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.
Шифер, прощай! Крыши загородных домов становятся все более разнообразными по своей конструкции
Крыши загородных домов становятся все более разнообразными по своей конструкции и применяемым кровельным материалам, а последние – все более универсальны по своим технологическим характеристикам.
За последние 10–15 лет рынок кровельных материалов существенно преобразился. Появилось множество видов конструкций для крыши, которые стали особо востребованными в загородном домостроении. Одна из важных тенденций десятилетия – снижение спроса на шифер. В годы СССР он был наиболее популярным кровельным материалом.
От черепицы до ондулина
По словам директора по развитию компании «Констрой» Игоря Смирнова, на смену шиферу пришел ондулин, или так называемый еврошифер, имеющий совсем другой состав, чем у шифера. Он изготавливается из целлюлозной массы, пропитанной битумом. «Это достаточно бюджетный материал. Он не проводит тепло, стойкий к повреждениям, шумопоглощающий. Сроки эксплуатации ондулина достигают 20 лет. Благодаря небольшому весу его легко монтировать. Из минусов – очень часто выгорает на солнце. Но многое зависит от производителя. Ондулин известных брендов долгое время сохраняет свой первоначальный цвет. Не стоит покупать продукцию по совсем заниженной цене. Скорее всего, она недоброкачественна или является подделкой», – отмечает он.
Эксперт добавляет, что в бюджетном строительстве как кровельные покрытия часто используются профнастил и металл. Однако у этих материалов больше минусов, в сравнении с тем же еврошифером. В частности, профнастил достаточно хрупок. Стальная крыша нагревается и не спасет от шума дождя.
Как отмечают представители «Леруа Мерлен», в настоящее время активно применяется в индивидуальном домостроении черепица. Она имеет свои подвиды. Сейчас флагманом в соотношении «цена – качество» является металлочерепица. Данный материал долговечен. Может прослужить больше 50 лет. От коррозии металлочерепицу защищает цинковое покрытие.
Также, по данным DIY-ритейла, популярна у покупателей и мягкая гибкая черепица. Она выполнена из стеклохолста, пропитанного и покрытого слоем специального битума. Является лидером по легкости, скорости монтажа, способности выдерживать большие нагрузки. Цена мягкой черепицы значительно ниже стоимости других кровельных материалов благодаря простой структуре. Срок службы такого вида кровли – около 20 лет.
Как рассказали в корпорации ТЕХНОНИКОЛЬ, в коттеджном строительстве растет тренд: плоские кровли с применением в качестве сплошной гидроизоляции полимерных мембран. Благодаря этому стало возможным воплотить в жизнь необычные проекты частных домов: с лужайками на крыше, так называемые «зеленые кровли»; с зонами отдыха под открытым небом и даже с бассейном на крыше. В прошлом году была выведена на рынок новинка – кровельная ПВХ-мембрана на основе полимерного пластификатора последнего поколения. За счет уникально высокой молекулярной массы пластификатора кровля может сохранить свои высокие эксплуатационные свойства на протяжении всего срока службы дома.
Еще больше новинок
По словам федерального технического специалиста направления «Материалы для малоэтажного строительства» корпорации ТЕХНОНИКОЛЬ Алексея Воробьёва, недавно компания впервые в России запустила в массовое производство новый гидроизоляционный самоклеящийся материал для скатной кровли – Рулонную черепицу ТЕХНОНИКОЛЬ: «Битумно-полимерный материал выгодно выделяется привлекательной ценой, простотой монтажа и эстетикой. В России аналогов производства такой новинки пока нет. За основу был взят опыт стран Евросоюза, там рулонная черепица пользуется колоссальным спросом. Первые продажи материала в России состоялись в 2016 году. Сегодня продукт вполне готов составить конкуренцию западным аналогам и уже поставляется в Болгарию, Венгрию, Германию, Грецию, Румынию, страны Балтии, а наплавляемый аналог востребован даже в Индии».
