Нетрадиционные возобновляемые источники энергии

Понятие устойчивого развития включает в себя как обязательный компонент постепенный переход от энергетики, основанной на сжи­гании органического топлива (нефть, уголь, газ и др.), к нетрадици­онной (альтернативной) энергетике, использующей возобновляемые экологически чистые источники энергии – солнце, ветер, энергию биомассы, подземное тепло и др. (см. приложения 15, П.2).

В послании международной экологической организации Гринпис правительствам всех стран отмечается, что «правительства должны признать, что углеводородное топливо – основная причина измене­ния климата и что единственной стабильной системой энергоснабже­ния, способной отвечать нашим энергетическим потребностям, может быть система, основанная на возобновляемых источниках энергии».

Основные преимущества возобновляемых источников энергии хо­рошо известны: практическая неисчерпаемость запасов (рис.14.2) и относительная экологическая безвредность, в связи с отсутствием побочных эффектов, загрязняющих природную среду. Сдерживает их развитие недостаточный на сегодняшний день технический уровень индустриальных методов использования.

В жилищно-строительной сфере, как и во всех других видах чело­веческой деятельности, использование нетрадиционных возобнов­ляемых источников энергии получило широкое развитие.

Энергия Солнца. Всовременной мировой практике энергоснабже­ния излучение Солнца – возможно, главный нетрадиционный источ­ник энергии. Появилась новая отрасль энергетики – гелиоэнергетика, созданы специальные энергетические установки – гелиосистемы.

«Ливень» солнечной энергии неисчерпаем. Лишь незначительная часть излучения Солнца (0,02%) попадает в биосферу Земли, но и это­го количества энергии достаточно, чтобы в тысячи раз перекрыть об­щую мощность всех электростанций мира. К недостаткам солнечной энергии относят дискретность (преры­вистость) ее поступления на поверхность Земли (по часам суток, време­ни года, географическим поясам) и зависимость от метеорологических условий. Например, в России специалисты рекомендуют размещать гелиополигоны южнее 55° с. ш. В связи с этим многие зарубежные уче­ные работают над проблемой выноса гелиосистем на околоземную орбиту. Предполагается строительство в Европе 40 спутниковых сол­нечных электростанций,способных обеспечить около 20% потребно­сти в электроэнергии. Однако не исключено, что солнечные электро­станции могут причинить ущерб окружающей среде в процессе пере­дачи энергии на Землю.

Энергия ветра. Направление энергетики, связанное с ветровой энергией, называют ветроэнергетикой,а здания, в которых энергия ветра преобразуется в электрическую, тепловую и другие виды энер­гии, – ветроэнергоактивными.

Ветроэнергетика становится рентабельной при средних скоро­стях ветра от 3 до 10 м/с при повторяемости около 60 – 90% и, следова­тельно, может использоваться лишь в районах с постоянным ветром (Крайний Север, побережье Охотского моря, Камчатка, Курилы, Прикаспийская низменность и др.). Значитель­ным недостатком ветроэлектростанции является также генерация ими инфразвукового шума.

И, тем не менее, ветроэнергетика имеет большое будущее. За по­следние 20 лет она прошла путь от небольших агрегатов до современ­ной многомиллиардной отрасли, обеспечивающей большое количе­ство энергосистем. В 2001 г. ветротурбины, мощность которых со­ставляла 14 000 МВт, генерировали «чистую» электроэнергию в более чем 30 странах мира. Только в США работает 9000 ветровых электро­установок, в Дании – 1500. По данным Европейской ассоциации вет­ровой энергии, к 2020 г. ветровые электростанции обеспечат 10% ми­ровой потребности в электроэнергии.

Геотермальная энергия. На территории СНГ запасы еще одного не­традиционного источника энергии – геотермального тепла,оцениваются в десятки миллионов тонн условного топлива. Идея использо­вания тепла Земли как альтернативного энергоресурса не нова. Еще в 20-е гг. XX в. К. Э. Циолковский и В. А. Обручев считали возможным использование геотермального тепла. К началу XXI в. мощность энер­гии геотермальных систем в мире превысила 16 млн. кВт·ч, что доста­точно для обогрева многих тысяч квартир. Исландия полностью отка­залась от использования органического топлива, и широко использу­ет геотермальные воды.

