Энергия с неба

Доля источников возобновляемой энергии ( ветроэнергетика, солнечная энергия, биоэнергия и пр.) в общей энергетике США уже составляет 14%, во Франции — 15%, в Дании — 12%, в Китае — 14%, в Индии — 22,5%, в Латинской Америке — 35%. Все эти показатели к 2010 году будут увеличены в среднем почти в 1,5 раза. И опыт этих стран показывает, что инвестиции в получение энергии от ветра и солнца могут оправдывать себя и в экономике, в особенности, когда ожидается повышение цен на газ и нефть. У нас же использование природных возобновляемых источников энергии пока не получило еще очень широкого распространения. Массовый всплеск в Украине в последние годы архитектурного разнообразия заметно обогнал способность достойного инженерно - технического решения строящихся шедевров.
И с одной стороны, закладывая энергосберегающие технологии, архитекторы словно пытаются приручить природную стихию и поставить ее на службу человеку. Но с другой — комплектация инженерными системами возводимых объектов обычно подразумевает, что применяться будет традиционное решение : извлечение энергии из твердого и жидкого топлива. Другими словами, будут расходоваться не возобновляемые ресурсы, такие как нефть, уголь, природный газ. А ведь запасы их далеко не бесконечны. И беда в данном случае в том, что, к сожалению, мысль работает в направлении увеличения добываемой мощности, а не экономного распоряжения уже имеющимся. Современное здание — это система гарантированного комфортного времяпрепровождения, где должен быть обеспечен оптимизированный режим экономного использования коммунальных ресурсов.
И чтобы человеку было комфортно в его доме, самое главное, чтобы там были тепло, свет, горячая вода. И проблему обеспечения здания отоплением, электричеством и горячей водой вполне могут решить нестандартные источники энергии, наиболее известные из которых — " ветряки " и солнечные батареи. Вполне возможно, что в условиях мировых экологических и топливных проблем восполняемые источники энергии у нас в стране тоже начнут приобретать приоритетное значение. Тем более, что устройство и эксплуатации их возможны как при реконструкции здания, так и при новом строительстве. ¦ Начнем с ветряных электростанций. Все большее количество застройщиков, задумываясь о ценах на природные не возобновляемые энергоресурсы и учитывая их ограниченности, задумывается над тем, как обзавестись " ветряком ".
Использование энергии ветра давно знакомо человеку. На него веками работали ветряные мельницы. Но когда на службу были поставлены уголь, нефть, а с ними — электричество и турбины, показалось, что " время парусов " закончилось. Природные твердые и жидкие источники энергии получили явное преимущество и широкое распространение. Но " ветряки " не потеряли своих достоинств и не исчезли совсем. Хотя, по мнению сторонников использования энергии ветра, в настоящее время виной недостаточно активного внедрения " ветровых технологий " являются консерватизм и инертность. Энергия ветра имеет множество преимуществ. Она доступна и с точки зрения технологического развития, и в смысле наличия ветряных ресурсов.
Слабым местом ее использования является недостаточная " энергетическая плотность " этого природного ресурса : для производства электричества необходимо значительное число генераторов. Ветровые турбины не могут быть размещены повсеместно, поскольку не везде достаточно ветрено, а в тех местах, где ветра много, строительство и эксплуатация ветровых ферм могут оказаться неоправданно дорогостоящими ввиду удаленности от потребителя. Против использования ветряных двигателей выдвигаются порой и чисто визуальные соображения. Основным критерием для их установки является средняя скорость ветра, а лучше всего среднемесячная и среднегодовая скорости ветра. Ниже этой скорости не имеет смысла устанавливать ветряную электростанцию.
Причем эта среднегодовая скорость ветра должна быть измерена на так называемой флюгерной высоте. Точное место расположения установки на участке зависит от шумов, издаваемых при ее работе. ¦ Солнечная энергия есть не что иное, как воздействие солнечной радиации на здание или воспринимающие поверхности. Идея использования солнечной радиации для получения энергии долго не находила эффективного технологического решения. Но во времена энергетического кризиса 1970- х годов во всем мире возрос интерес к солнечной энергии. Правда, на территории бывшего СССР, за исключением космоса, она практически не использовалась, хотя высокая солнечная активность — особенность почти всей этой территории. Преимущество использования фотоэлектрических генераторов солнечной энергии в том, что это экологически чистая технология.