В основе материала – кроссармированный стеклохолст, пропитанный битумно-полимерным составом. При этом нижний самоклеящийся слой закрыт полимерной защитной пленкой. Верхнее покрытие – крупнозернистая базальтовая посыпка с рисунком. Разнообразная цветовая палитра позволяет решать самые смелые архитектурные задумки. Монтируется материал на сплошной деревянный настил. Благодаря герметичному самоклеящемуся слою и отличной адгезии к основанию, при работе с рулонной черепицей не требуется применение подкладочных ковров. Подобно хорошей декоративной гидроизоляции, Рулонная черепица ТЕХНОНИКОЛЬ сохраняет яркость цвета в течение всего срока эксплуатации, служит более 20 лет, защищает от шума во время дождя, препятствует лавинообразному сходу снега.
Мнение
Алексей Воробьёв, федеральный технический специалист направления «Материалы для малоэтажного строительства» корпорации ТЕХНОНИКОЛЬ:
– Уверен, что сегодня скорость, высокое качество и доступная цена стали основными конкурентными преимуществами в стройиндустрии. С появлением новых технологий нет смысла тратить силы и средства на дорогостоящие решения, требующие ресурсов и высокого уровня квалификации, в том числе при использовании кровельных материалов в загородном домостроении.
Вид сверху. В геодезии все активнее применяются БПЛА
Профессиональные БПЛА требуют серьезного вложения денежных средств. Технология исследования местности с помощью БПЛА имеет ряд особенностей.
По словам и. о. зав. кафедрой городского хозяйства, геодезии, землеустройства и кадастров СПбГАСУ Алексея Волкова, геодезическая деятельность предусматривает разнообразное использование БПЛА. В инженерно-геодезических изысканиях для строительства они чаще всего используются при создании и обновлении инженерно-топографических планов масштабов от 1:500 до 1:5000 как основы для производства дальнейших работ (без подземных коммуникаций). Многие компании применяют БПЛА при рекогносцировочном обследовании территории предполагаемого строительства, при строительном контроле объемов выполненных работ и контроле геометрических параметров возводимых конструкций.
В целом, отмечает руководитель конструкторского бюро Optiplane Кирилл Яковченко, использование БПЛА позволяет существенно удешевить и ускорить проведение измерительных работ геодезистом, особенно если площадь или протяженность объекта больше, чем люди способны охватить традиционными методами съемки. Есть случаи, когда без данного оборудования просто не обойтись. Существуют труднодоступные места, добраться до которых зачастую практически невозможно или чрезвычайно дорого.
Эксперт выделяет три вида беспилотников. Первый – это квадрокоптеры, у которых синхронизацией моторов управляет инерциальная система. Такое оборудование отличается хорошей управляемостью, маневренностью и гибкостью эксплуатации. Недостаток – малые скорость и продолжительность полетов. Второй тип – самолеты (планеры), тут главная цель – экономичный полет. Главные недостатки самолетов – это невозможность маневрировать, зависать над объектом и включать реверс, большие петли разворота (лишние расстояния) при выходе на параллельную линию для покрытия площадей. Третий тип БПЛА – это дроны с гибридной аэродинамикой, например, винтокрылы, которые лишены недостатков предыдущих двух схем. Они могут вертикально взлетать и садиться, а также маневрировать на малой скорости. Кроме того, они могут летать далеко, как самолеты.
Начальник отдела мониторинга и геодезического контроля компании «Строй-Эксперт» Дмитрий Егоров рассказывает, что для геодезистов интерес представляют БПЛА самолетного и вертолетного типа: «Самолетный тип обеспечивает высокую скорость и дальность полета, используется в основном для аэрофотосъемки больших площадей земной поверхности и линейных объектов. Вертолетный используется для детальной аэрофотосъемки небольших участков и точечных объектов».
Цена вопроса
Стоимость беспилотников варьируется очень широко из-за разных задач использования. Приобретение высокопрофессионального БПЛА для геодезической организации – серьезные финансовые расходы. Кроме самого летательного аппарата, поясняет Алексей Волков, необходимо приобретать камеру, GNSS-оборудование, гиростабилизирующее оборудование, а также специализированное программное обеспечение. Поэтому средняя стоимость комплектов БПЛА для геодезических работ может быть от 300 тыс. до 3 млн. рублей.
Генеральный директор кадастровой компании «Вита-Хауз» Марьян Будич отмечает, что для того, чтобы выбрать хороший беспилотник, нужно обратить внимание на некоторые характеристики, а именно устойчивость и стабильность прибора, точность позиционирования и, конечно, качество матрицы фотоаппарата. По его словам, самые распространенные и дешевые беспилотники – DJI Phantom. Их стоимость начинается от 80 тыс. рублей. С их помощью можно проводить геодезические работы, но характеристики фотографий неидеальны, на них больше искажений, и эти аппараты не снимают до сантиметровой точности. Еще один недостаток дешевых беспилотников в том, что они легкие – и уровень стабильности у них низкий. Это означает, что на проведение съемки влияют погодные условия, например, ветер.
«Более профессиональные БПЛА на рынке можно встретить по цене от 200 тыс. руб. Они тяжелее и устойчивее – и, соответственно, камера фотоаппарата позволяет делать более детальные снимки. Кроме того, при работе с БПЛА следует учитывать и покупку специального программного обеспечения, стоимость которого может доходить до 100 тыс. рублей. В такой специальной программе сшиваются все фотографии, сделанные беспилотником, проводится фототриангуляция. Такую сшивку программа делает за 8–12 часов. Разумеется, для этого нужен мощный компьютер. Его покупка обойдется тоже примерно в 100 тыс. рублей», – объясняет Марьян Будич.
Не быть вне закона
В 2016 году российские власти ужесточили возможности использования БПЛА. Согласно принятому закону, аппараты, взлетная масса которых более 250 г, должны быть зарегистрированы и сертифицированы. В государственный орган необходимо предоставить план полета и получить отметку об его согласовании.
В настоящее время данные правила использования БПЛА как гражданами, так и многими компаниями 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 или спецслужб.
Безусловно, считает Кирилл Яковченко, правовые ограничения нужны, чтобы отделить профессионалов от «серых дронщиков», летающих без разрешений и создающих опасность для имущества и здоровья граждан: «На наш взгляд, важно ввести обязательное страхование гражданской ответственности для работ с использованием БПЛА. В этом случае страховые компании быстро проведут квалификационный отбор участников рынка. Кроме того, необходимо выполнить необходимую работу над нормативно-правовыми актами, указанными в «дорожной карте» AeroNet».
С его доводами согласны и другие эксперты. «Некоторые БПЛА весят достаточно много, и если они управляются непрофессионалами – могут возникнуть серьезные проблемы. Также их характеристики позволяют подниматься на высоты, где летают самолеты и вертолеты, что естественным образом приводит к опасности. Поэтому правовое регулирование этой сферы обязательно должно быть», – полагает Марьян Будич.
По словам Дмитрия Егорова, ужесточение возможности использования БПЛА, безусловно, необходимо: «Эти аппараты являются такими же участниками воздушного движения, как и все остальные. Следует допускать к управлению беспилотным летательным аппаратом только тех, кто прошел специализированное обучение, а также усовершенствовать саму процедуру получения разрешения на полеты БПЛА».
Сравнение облака точек и 3D-модели по данным БПЛА и НЛС. Зеленый цвет – ошибка в 25 мм, синий – 5–10 мм
Мнение
Дмитрий Егоров, начальник отдела мониторинга и геодезического контроля ООО «Строй-Эксперт»:
– Специалисты ГК «Строй-Эксперт» проводили собственное исследование, сравнивая данные аэрофотосъемки и данные, полученные с помощью наземного лазерного сканирования (НЛС). Сравнивали следующие параметры – точность, полноту, время выполнения и создания 3D-модели. В результате пришли к выводу, что использование БПЛА немного уступает в точности данных НЛС, но скорость выполнения и полнота данных в некоторых случаях в разы лучше, чем при использовании НЛС.