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 2

Таблица 7.

Достоинства и недостатки системы холодотеплоснабжения
на базе солнечного соляного пруда и котлована со льдом/талой водой
для средней полосы России

Тип системы	Преимущества	Недостатки	Дополнительные виды энергоснабжения
Холодоснабжения [1]	Работа на аккумулированной солнечной энергии прудом до 2-х недель. Максимальная холодопроизводительность в солнечные дни. Не требуется резервного источника холода и тепла. Трансформация солнечной энергии в холод с коэффициентом >> 1. Аккумулирование низкопотенциальной теплоты для зимы. Нет использования электроэнергии	Большие площадь и объём пруда и котлована. Наличие большого концентратора солнечной энергии	Подогрев воздуха и воды в солнечном соляном пруду до 70-80 °С. Охлаждение* воздуха и воды в котловане со льдом до 0 °С
Теплоснабжения [1]	Трансформация тепловой энергии в теплоту с коэффициентом >> 1. Аккумулирование льда для лета. Нет использования электроэнергии	Использование органического топлива для работы хладомёта в зимний период	Подогрев зимнего воздуха в котловане с талой водой до +2 °С

* использование естественного холода в холодосистемах производственного цикла обеспечивает снижение энергозатрат при генерации холода в 8-10 раз. Холод котлована можно использовать летом для охлаждения аккумуляторных батарей ВЭУ, трансформаторов, инверторов, теристоров и т.п.

Таблица 8.

Эксплуатационные характеристики системы холодотеплоснабжения
для средней полосы России

Тип системы	Период эксплуатации	Неблагоприятные климатические факторы	Киум
Холодоснабжения	Весна, лето, осень	Ветер, пыль	100 %
Теплоснабжения	Работа в отопительный сезон	—

Таблица 9.

Экономические особенности системы холодотеплоснабжения [1]
для средней полосы России

Тип системы	Используемые природные материалы		Остальные используемые материалы
	перечень	срок службы	перечень	срок службы
Холодоснабжения	Вода, соль, грунт, глина, галька, песок > 95 % от веса системы	Не ограничен. Материалы пригодны для повторного использования	Металл, пластики, теплоизоляционные материалы	до 10 лет
Теплоснабжения

Таблица 10.

Социальные и экологические характеристики системы холодотеплоснабжения
для средней полосы России

Тип системы	Влияние на занятость населения	Влияние на энергетическую безопасность	Воздействие на окружающую среду
Холодоснабжения	Создаётся новое производство	Уменьшается зависимость территориального образования, производства и быта от поставок топлива и электроэнергии	—
Теплоснабжения	Создаются новые рабочие места		Вредные выбросы от источника тепловой энергии

Солнечный соляной пруд и котлован со льдом/талой водой рассмотренных выше систем в течение всего периода эксплуатации можно использовать в качестве противопожарных водоёмов, которые могут оставаться таковыми и после прекращения работ систем.

Запас воды на тушение пожара должен быть достаточным для подачи 10 л/с в течение трёх часов. Такое количество может храниться в котловане глубиной 1,5 м с зеркалом 70 м² [2].

Статистический анализ пожаров на объектах хранения, переработки и транспорта нефти и нефтепродуктов, проведённый за последние 10 лет ХХ века, показывает, что из 200 пожаров более 80 % произошло в наземных резервуарах. В резервуарах с сырой нефтью – 26 %, с бензином – 49 %, а в резервуарах с мазутом, дизельным топливом и керосином – 24 %.

Кроме этого, имели место пожары в насосных станциях по перекачке нефтепродуктов и нефтей, а также на железнодорожных и автомобильных эстакадах.

При пожарах сгорело несколько миллионов тонн нефти и её производных, а для локализации и тушения пожаров потребовалось огромное количество воды, на привод противопожарной техники израсходовано несколько миллионов литров топлива.

За последние 5 лет ХХ века в лесах, находящихся в ведении Федеральной службы лесного хозяйства России, зарегистрировано 81,2 тыс. пожаров. Около 80 % пожаров в лесном хозяйстве возникает по вине человека, 20 % – от грозовых разрядов. В густонаселённых районах большинство пожаров возникает, как правило, не от гроз, а по вине человека. Места возгораний здесь сравнительно доступны, но при значительном их количестве нередко оказывается невозможным без достаточного количества воды, имеющимися силами и средствами своевременно потушить все очаги.

