском пространстве, а получение разрешения – крайне утомительный и долгий процесс», – отмечает специалист.
Напомним, в 2016 году на федеральном уровне уже были ограничены возможности использования БПЛА. Согласно принятому закону, аппараты, взлетная масса которых более 250 г, должны быть зарегистрированы и сертифицированы. В госорган необходимо предоставить план полета и получить отметку о его согласовании. Однако в настоящее время эти правила использования БПЛА как гражданами, так и многими организациями не исполняются. Тем не менее, представители геодезических компаний опасаются, что их беспилотники стоимостью в несколько сотен тысяч рублей могут быть без предупреждения сбиты сотрудниками правоохранительных органов.
Мнение
Сергей Лазарев, заместитель генерального директора ООО «Гильдия Геодезистов»:
– Серьезного процесса импортозамещения в производстве приборов для геодезии не существует. На заводе УОМЗ в Екатеринбурге выпускают тахеометры. Также в России осуществляется производство приборов фирмы Leica, но это скорее очень крупная «узловая сборка». Ряд российских компаний производит GNSS-оборудование, заказывая комплектующие в Китае и США. В общем и целом, производства полного цикла приборов для гражданских геодезических работ у нас нет. Возможно, существует такое военное производство для ГЛОНАСС-приемников, но это не массовый сегмент. Выбор геодезиста очевиден – это использование импортной техники.