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.
Исследования ТЕХНОНИКОЛЬ и НИИСФ РААСН стали основой для обновления СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий»
Осенью 2021 года стало известно об актуализации методики расчета и требований к тепловой защите заглубленных конструкций отапливаемых зданий. Соответствующие изменения уже внесены в СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий» и вступят в силу в 2022 году. В основу изменений легло масштабное исследование, проведенное совместно РАПЭКС и НИИСФ, при участии специалистов ТЕХНОНИКОЛЬ.
В обновленном СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий» появилось несколько важных нововведений:
- представлены отдельные методики расчета для заглубленных вертикальных конструкций и полов по грунту. Это связано с тем, что тепловые потоки через эти конструкции различаются;
- теперь в расчете учитываются локальные особенности грунта и теплотехническая однородность узлов. При этом роль грунта как утеплителя значительно снижена;
- в процессе расчета толщины теплоизоляции новая методика учитывает среднесуточную температуру в течение всего года, а не только отопительного периода, как было раньше.
Исследовательская работа, проведенная учеными, производителями и профессиональным сообществом, продолжалась два года.
В Москве на фундаменте здания НИИСФ РААСН были установлены датчики температуры и теплового потока, которые проводили измерения каждые 10 минут. За год исследователи накопили колоссальный объем данных— около 2,5 млн измерений. По итогам анализа было установлено, что величина тепловых потоков превышает показатели, прогнозируемые действовавшей ранее методикой, в два-три раза. Исследование подтвердило, что теплопотери в грунт через неутепленные конструкции достигают 10 % от всех теплопотерь здания.
На основе исследований была разработана методика, которая значительно увеличила точность теплотехнических расчетов.
«Важно, что исследование не только показало превышение прогнозируемых тепловых потерь в грунт, но и установило, что они происходят в течение всего года, — рассказывает Дмитрий Михайлиди, директор по развитию направления «Полимерная изоляция» ТЕХНОНИКОЛЬ. — В этом главное отличие конструкций, соприкасающихся с грунтом, от фасадов. Также исследование показало, что наблюдаются различия в размерах тепловых потоков через вертикальные и горизонтальные конструкции в грунте».
«Изменения в СП — это важный шаг для отрасли, — говорит Мария Бочковская, исполнительный директор РАПЭКС. — Методика расчета не обновлялась более 50 лет, устаревшая методика расчета не отвечала современным представлениям, была сложной в применении, а потому ее чаще всего игнорировали. Изменения позволят обдуманно подойти к процессу утепления конструкций, соприкасающихся с грунтом, сократить теплопотери и повысить энергоэффективность».
BIM выходит на большую дорогу — 2
Газета «Строительный Еженедельник» продолжает рассказ о перспективах распространения BIM-технологий (или, в российском варианте, ТИМ — технологий информационного моделирования) в сфере дорожно-транспортного строительства.
ПО к бою готово
По оценкам экспертов рынка, специализированное программное обеспечение (ПО), необходимое для работе в BIM с объектами транспортной инфраструктуры, присутствует в России и хорошо известно специалистам отрасли. Причем это современные решения, используемые во всем мире.
«Программные продукты на российском рынке ничем не отличаются от решений, распространенных в других странах. Рынок программного обеспечения для строительного проектирования зданий и сооружений, дорожной инфраструктуры давно является международным, и производители разрабатывают универсальные решения, применимые во всех регионах. Различия могут проявляться только в деталях», — отмечает региональный директор бизнес-направления «Технологии для строительства» Trimble Денис Купцов.
При этом, по его словам, стоит учитывать, что российское программное обеспечение в основном поддерживает только российские стандарты, а зарубежное представляет собой локализованный продукт, работающий в соответствии как с российскими, так и с международными нормами.
«Выбор специализированный программных продуктов для моделирования мостовых сооружений невелик. Его предлагают Bentley (OpenBridge) и Allplan (Allplan Bridge). Но в России они широко не применяются. Чаще используются не предназначенные для мостов Revit от Autodesk и Tekla Structures, широко применяемые в промышленном и гражданском строительстве. На рынке труда гораздо больше специалистов, владеющих этими инструментами. И есть гораздо больше обучающих материалов на русском языке в сравнении с OpenBridge и Allplan Bridge», — добавляет BIM-менеджер компании «Айбим» Дамир Ильясов.
По мнению руководителя проектного направления КРЕДО Владимира Каредина, инфраструктурные продукты мировых лидеров, прежде всего Autodesk и Bentley, при всех их выдающихся качествах носят излишне универсальный характер. «Они не обладают функциональностью, имеющейся у качественных специализированных систем моделирования автомобильных дорог, и в значительной степени (безусловно, прогрессивной, но не всегда конструктивной) маскируются BIM-методологией. Сегодня большинство проектно-изыскательских организаций имеют в своем распоряжении продукты разных производителей, т. к. разные задачи лучше или хуже решаются в разных ПП. Ключевыми факторами на сегодняшний день, кроме наличия необходимого инструментария для проектирования, конечно же, являются возможности интеграции и обмена данными, т. к. эти возможности позволяют внедряться в технологические цепочки, основанные на применении ПП разных производителей», — говорит он.
Со своей стороны технический эксперт по направлению «Инфраструктура» Autodesk Алла Землянская отмечает, что на российском рынке программное обеспечение для проектирования дорог представлено шире, чем в других регионах, где работает Autodesk. «Кроме того, в России работают не только крупные международные компании, но и локальные вендоры. Их сильные стороны заключаются в отличном знании специфики проектирования в России, большом опыте работы с местными пользователями — все компании были созданы задолго до всех этих волн импортозамещения и заполучили своих клиентов, создавая хорошие продукты», — отмечает она.