Сами по себе генераторы нуждаются в минимуме обслуживания и не требуют особых эксплуатационных затрат. Им не нужны громоздкие конструкции, занимающие значительные территории, они надежны в эксплуатации и бесшумны. Возможность установки солнечной электростанции определяется по количеству солнечных дней в году, а так же по количеству солнечной энергии, приходящейся на единицу площади ( Вт / м 2 ). Экономически выгодными для использования солнечных панелей являются районы с солнечной активностью 100-250 кДж / см г. Зарубежные и отечественные компании выпускают солнечные панели единичной мощности 50 Вт, 100 Вт на напряжение 12 В для получения необходимой мощности и в результате получается солнечная электростанция.
Она, в районах с высоким солнечным потенциалом, может окупиться в течение 2-5 лет эксплуатации. Срок службы солнечной панели до 50 лет, причем каждые 10 лет она теряет всего 1% мощности. Правды ради стоит сказать, что у солнечной энергетики есть и ряд недостатков : подобные электростанции не работают ночью и в холод, а оборудование для преобразования солнечной радиации в электричество остается дорогим. ¦ Преобразование солнечного излучения, применяемого для обогрева здания или нагрева воды, может быть либо активным, либо пассивным. Пассивное использование солнечной радиации возможно за счет восприятия и отдачи энергии при прямом улавливании лучей через остекленные проемы ( окна, витражи, витрины ) и косвенном, за счет массивов стен, крыш, ограждений зимних садов и т. п.
Другими словами, это архитектурно - строительные системы, улавливающие солнечное тепло, направляющие его в глубь помещения, аккумулирующие его там и отдающие его в нужное время во внутреннюю среду. Эти системы не требуют практически никакого инженерного оборудования ( за исключением в некоторых случаях небольших вентиляторов ). Активное же использование солнечной радиации возможно за счет восприятия и передачи энергии специальными устройствами : гелиоколлекторами, солнечными фотоэлектрическими установками наземного использования и т. п. Еще лет тридцать назад у нас в стране, да и во всем мире, под использованием солнечной энергии понимали применение специального инженерного оборудования, такого, как солнечные коллекторы, теплообменники, баки - накопители нагретой солнцем воды или другой жидкости, автоматику, регуляторы и т. п.
( то есть, подразумевался активный тип ). Такие системы в наше время широко применяются в развитых странах. Используя приемы " солнечной архитектуры ", современный " солнечный " дом может быть оборудован как пассивными, так и активными элементами для использования энергии. Причем — таким образом, чтобы максимально поглощать и использовать солнечное излучение для обогрева, горячей воды и электрообеспечения. Главными инженерными элементами солнечной архитектуры являются расположенные на крыше дома солнечные коллекторы для нагрева воздуха и воды, солнечные батареи. Выгода использования солнечной энергии будет максимальной, если дом еще правильно расположить и эффективно утеплить. " Правильное " расположение и строительство дома предполагает его южную ориентацию ( для максимального съема солнечной энергии ) и наличие буферных зон ( теплица с юга, гараж с севера, веранды с запада или востока и т. д.
). В холодный период года солнце используется в пассивном режиме отопления, снижая тем самым нагрузку на обогревающую систему. В тёплый период года энергия солнца используется для подогрева воды. Получение тепловой энергии от солнца осуществляется в солнечных коллекторах, в которых нагревается воздух или вода. В идеале от системы солнечного обогрева нужно получить столько тепла, чтобы компенсировать все тепловые потери и обеспечивать семью теплой водой для бытовых нужд. Избытки тепловой энергии накапливаются и хранятся в сезонных и суточных аккумуляторах. Длительному сохранению тепла в доме способствуют также архитектурные и конструкторские решения, эффективные утеплители. Выработка электроэнергии происходит в солнечных батареях.
Но сегодня еще нет дешевых сезонных аккумуляторов и значимым источником тепла остается котел, но его расход топлива в несколько раз меньше. Отопление, безусловно, будет нужно, когда пасмурная погода задержится. И здесь должен выручать бак - аккумулятор, в который из коллекторов должна нагоняться горячая вода. В солнечный день вода с антифризом, которая циркулирует в коллекторах, устанавливающихся на домах, может разогреваться до + 70-80 °С. Она постепенно будет использоваться для отопления и бытовых нужд в холодные дни. Зная показатели солнечной радиации для данного района, можно рассчитать, какая система коллекторов, которые, как правило, устанавливают на крыше, будет оптимальна для конкретного дома.
Оптимальными представляются наклон коллектора под углом в 45 градусов и ориентация на юг. Если коллекторы размещены на восточном или западном скате крыши, количество улавливаемой энергии снижается на 15-20%. Такие потери могут возместить лишь соответственно увеличенные размеры установки. Предлагаются в основном две системы : плоские коллекторы со стеклянным покрытием и коллекторы с вакуумными трубками. Наилучшим вариантом соотношения между затратами и результатом на сегодняшний день следует признать установки с плоскими коллекторами. Несколько более высокий у вакуумных коллекторов КПД уравнивается за счет того, что площадь плоского коллектора может иметь большие размеры. И тогда плоская установка дает точно столько же теплой воды, сколько вакуумная — при возможном уменьшении первоначальной стоимости.
В среднем цена самих коллекторов составляет примерно треть всех расходов. Еще треть падает на накопители, мелкие детали и регулировку. Остаток следует отнести на долю монтажника. " Загрузка солнечным теплом " обыкновенно происходит через теплообменник, расположенный в нижней части накопителя. Второй теплообменник в верхней части накопителя позволит дополнительно подогревать воду с помощью отопительного котла. Большинство установок для подогрева воды для бытового использования работает сегодня с двумя циркуляционными системами, по принципу так называемой двойной циркуляции. Солнечная циркуляция начинается лишь тогда, когда температура в коллекторе на несколько градусов выше, чем в накопителе.
Идеальные солнечные накопители бывают высокие и прямые, чтобы температура располагалась " слоями ". Поэтому вода, которую берут с самого верха накопителя, всегда горячая, а солнечный теплообменник в более прохладной нижней части работает в оптимальном режиме. Довольно распространенный и наиболее перспективный вариант использования солнечной энергии для теплоснабжения индивидуальных домов и других небольших объектов — система, которая представляет собой комбинацию солнечных коллекторов, бака - аккумулятора, одного или нескольких отопительных котлов. Такое сочетание обеспечивает комфортные условия с наименьшими затратами традиционных энергоносителей. В данном случае бак - аккумулятор с системой встроенных ( обычно ) теплообменников играет роль объединяющего и согласующего элемента всей установки теплоснабжения. ¦ Очевидно, что получать постоянную энергию от любого источника возобновляемой энергии в течение года в районах с умеренным климатом, то есть с небольшой скоростью ветра — 4-5 м / с, небольшой солнечной активностью, практически невозможно.
Например, чтобы покрыть незначительный дефицит в пределах 20-30%, стоит использовать гибридные системы ( ветер - сеть, ветер - дизель, ветер - солнце и т. д.). Проще говоря, если в качестве основного источника питания выбрана ветроэлектростанция в районе с высокой солнечной активностью, как например, побережье Крыма ( удивительное сочетание силы ветра и тепла солнца ), то, естественно, стоит установить ветро - солнечную электростанцию. Возможно, в ряде случаев не обойтись и без дублирующих систем энергоснабжения, использующих не возобновляемые ресурсы. Но даже если возобновляемый источник энергии будет давать всего 20% энергии, уже будет несомненный положительный эффект. По приблизительным оценкам специалистов, двадцатипроцентное замещение снизит на 1/5 использование количества не возобновляемых энергоносителей, используемых для эксплуатации зданий, риск надвигающейся экологической катастрофы и, что самое важное для владельца жилища — затраты на содержание его дома. Техническое обслуживание современных бытовок и модульных зданий
  • 1