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.
Эстетика большого стекла
Сложное крупноформатное остекление все активнее задействуется в новых коммерческих и жилых объектах. Увеличить качественный рост таких проектов помогают новые технологии производства и монтажа стекла.
Современные качественные архитектурные проекты предполагают наличие больших площадей остекления. Архитекторы такой тренд называют эстетикой большого стекла. Благодаря новым технологиям сложное крупноформатное остекление стремительно развивается, делается более массовым и меняет облик городов и среду обитания человека.
Реализуя архитектурные решения
По словам ведущего архитектора компании «Метрополис» Анастасии Войтик, развитие технологий дает большую свободу в реализации архитектурных решений. Так, при строительстве зданий многие стремятся к безрамному остеклению фасадов. В последние годы были разработаны методы полного остекления, использующие стеклянные панели крупных форматов. Такой прием позволяет добиться особенной легкости сооружений и создать внутри здания пространство, наполненное естественным светом.
«В России широкоформатное остекление также получило широкое распространение. Так, этот прием использован в проекте реконструкции Дома культуры ГЭС-2 в Москве. Редевелопмент сооружения стал крупнейшим проектом преобразования бывшего промышленного здания в открытое культурное пространство, который был реализован в мире за последние годы. Автором проекта реконструкции выступило архитектурное бюро Renzo Piano Building Workshop. Компания “Метрополис” разработала конструктивные решения и внутренние инженерные системы на всех стадиях проектирования. В здании ГЭС-2 реализована стеклянная крыша, которая является его центральным элементом. Для остекления крыши использовались структурные двухкамерные стеклопакеты с закаленным архитектурным стеклом с HST и ответным термоупрочненным триплексом. Фотоэлектрические жалюзи и легкое тройное остекление создают многослойную систему крыши, которая уравновешивает естественное освещение художественных галерей. Благодаря такой организации внутренних помещений обширный турбинный зал превратился в залитое дневным светом пространство», — отмечает Анастасия Войтик.
Архитекторы издавна стремились объединить окружающие территории и проектируемые строения в единый комплекс, стереть явные границы между частями; максимально использовать видовые возможности окружающего ландшафта и естественного освещения, продолжает тему основатель и генеральный директор архитектурного бюро ООО «Студио-ТА» (STUDIO-TA) Тигран Бадалян. «Сегодня благодаря техническим возможностям и во многом именно крупноформатному остеклению такие задачи решаются легче, а также создаются предпосылки для воплощения более смелых и амбициозных идей. Концептуальное решение с применением крупноформатного остекления предложило наше архитектурное бюро в концепции Дворца бракосочетания в городе Губкине Белгородской области для конкурса, проводимого региональным управлением архитектуры и градостроительства. Расположение дворца в загородном живописном уголке натолкнуло на идею парящего в воздухе объема с трехслойным проницаемым фасадом. Эффект ”парения” во многом создается за счет периметрального остекления на одном из слоев. Проект выиграл конкурс и впоследствии получил Золотой диплом международного конкурса ArchGlass 2022», — добавил он.
Руководитель архитектурной мастерской ООО «Архитектурная мастерская ”Б2”» Феликс Буянов напоминает, что крупноформатное остекление широко применяется для оборудования витрин магазинов (в первую очередь бутиков), для формирования фасадов зрелищных и высотных зданий, для выделения специальных, особых пространств в интерьерах общественных зданий — в общем, там, где ожидаемы шик, блеск, красота. «Сложности его применения обусловлены значительной массой элементов остекления. Инженеры-конструкторы находятся в неустанном поиске надежных и все более элегантных решений монтажа и закрепления крупноформатных элементов остекления. У архитекторов чрезвычайно популярны скрытые, "невидимые" в экстерьере системы крепления, повышающие как визуально ощущаемую, так, увы, и фактическую стоимость фасада».
С развитием архитектуры и появлением революционных идей и проектов возникают технические сложности при проектировании некоторых архитектурных задумок, рассказывает сотрудник ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко АО «НИЦ ”Строительство”» Ирина Ртищева. Для их реализации требуются новые исследования, создание специальных технических условий или новых правил строительства и проектирования, разработка уникальной технологии и прочее. «Нормативная база для проектирования конструкций из стекла очень скудна. Но именно сложные проекты развивают строительную отрасль, и именно с ними интересно работать. В настоящее время специалистами ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко АО «НИЦ ”Строительство”» подготовлен к выпуску новый свод правил ”Конструкции из многослойного стекла. Правила проектирования”, регламентирующий проектирование несущих конструкций из многослойного стекла, который позволит эффективно решить часть сложных задач», —считает эксперт.
Практические нюансы
Главный архитектор WE-ON GROUP Марина Самусенко обращает внимание и на более практические нюансы. При применении панорамного остекления, отмечает она, необходимо уделять особое внимание технической стороне вопроса. В частности, особенностям крепления, энергоэффективности, шумозащиты. «При устройстве панорамного остекления в жилье важную роль играет ориентация окон. Такие окна должны нести панорамную функцию. В идеале быть видовыми, а не ориентированными на окно соседа или прилегающее здание. Для обеспечения требований безопасной эксплуатации и пожарной безопасности в составе панорамного остекления предусматриваются вставки из ударопрочного стекла, а также противопожарное остекление, которые исключают возможность потери остеклением целостности и обеспечивают нормативные требования по устройству межэтажных противопожарных поясов».
При крупногабаритном остеклении важен и качественный профессиональный монтаж, отмечает генеральный директор компании АРЛИФТ Александр Урушев. Размер монтируемого стекла в России растет год от года, компания сумела адаптироваться и предложить оборудование, которое отлично справляется с большим весом и габаритами.
«На данный момент такие стекла в большинстве своем делаются под определенный заказ, соответственно, стоимость их остается высокой, так что неверный выбор оборудования для монтажа может оказаться экономически невыгодным для компании. В арендном парке АРЛИФТ есть несколько вариантов техники для установки крупногабаритных стеклопакетов. Вакуумные захваты линейки GS собственного производства компании предназначены для монтажа стекла и панелей до 850 кг. При необходимости допускается использование двух и более вакуумных захватов на траверсе для увеличения грузоподъемности. Так, в 2020 году вместе с одной строительной компанией мы установили рекорд России, смонтировав аппаратами GS стекла весом 2370 кг. А сегодня мы имеем опыт монтажа стеклопакетов весом уже более 2500 кг. Также в случае сложного остекления, особенно там, где ограничено пространство, мы используем мини-краны с вакуумным манипулятором или стеклороботы. Такая техника может работать как внутри, так и снаружи помещения», — сообщил Александр Урушев.
Настоящий прорыв
Эксперты признаются, что без новых технологий производства стекла, получения его более качественных характеристик многие современные архитектурные проекты было бы трудно реализовать. При этом они отмечают, что благодаря политике импортозамещения российская стекольная отрасль научилась делать уникальные конструкционные материалы.
По словам заведующего отделом стандартизации и испытаний АО «Институт стекла» Станислава Чеснокова, российские производства листового стекла соответствуют самому современному уровню и по качеству, и по спектру производимой продукции. «Наиболее важными для производства и применения именно крупноформатных изделий из стекла является нанесение многослойных покрытий, каждый слой которых имеет нанометровую толщину. Кроме того, производители упрочняют стекла методами закаливания и химическим упрочнением. Не секрет, что стекло — хрупкий материал, который без упрочнения при разрушении дает опасные острые осколки. Также производятся многослойные стекла. Листы стекла объединяются в одно изделие при помощи полимерных материалов, которые придают стеклу новые свойства: безопасность, ударостойкость и взломостойкость, шумозащиту и т. д. Для крупноформатного остекления многослойное стекло стало настоящим прорывом, который снял многие существовавшие ограничения на толщину и несущую способность стекла», — констатирует он.
Директор по маркетингу компании Larta Glass Максим Колдышев отмечает, что стандартная длина выпускаемого стекла ― 6 метров. В феврале 2023 года Larta Glass также провела модернизацию производственной линии на заводе в городе Красный Сулин Ростовской области и запустила линейку сверхгабаритного стекла длиной 9,3 метра с магнетронным напылением. Производство такого стекла, его переработка и транспортировка ― сложный процесс и действительно уникальная компетенция. До недавнего времени поставки стекла такого формата, и к тому же с напылением, были возможны только из Европы и Китая. Наша новая разработка поддерживает и мировой, и российский тренд на «бесшовные» и визуально легкие стеклянные фасады. Выставка MosBuild стала первой площадкой, где мы презентовали новинку. При этом стекло было представлено в финальном исполнении: на стенде можно было увидеть готовый однокамерный стеклопакет с многослойным закаленным стеклом с покрытием длиной более девяти метров. Сверхгабаритное архитектурное стекло с энергоэффективным магнетронным напылением LartaPro было отмечено наградой MosBuild Awards 2023 в номинации «Фасады и кровля».
«Архитекторы не хотят быть ограниченными производственными возможностями производителей и переработчиков стекла. Они стремятся реализовать все более смелые решения, создавая здания сложной формы, а для фасадов часто выбирают крупные элементы. Локальное производство сверхгабаритного стекла с покрытием упростит логистику и повысит качество сервиса, откроет перед архитекторами и проектировщиками новые возможности для реализации самых смелых идей и архитектурных форм, а также поможет повысить инвестиционную привлекательность проектов за счет неординарной эстетики фасада», — подчеркивает Максим Колдышев.
Строительство со стеклопакетами формата оверсайз — безусловно, восходящий тренд, уверен заместитель генерального директора по стратегическому развитию АО «РСК» («Российская стекольная компания») Артем Лейтис. Крупноформатное остекление — это эстетика стекла, прозрачности и света, буквально создающее величественный дизайн всего объекта. Особым трендом можно выделить крупноформатное остекление с гнутыми стеклопакетами. «Только представьте вау-эффект от гнутой светопрозрачной конструкции. Гнутые крупноформатные стеклопакеты X-ONE Техно Bent могут быть как с обычными стеклами, так и с напылением, различного радиуса гнутья. Для производства крупноформатных изделий, стеклопакетов, триплекса мы используем самые современные оборудование и линии, которых в России не более десяти единиц, и большая часть находится в нашей компании. При этом новейшие печи закаливания открывают ранее недоступные возможности моллирования стекла. Широкие технологические возможности нашей компании позволяют изготавливать гнутый триплекс, гнутые оверсайз-стеклопакеты с нанесением любого графического рисунка, что дает неограниченные возможности применения в фасадном и в интерьерном остеклении», — резюмирует он.
Заместитель директора производства листового стекла по продажам АО «Салаватстекло» Александр Гостев отмечает, что производство крупноформатного стекла в России было освоено только в конце 2022-го – начале 2023 года. Соответственно, еще не все производители озвучили свои достижения и возможности. «Сейчас мы можем комментировать и декларировать только свои возможности. Первое стекло размера Oversize 12000 х 3210 мм было снято с нашей линии в июле 2022 года. Сейчас наши технологические возможности позволяют производить прозрачное и особо прозрачное стекло до размеров 12000 х 3210 мм. Увеличение форматов производимого стекла — это современный тренд. Поэтому многие производители будут стремиться работать в данном направлении», — считает он.
«Использование крупноформатного стекла в проектах сегодня, — добавляет представитель рынка, — это инновация, позволяющая резко выделить значимость и масштаб такого современного здания. Подобные решения позволяют увидеть и прочувствовать все преимущества использования стекла в архитектуре. Совместно с крупноформатными стеклопакетами возможно использование многослойных ребер из стекла. Чтобы избежать зеленого тона, необходимо использовать особо прозрачное стекло Ultraview, которое позволяет создавать нейтральность и невесомость несущей светопрозрачной конструкции. Также интересным направлением является создание модульных крупноформатных конструкций для остекления высотных зданий, которые позволяют кардинально изменить традиционный процесс проектирования, переработки и монтажа».
В СПбГАСУ усовершенствовали вилочный погрузчик
Производительность складских помещений можно повысить, используя модернизированный вилочный погрузчик.
Обычному вилочному погрузчику необходимо сделать несколько маневров, чтобы развернуться на 90 градусов к складской полке и выгрузить паллет с грузом. Аспирант Дмитрий Семенов и профессор Иван Воронцов из Санкт-Петербургского государственного архитектурно-строительного университета предложили использовать модификацию рабочего узла, оснастив его поворотным механизмом, а гидравлическую схему — гидромотором, который контролировал бы работу узла.
При этом регулировку подачи рабочей жидкости в системе нужно сделать не ступенчатой, а объемной бесступенчатой, что позволит осуществлять подъем/опускание грузозахватных вил и поворот рабочего узла плавно, исключая резкие движения и толчки. Гидравлическая схема и сопутствующий поворотный механизм могут применяться в складских помещениях с шириной проходов, не превышающих 1,75 метра.
В ходе работы ученые опросили персонал логистической компании, изучили уже существующие решения по вилочным погрузчикам, в том числе рассмотрели современные технологии — виртуальную и дополненную реальность, автоматизированные складские помещения, беспилотные вилочные погрузчики. Рассчитали схему и проверили теоретические результаты с помощью компьютерного моделирования. Получен патент на изобретение.
Авторы патента уверены: разработка может быть интересна организациям, занимающимся хранением и сортировкой продукции пищевой промышленности, логистическим компаниям по доставке бытовых приборов и инструментов, предприятиям в сфере машиностроения и станкостроения.
«В дальнейшем мне необходимо включить описание поворотного механизма в содержание своей кандидатской диссертации, выполнить автоматизацию вилочного погрузчика посредством написания программы для ЭВМ и создать цифровую модель системы управления рабочим циклом. Затем предстоит воплотить результат в виде опытного образца и защитить данное исследование в кандидатской», — рассказал Дмитрий Семенов.
В планах молодого ученого — приступить к модернизации других гидравлических систем подъемно-транспортных, строительных и дорожных машин, поскольку отечественная техника должна соответствовать современным тенденциям развития и создавать конкуренцию европейским и азиатским аналогам.