По словам специалиста, именно поэтому сравнение программного обеспечения впрямую, с разбивкой возможностей на отдельные функции и заполнением таблиц, здесь не особо работает. «Все разработчики САПР для дорог представляют довольно зрелые продукты, которые обладают схожим базовым функционалом. Не вижу смысла составлять длинный список из 100 позиций, чтобы найти отличие в одном или двух пунктах. Ключевые отличия лежат явно за пределами стандартного функционала, и поэтому к выбору платформы я бы предложила подходить исходя из задач организации с учетом потенциального роста бизнеса и расширения предоставляемых услуг. Оценивайте, насколько комплексным будет решение: какие возможности предусмотрены для совместной работы, какие форматы данных и файлов поддерживаются, как будет происходить обмен заданиями и моделями между дисциплинами, как формируются сводные модели и выполняется координация, каким образом добавляются атрибуты к элементам модели. Еще я бы обратила внимание на такие факторы, как поддержка картографических сервисов и интеграция с ГИС, а также возможности для расширения функциональности ПО за счет открытых интерфейсов программирования (API) или, например, среды визуального программирования», — говорит Алла Землянская.
Почем внедриться?
Универсальные советы по процессу внедрения программного обеспечения для BIM давать сложно: слишком многое зависит от специализации компании, уровня подготовки сотрудников и размеру организации.
«Время, требуемое для внедрения, может существенно разниться: от полугода до двух лет. Оно зависит от количества сотрудников, их стартового уровня, выбора программных инструментов и пилотного проекта, сложившихся методов работы и процессов взаимодействия участников», — констатирует Дамир Ильясов.
По его словам, рынок подобных услуг довольно широк. От обучения работе в определенных программных комплексах до комплексного внедрения, включая сопровождение реальных проектов и перестроение бизнес-процессов. Порядок внедрения, как правило, такой: анализ существующей ситуации в организации; обучение специалистов; выполнение пилотного проекта; разработка регламентов и шаблонов.
По означенным причинам сильно варьируется и сумма оплаты внедрения BIM-технологий. «Итоговая стоимость внедрения, без учета количественных показателей по имеющимся ресурсам (количество специалистов и др.), в основном зависит от уровня существующей технологии в организации, т. к. при более высоком технологическом уровне цифрового проектирования и отлаженной системе электронного документооборота процесс внедрения ТИМ в целом на порядок проще и менее затратен. Что касается средней стоимости, то здесь может быть достаточно большой разрыв между минимальной и максимальной стоимостью, т. к. надо понимать, от чего отталкиваться и к чему стремиться, но в любом случае стоимость ПО для обеспечения технологии BIM будет в несколько раз выше услуг по ее внедрению», — отмечает Владимир Каредин.
По его данным, на российском рынке стоимость только услуг (без цены ПО) варьируется от 500 тыс. до 3 млн рублей для организации со штатом порядка трех-пяти групп по проектированию в составе трех-пяти человек. «Именно поэтому среднее значение в данном случае не несет в себе какого-либо ориентира», — добавляет эксперт.
Новации BIM, и не только
Все компании, предлагающие на российском рынке программные продукты для BIM, говорят о том, что совершенствование их ПО продолжается. Создаются новые, более эффективные версии, предлагаются новые специализированные продукты.
«Мы постоянно работаем над совершенствованием наших программных продуктов, чтобы сделать их еще более удобными для пользователей. Так, в этом году мы выпустили обновление программного обеспечения Tekla Structures 2021. Для проектирования мостов у нас есть решение Tekla Bridge Creator, позволяющее создавать информационные модели мостов разного назначения и конструкции. Работа над обновлениями — это постоянный процесс, который никогда не останавливается», — отмечает Денис Купцов.
Продуктовые менеджеры из Autodesk один-два раза в год публикуют дорожные карты по ключевым продуктам. «Они дают представление, как будет развиваться продукт. Самыми значительными изменениями в линейке ПП для проектирования автодорог я бы назвала следующие: усовершенствование инструментов передачи данных по коридорам между Civil 3D и InfraWorks; поддержка формата DWG в BIM Collaboratе Pro, открывающая проектировщикам линейных сооружений полный доступ к рабочим пространствам и работе с пакетами данных; появление шаблонов коридоров; полная переработка рабочих процессов по управлению целевыми объектами в коридорах; копирование свойств областей коридоров; появление нового модуля Project Explorer, полностью меняющего возможности работы с геометрическими данными моделей за счет нового интерфейса быстрого доступа к объектам; появление среды визуального программирования Dynamo для Civil 3D; появление связанных трасс, упрощающих проектирование развязок и примыканий; усовершенствование инструментов создания элементов обустройства дорог в InfraWorks и др.», — рассказывает Алла Землянская.
Владимир Каредин считает, что нецелесообразно, используя современные цифровые технологии, ограничиваться только BIM. «На текущий момент, невзирая на всеобщий бум вокруг фантастических перспектив, которые якобы принесет технология BIM, мы все же реально смотрим на ситуацию и не сомневаемся в том, что получение реальных выгод произойдет еще не скоро. Поэтому стремимся уделять внимание и другим выгодным, быстрым и эффективным технологиям как по части получения высокоточных цифровых моделей окружающего пространства, так и по части повышения уровня автоматизации во всех процессах. Мы продолжаем совершенствовать и активно развиваем следующие направления: обработка данных лазерного сканирования и распознавания объектов при помощи обучаемых нейронных сетей; интеграция и обмен данными; повышение степени автоматизации формирования информационных моделей; технологии строительного контроля; совершенствование методов оценки проектных решений и другие развивающиеся эффективные технологии изысканий и проектирования», — говорит он.
МАТЕРИАЛЫ ПО ТЕМЕ: