Сетевое издание для специалистов инновационной сферы Бюллетень ИННОВАТИКА

ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЙ КАПИТАЛ

Осадчий Геннадий Борисович инженер, изобретатель

Достоинства и недостатки
отдельных систем и установок энергетики
возобновляемых источников энергии

• часть 1

Соотношение между ценами производства и потребления в среднем по России равняется двум, что обусловлено транспортными, снабженческо-сбытовыми, налоговыми и прочими начислениями, а также особенностями хранения реализуемой продукции и обеспечения жизнедеятельности объектов сферы услуг. При этом по отдельным регионам цены потребления различаются значительно. Удельный вес, например, транспортных расходов в цене потребления составляет в среднем около 10 %, а при поставке на значительные расстояния – около 50 %. Удельный же вес расходов на хранение определяется в основном энергопотреблением.

В результате прибыль производителя сведена к минимуму, а основная часть прибавочной стоимости реализуется в сфере обращения, что снижает рентабельность производства и значительно повышает цену потребления против цены предложения. Львиная доля в разности цен, потребления и производства приходится на то, с какой эффективностью, в каком виде и какими средствами проводится энергосберегающая политика не только в сфере услуг, но и в сфере производства энергии. Сфера услуг, особенно связанная с использованием искусственного холода и тепла, сама зависит от цены и дефицита тех или иных видов энергии.

Дефицит энергоресурсов в России обусловлен не только тем, что у нас самая холодная в мире зима и большие расстояния до мест добычи энергоносителей но и потому, что современные системы жизнеобеспечения промышленного производства, жилья, сельского хозяйства, строительства не используют, в частности, для энергосбережения при эксплуатации стационарных энергогенерирующих установок и систем тепловые приводы и резкие сезонные колебания температур, достигающие 50-70 °С, а базируются в основном на технологиях времён всеобщей индустриализации страны (первой половины прошлого века).

Значительные финансовые ресурсы, большое количество топлива, а значит и электроэнергии, расходуется из-за того, что разнообразные потребители топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) в прошедшие годы были переориентированы на использование технологий с применением в качестве универсального вида энергии – электрической энергии.

Централизованное производство электрической энергии с использованием её для совершения у потребителя необходимых ему видов работ по жизнеобеспечению зданий и производства было выгодно только с экономической точки зрения, когда электрическая энергия отпускалась по льготным тарифам и электрические сети содержались в удовлетворительном состоянии, так как для объектов с низкими объёмами потребления, где невозможна унификация, это упрощало номенклатуру, в частности механизации, холодо(тепло)генерирующего и холодо(тепло)использующего оборудования.

В настоящее время, когда россиянам уже не гарантируется надлежащее электроснабжение и цены на электроэнергию резко возросли, необходимо уже не только с экологической, но и с экономической точек зрения переход на использование более дешёвых видов энергии. При этом необходимо резко сократить потребление высоколиквидной электрической энергии.

Известно, что в процессе добычи, производства, транспортировки, хранения, потребления органических энергетических ресурсов (топлива), на всех перечисленных последовательных этапах продвижения энергии первичных источников и на всех ступенях использования энергии в материальном производстве и сфере услуг в целом теряется около 90 % энергии по сравнению с первоначальным уровнем.

Всё это приводит к запредельному потреблению ТЭР и расходу средств на борьбу с загрязнением окружающей среды и связано оно в первую очередь с большим количеством технологических переделов, которым подвергаются органическое топливо и генерируемые виды энергии на пути к потребителю, ведущих к тому же к резкому удорожанию традиционного энергоснабжения.

Одним из путей снижение доли в разности цен, потребления и производства является выработка необходимых видов энергии на децентрализованных (удалённых) территориях за счёт использования возобновляемых источников энергии (ВИЭ).

В электронных изданиях широко представлены под различными названиями многочисленные системы и установки энергетики ВИЭ, каждая из которых имеет в зависимости от географического положения потребителя энергии, режима эксплуатации, временных потребностей в тех или иных видах энергии свои преимущества и недостатки.

Предлагается оценка достоинств и недостатков отдельных систем и установок энергетики ВИЭ, призванных обеспечивать водоснабжение, выработку механической и электрической энергий производство холода и тепла в средней полосе России.

Возможности энергетики ВИЭ по обеспечению этими видами энергии приведены в таблицах 1 - 10.

Это – сводный анализ наиболее эффективных, с точки зрения минимизации энергетических потерь, расхода создаваемых человеком материалов, отрицательного воздействия на окружающую среду и человека технологий использования в средней полосе России наиболее распространённых видов ВИЭ – энергии Солнца, в том числе, аккумулируемой солнечным соляным прудом [1] и ветра (ВЭУ).

Таблица 1.

Достоинства и недостатки систем и установок энергетики ВИЭ,
призванных обеспечивать водоснабжение в средней полосе России

ВИЭ	Тип системы (установки)	Преимущества	Недостатки	Область применения
С О Л Н Ц Е	ФЭП - насос	Малые габариты	Малый Киум.* Деградация электрической энергии. Большое количество технологических переделов	В условиях сверхплотной городской застройки и размещения производств
	Гелиоводомёт с солнечным соляным прудом [1]	Работа на аккумулированной солнечной энергии до 2-х недель. Температура нижней границы термодинамического цикла водомёта около 0 °С. Аккумулирование теплоты для использования зимой. Нет использования электроэнергии	Значительные площади и объёмы пруда и котлована со льдом. Наличие большого концентратора солнечной энергии	В местностях с низкой плотностью проживания и размещения производств
	Гелиоводомёт с солнечным коллектором	Минимальное количество технологических переделов. Малые размеры	Малый Киум. Рассеивание тепла термодинамического цикла.	В условиях плотной городской застройки
В Е Т Е Р	ВЭУ - насос	Использование механической энергии для привода насоса	Малый Киум. Негативное влияние шума на окружающих	В местностях со сверхнизкой плотностью проживания

* Коэффициент использования установленной мощности

Конечно, перечень, ВИЭ для водоснабжения может быть расширен за счёт гидроэнергии, двигателей внутреннего сгорания (ДВС), работающих на биогазе и т.п. Однако гидроэнергия – это источник энергии ограниченного использования, а биогаз, как высоколиквидное топливо, более всего подходит для применения в ДВС транспортных средств.

Акцентирование внимания на том, что в системе солнечного водоснабжения нет использования электроэнергии обуславливается не только тем, что использование электричества для целей водоснабжения не выгодно в стационарных условиях (даже в условиях сверхплотной городской застройки) не только с энергетической точки зрения. А потому, что медики объявили об открытии новой болезни, присущей современной цивилизации – синдрома электромагнитной гиперчувствительности (СЭГ).

СЭГ проявляется у людей, проживающих вблизи источников сильного электромагнитного излучения – высоковольтных линий электропередач, передатчиков и т.п.

Среди наиболее часто встречающихся симптомов СЭГ выделяют головную боль, воспаление глаз, головокружение, тошноту, кожную сыпь, припухлость лица, слабость, быструю утомляемость, боли в суставах и мышцах, зуд в ухе, тяжесть в животе, затруднение дыхания и нарушение ритма сердца. Мощность радиоволн в крупных городах в 2 млн. раз превосходит естественный фон, который создаёт Солнце. Кроме радиоволн есть и множество других источников электромагнитного излучения – электропроводка, телевизоры, компьютеры, осветительные приборы и так далее. Жители Северной Америки подвергаются в среднем в два раза большему воздействию электромагнитных полей, чем в Европе. Это связано с тем, что в США напряжение в электрической сети вдвое меньше европейского стандарта (100 В против 220 В), а ток, соответственно, в 2 раза больше. Тактика лечения СЭГ до сих пор не разработана. По всей видимости, аналогичное воздействие оказывает электромагнитное излучение, особенно высокой плотности на другие живые организмы (животных, птицу, рыб, растения).

Следовательно, водоснабжение за счёт использования энергии солнечных соляных прудов и ветра (без промежуточной выработки электрической энергии) повышает его (водоснабжения) экологическую безопасность.

Таблица 2.

Достоинства и недостатки систем и установок энергетики ВИЭ,
призванных обеспечивать производство механической энергии в средней полосе России

ВИЭ	Тип системы (установки)	Преимущества	Недостатки	Область применения
С О Л Н Ц Е	ФЭП - электродвигатель	Малые габариты	Малый Киум. Деградация электрической энергии. Большое количество технологических переделов	В условиях сверхплотной городской застройки и размещения производств
	Тепловой двигатель, работающий от энергии солнечного соляного пруда [1]	Работа на аккумулированной солнечной энергии до 2-х недель. Минимальное количество технологических переделов. Создание запаса тепла для зимнего использования.	Значительные площади и объёмы пруда и котлована со льдом. Наличие большого концентратора солнечной энергии	В местностях с низкой плотностью проживания и размещения производств
	Тепловой двигатель, работающий от энергии солнечного коллектора	Минимальное количество технологических переделов. Малые размеры	Малый Киум. Рассеивание тепла термодинамического цикла	В условиях плотной городской застройки
В Е Т Е Р	ВЭУ	Минимальное количество технологических переделов	Малый Киум. Негативное влияние шума на окружающих	В местностях со сверхнизкой плотностью проживания

Таблица 3.

Достоинства и недостатки систем и установок энергетики ВИЭ,
призванных обеспечивать производство электрической энергии в средней полосе России

ВИЭ	Тип системы (установки)	Преимущества	Недостатки	Область применения
С О Л Н Ц Е	ФЭП	Минимальное количество технологических переделов. Малые габариты	Малый Киум. Большая стоимость	В условиях городской застройки и размещения производств
	Гелио-электростанция с солнечным соляным прудом [1]	Работа на аккумулированной солнечной энергии до 2-х недель. Создание запаса тепла для зимнего использования.	Большие площади и объёмы пруда и котлована со льдом. Наличие большого концентратора солнечной энергии	В местностях с низкой плотностью проживания
	Гелио-электростанция с солнечным коллектором	Малые размеры	Малый Киум. Рассеивание тепла термодинамического цикла	В условиях плотной городской застройки
В Е Т Е Р	ВЭУ	Возможность генерирования электроэнергии в условиях полярной ночи	Малый Киум. Негативное влияние шума на окружающих	В местностях со сверхнизкой плотностью проживания

Таблица 4.

Эксплуатационные характеристики электрогенерирующих установок
в средней полосе России

Тип установки	Период эксплуатации	Неблагоприятные климатические факторы	Киум
С солнечным соляным прудом	Весна, лето, осень	Ветер, пыль	100 %
С ФЭП	Круглый год при наличии резервного источника электроэнергии	Град, пыль, дождь, снег, ветер, холодная погода	<< 100 %
С солнечным коллектором
С ВЭУ		Штиль. Обледенение. Порывы ветра

Таблица 5.

Экономические особенности электрогенерирующих установок
для средней полосы России

Тип установки	Используемые природные материалы		Остальные используемые материалы
	перечень	срок службы	перечень	срок службы
С солнечным соляным прудом	Вода, соль, грунт, глина, галька, песок > 90 % от веса системы	Не ограничен	Металл, пластики, стекло, теплоизоляция	до 10 лет
С солнечным коллектором	—	—
С ВЭУ	—	—	Бетон, металл, пластики	до 10 лет
С ФЭП	—	—	Моно(мульти) кристаллический кремний	до 25 лет

Таблица 6.

Социальные и экологические характеристики электрогенерирующих установок
в средней полосе России

Тип установки	Влияние на занятость населения	Влияние на энергетическую безопасность	Воздействие на окружающую среду
С солнечным соляным прудом	Создаются новые постоянные рабочие места	Уменьшается зависимость территориального образования, производства и быта от поставок электроэнергии	—
С солнечным коллектором			Вредные выбросы от резервного источника
С ВЭУ
С ФЭП*

* загрязнение окружающей среды при изготовлении

При производстве механической и электрической энергии от ВИЭ не используется вода в том традиционном виде, в качестве теплоносителя-охладителя, как при работе ТЭЦ. И это придаёт этим технологиям более высокую эпидемиологическую безопасность.

Вода – естественный природный теплоноситель, с её помощью отводятся избытки тепла от агрегатов традиционных тепловых электростанции при производстве электроэнергии. Её надо охлаждать и, охлаждённую, вновь возвращать на предприятие, замкнув тем самым производственный цикл.

В современной энергетике используются в основном два способа её охлаждения – в градирнях и прудах-охладителях. Градирни при своём зарождении служили при добыче соли выпариванием. Сегодня они используются как устройства для охлаждения воды воздухом в оборотной (циркуляционной) системе водоснабжения. Они дожили до наших дней, достигнув циклопических размеров: более 120 м в высоту и 400 м² в основании.

Градирни отрицательно воздействуют на среду обитания с эпидемиологической точки зрения. Градирня – это постоянный источник питательной среды для бактерий и микроводорослей: здесь нет губительного действия солнечного света, зато есть тёплая вода – благодатнейшая среда для их развития. Тёплая вода взаимодействует и с элементами конструкции, и с охлаждающей системой.

Борьба с микрофлорой внутри градирни (подкисление, фосфатирование, хлорирование, газация и т. д.) отрицательно влияет на саму конструкцию. Вместе с испаряемой водой (испарение 1 % воды понижает её температуру на 6 °С, что и является целью работы градирни), как отмечают экологи, рассеиваются патогенные бактерии и вирусы, что приводит к росту заболеваний в районах, находящихся рядом с градирней. Для архитекторов градирня – яркий пример антиэкологической, агрессивной визуальной среды для зрительного восприятия, для биологов – невозможность использовать тёплую воду, прошедшую градирню, для любого биологического производства. Для энергетиков и покупателей энергии – тоже с относительной ценностью: охлаждение водой увеличивает издержки на производство электроэнергии на 5 % (сухой – более чем на 25 %), КПД электростанции снижается при этом на 1 % (с сухой – на 6-8 %), а для населения – это рост тарифов.

При использовании градирни порочен сам принцип «охлаждения ради охлаждения», без какой либо пользы, без попыток заставить тёплую воду работать и вывести её из категории «тупикового» продукта с «отрицательной» стоимостью (с учётом затрат на отвод тепла в атмосферу). Тем более, что по мере развития и совершенствования традиционной энергетики растёт и температурное качество тёплой воды: если у ТЭС в зимний период она не повышается выше +8-11 °С, то у АЭС в зимний период она не опускается ниже +18-20 °С, а в летний – поднимается до +35-40 °С.

→ продолжение статьи: часть 2

___________________________
1. Осадчий Г.Б. Солнечная энергия, её производные и технологии их использования (Введение в энергетику ВИЭ) / Г.Б. Осадчий. – Омск: ИПК Макшеевой Е.А., 2010. – 572 с.
2. Кумин В.Д. Электрофицированные установки для водоснабжения // Механизация и электрификация в сельском хозяйстве. 1996. № 3. – С. 13-16.

© Г.Б.Осадчий, 2013

адрес эл.почты автора: genboosad@mail.ru

■

Опубликовано:
22.04.2013
Бюллетень ИННОВАТИКА • Рубрика «Интеллектуальный капитал»

---

Статьи по теме АЛЬТЕРНАТИВНАЯ ЭНЕРГЕТИКА:
• Осадчий Г.Б.
Солнечная энергия – возобновляемая энергия мирового значения
• Осадчий Г.Б.
Солнечное излучение и геотермальное тепло – источники энергии для комбинированных систем энергоснабжения
• Осадчий Г.Б.
Актуальность совместного использования солнечной и ветровой энергии для энергетики малых мощностей
• Осадчий Г.Б.
Совместное использование солнечной энергии и холода малых водотоков

Тематические мероприятия:
• Круглый стол (11 апреля 2013 года)
Экономика знаний. Энергетика

---

↑ начало статьи