К сожалению, в мире продолжается экстенсивное ведение энергетиче-ского хозяйства. Проблема энергосбережения остро стоит во всех без исключения странах.
Глобализация мировой экономики неуклонно возрастает. Приоритетной становится межгосударственная торговля, а следовательно, и разделение труда и связанные с этим возрастающие расходы органического топлива на обеспечение производства в странах с более дешевой рабочей силой, продвижения товаров, услуг и рабочей силы на мировой рынок.
Сегодня ежегодно мир потребляет столько углерода (органического топлива из земли), сколько природа накапливала там 8 миллионов лет. При этом на 1 доллар США инвестиций в новое освоение углеводородного сырья приходится 2?4 квадратных метра нарушенных земель, восстановление которых обходится в 2?8 долларов на квадратный метр.
Это негативно сказывается на экологической ситуации в целом, особенно в густонаселенных регионах, пропорционально количеству используемого органического топлива, поскольку «ни один живой вид не может существовать в среде, состоящей из своих отбросов».
Энергетика, базирующаяся на сжигании углеводородного сырья, обеспечивая развитие цивилизации, получает многомиллиардные прибыли за счет истощения природных запасов и нарушения здоровья населения Земли.
Расширение использования топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) происходит потому, что в целом общее количество тепловой энергии высокого потенциала на нашей планете мало. Поверхности Земли и вод в большинстве своем содержат большие запасы низкопотенциальной теплоты с температурой до + 30 ºС, однако объемы использования ее человеком ограничиваются физическими законами.
Для эффективного использования энергии нужны новые технологические подходы, технические идеи и нетрадиционные решения. Необходимо изыскивать дополнительные источники энергии и технологии их преобразования. Сегодня уже очевидно, что масштабную экономию ТЭР можно обеспечить только за счет новых технологий и энергетики возобновляемых источников энергии.
В наше время обеспечение надлежащим энергоснабжением даже небольшого города входит в противоречие с жизненно важной потребностью каждого отдельного человека в здоровой (чистой) окружающей среде и в независимости от центральных источников энергии, а это – электричество, тепло и газ, которые вполне реальны, но порой слишком дороги.
Почему важна именно автономность дома, коттеджа или имения, а не поселения или поселка в целом?
Ответ один. Для поселения надо создать целый комплекс по выработке, аккумулированию и распределению различных видов энергии, как в виде гарантированного минимума, так и по потребности, если другие потребители в этот период времени не нуждаются в ней. А у населения различные доходы.
Все эти сложности относятся и к безопасности поселения в целом. Провести электричество означает вложить существенные средства в ЛЭП, которые по истечении пятнадцати-двадцати лет обветшают и не раз оборвутся во время сильного ветра и гололеда. И наконец, не всем жителям понадобится централизованная электроэнергия. Найдутся и такие поселенцы, которые захотят и найдут возможность, после двух-трех порывов, обходиться без него.
При месячном потреблении индивидуального дома 400 кВт?ч электроэнергии установленная мощность источника должна быть всего 533 Вт. Однако если возьмем новогодние праздники, то на это время максимальная мощность источника электропитания должна быть порядка 4 кВт.
В реальной жизни потребность в таком источнике бывает пять-шесть раз в год, на праздники, в основном семейные. Однако для их удовлетворения нужен источник мощностью 1,5 кВт, поскольку, когда пришли гости, то никто не пылесосит, не гладит, а тем более не работает электроинструментом. Источники примерно такой мощности и используют владельцы частных домов. Вышеприведенные цифры позволяют говорить о том, что необходим традиционный источник энергии около 0,8 кВт и аккумулятор. Причем часто можно и дальше уменьшать мощность источника электроэнергии, но необходимо в этом случае увеличивать емкость аккумуляторов. При этом, будучи «индивидуальным», этот несложный комплекс может оказаться более безопасным и безотказнее, чем накопитель энергии в масштабе поселка.
Такое компоновочное решение уже применяют многие владельцы домов, где не подведено электричество, – относительно популярное и недорогое для автономного электроснабжения. В качестве источника электроэнергии используется ДВС с электрогенератором. Он работает три-четыре часа в сутки, обеспечивая электроэнергией жилой дом в период наибольшего ее потребления и заряжает аккумуляторы. Остальное время домашние электроприборы питаются от аккумуляторов. К этой системе можно подключить и ФЭС, и ВЭС, которые будут заряжать аккумуляторы. Летом солнечные водонагреватели позволят уменьшить потребности в обычном нагревании воды до 70 процентов и снизить потребление топлива до 30 процентов.
Производство электроэнергии от ВИЭ с использованием свинцово-кислотных батарей как аккумуляторов имеет свои «особенности». Батареи хотя и тяжелы, но, как считается некоторыми, недороги – 50 долларов на кВт-ч запасенной электроэнергии. Однако такое мнение является спорным.
У каждого из перечисленных выше устройств, конечно, есть свои недостатки. Но вместе они могут удачно дополнить и компенсировать «слабые места» друг друга. Например, в безоблачную погоду скорость ветра невелика. А в пасмурные дни ветер сильный, порывистый, со скоростью не менее 7?8 м/с. Поэтому необходимо все эти источники электроэнергии использовать вместе, тогда повышается надежность электропитания.
Исходя из этого давно назрела необходимость заняться универсальными технологиями бесперебойного энергоснабжения наиболее мелких и незащищенных в этом вопросе слоев населения. Тем более что в мире промышленностью используется только около 5 процентов тепла и до 20 процентов электроэнергии, и поэтому часто концентрация мощных станций на ограниченных территориях не всегда оправдывает себя.
Человечество вышло на очень ответственный рубеж в своей истории, требующей наряду с изменением демографической ситуации и смены парадигмы экономики – образа ее структуры и функционирования. Необходим переход на новую ступень материальной культуры, совместимой с уже оскудевшим природным потенциалом планеты.
Если мировым сообществом принято, что нефть – это энергоноситель мирового масштаба (из?за универсальности), газ – регионального, а уголь – местного, то так же необходимо подойти к классификации ВИЭ.
К ВИЭ мирового значения следует отнести солнечную энергию, к регионального значения – ветровую энергию, а геотермальное тепло, энергии морей и океанов – к возобновляемым ТЭР местного значения. И не так уж важно, что технологии преобразования энергии Солнца сегодня находятся в начальной стадии коммерческого использования.
В связи с этим на сегодняшнем этапе из возобновляемых и вторичных ТЭР автором предлагается использовать солнечную энергию и теплоту, не использованную в термодинамических циклах, для разнообразного бесперебойного энергообеспечения.
Эти технические решения (технологии) призваны стать гарантом экологической и энергетической безопасности и призваны обеспечить выработку энергии пяти видов: теплоты, потока жидкости, механической и электрической энергии и холода.
Технологии использования возобновляемых (солнечной энергии) и вторичных ТЭР для малых конечных потребителей энергии, разработанные в КБАЭ «ВоДОмет» (Омск), призваны:
• обеспечить в любое время года, в любую погоду для города, села, предприятия: сохранность зданий и сооружений, технологического оборудования, животных и птицы, выращенного урожая, сырья и готовых изделий (продуктов), а также проведение посевной и уборочной;
• обеспечивать удовлетворение физиологических потребностей человека в микроклимате жилища и в санитарно-медицинском минимуме;
• поддерживать транспортное сообщение в минимально допустимом объеме за счет выработки для транспортных средств топлива (биометана).
Геннадий ОСАДЧИЙ, директор и главный конструктор КБ альтернативной энергетики «ВоДОмет»