Наиболее экономически выгодный вариант использования гео­термального тепла – строительство ГЭС с использованием водяного пара (температурой 200 – 400°С). К сожалению, месторождения тер­мального пара в России, да и в мире, редки, поэтому основное приме­нение находят геотермальные (теплоэнергетичекие) воды с темпера­турой до 200° С, выходящие на поверхность земли в виде источников. Достаточно упомянуть в связи с этим Паужетскую гидротермальную станцию, построенную в 1967 г. на Камчатке.

Перспективным направлением в энергосбережении специалисты считают извлечение тепловой энергии из водонасыщенных пластов, залегающих на глубинах 2 – 3 км и имеющих температуру 150 – 200°С. На выбранной площадке бурятся вертикальные и наклонные нагне­тательные скважины, по которым закачивается теплоноситель, кото­рый прогревается горячими породами, а затем откачивается. Подоб­ная теплоэнергетическая система называется циркуляционной и ее применение вполне целесообразно во многих районах СНГ (Север­ный Кавказ, Крым, Армения, Закарпатье и др.) - Первая в России тер­моциркуляционная система действовала в е Грозном, где вода после использования в теплицах нагнеталась на глубину 1 км, там она вновь нагревалась.

Энергия биомассы. Биомасса – это выраженное в единицах массы количество живого вещества организмов, приходящееся на единицу площади или объема. В процессе переработки она преобразуется в ор­ганические отходы и биогаз.

В настоящее время биомасса широко используется в качестве топ­лива, что является результатом постоянных усилий ученых и специа­листов по созданию экологически чистой энергии и предотвращению выбросов загрязняющих веществ в атмосферу. В энергетических целях биомассу либо сжигают, используя тепло­ту сгорания (в этом случае продукты пиролиза могут загрязнять атмо­сферу), либо перерабатывают путем анаэробного сбраживания с це­лью получения биогаза. Биогаз, состоящий на 60 – 70% из метана и на 20 – 40% из углекислого газа, получают в специальных установках, основной частью которых является реактор (метантенк).

Материалом для переработки на биогазовых установках служат твердые бытовые отходы, навоз, отходы деревообработки (кора, опилки, стружки), осадки биологических очистных устройств и др.

С экологической точки зрения укажем на некоторые отличитель­ные особенности использования этого энергетического направления: 1) биотехнологическая трансформация биомассы в энергию считается абсолютно безвредной; 2) в отличие от традиционных источников энер­гии данный метод не загрязняет окружающую среду; 3) вырабатывается не только энергия, но и одновременно природная среда очищается (ос­вобождается) от продуктов жизнедеятельности и других отходов.

После очищения от углекислого газа и сероводорода биогаз сжигают и используют в стандартных водонагревателях, газовых плитах, горелках и других приборах.

В строительной сфере биогаз, как показывает мировой опыт, широко используется как источник экологически чистой энергии при производстве многих строительных материалов: гипса, стекла, керамзита и др. Доказано также, что при сухом способе производства цемента экологи­чески и экономически выгоднее во вращающихся обжиговых печах ис­пользовать не традиционные источники энергии, а биогаз.

К нетрадиционным возобновляемым источникам энергии отно­сят также энергию приливов, энергию ветровых волн, тепловые насосы, энергию температурных колебаний различных слоев морской воды и т. д. (см.Приложение 15, П.2)

Перспективным методом использования нетрадиционных источ­ников энергии считается объединение ряда зданий в единую энерго­систему в виде гелио- и ветрогелиокомплексов, а также ветроэнерго-активных комплексов, дополненных тепловыми насосами для трех сред (Селиванов, 1993). Эксплуатация подобныхжилищно-энергетических комплексов позволит не только экономить невозобновляемые источники энергии, но и исключить или свести к минимуму вредное воздействие энергетики на окружающую среду.