Пожары возникают на лесозаготовках, лесоперевалах, на базах прописки энергетических средств – тракторов, сложных специализированных машин предназначенных для лесовосстановления и так далее.

Эти пожары, входящие в число пожаров по вине человека и приведшие к сгоранию и повреждению заготовленной древесины, зданий, сооружений, машин и так далее, в прямом ущербе от лесных пожаров занимают весьма скромное место – 2%.

Львиная доля затрат приходится на тушение – это оплата привлечённых сил и средств пожаротушения, их обслуживание, расходы на использование авиации – 33 %.

Огромный расход воды и топлива при тушении пожаров леса, нефти и её производных обуславливается тем, что высокая температура пламени (до 1200 °С) требует тепловой защиты близлежащей заготовленной древесины, установок, ёмкостей, арматуры, заполненных, как правило, взрывоопасными средами. Для исключения перегрева, возгорания, взрыва, их надо поливать водой, т. е. большая доля топлива и воды в противопожарной технике расходуется на локализацию пожаров.

Отсутствие достаточного количества воды приводит к выходу огня на «простор».

Рассредоточенность пунктов хранения и отпуска нефтепродуктов, заготовки, переработки и хранения древесины диктует, при плохих дорогах, развитие сети альтернативного пожаротушения среднего звена. Необходимо иметь достаточные в течение всего года запасы воды, позволяющей до прибытия штатных пожарных самим не только локализовать пожар, но и быстро его ликвидировать с минимальными энергетическими и материальными затратами, с минимальной тепловой нагрузкой на биосферу.

В настоящее время для борьбы с лесными пожарами Вырицкий ОМЗ выпускает высоконапорные мотопомпы МЛВ-1, МЛВ-2/1,2, плавающую МЛП-0,2, а ЦОКБ «Лесмаш» – низконапорную МЛН-3/0,35.

Высоконапорные мотопомпы, особенно МЛВ-2/1,2, хорошо зарекомендовали себя при тушении лесных пожаров, и с успехом могут применяться для локализации и тушения пожаров в жилищно-коммунальном секторе.

При выводе систем на безе солнечных соляных прудов и котлованов из эксплуатации, в выемках прудов и котлованов можно также возводить сооружения для выращивания грибов. В пруд и котлован закачивать грунтовые воды для «выдержки» и подогрева перед поливом. А также для замочки деревянных бочек. Для испытания крупногабаритных изделий на герметичность, на коррозионную стойкость в морской воде. Для флотации.

Вода, в отличие от пластмасс, используемых в солнечных коллекторах, не разрушается от ультрафиолетовых лучей. Срок её эксплуатации не ограничен.

Немаловажен и такой факт. Утилизация систем энергетики ВИЭ не идёт ни в какое сравнение с проблемами, с которыми сталкиваются АЭС – некуда девать отработанное ядерное топливо, нет хранилищ, которые были бы признаны безопасными по международным меркам. Хранилища пристанционные переполнены. Атомные станции, многие из которых уже отслужили свой срок, надо выводить из строя. Однако на их вывод из строя требуются такие же деньги, как на строительство атомных станций (2000-3000 $/кВт) – и этих денег атомная энергетика тратить не хочет. Поэтому заинтересованные лица правдами и неправдами продлевают срок службы атомных станций ещё на 10-15 лет, надеясь, что проблема будет решена после того, как они уйдут от службы. Это делает российскую атомную энергетику ещё более опасной. Нельзя без конца ездить на автомобиле – он стареет. Как вы его ни ремонтируйте, старый автомобиль есть старый автомобиль – он гораздо более опаснее, чем новый автомобиль. Примерно в таком же состоянии находится не только атомная энергетика, но, как показала жизнь, и гидроэнергетика.

Все окружающие нас предметы, машины, изделия имеют определённые этапы жизненного цикла: проектирование, производство, эксплуатация, образование отходов. Далее происходит их утилизация.

Чрезвычайно важная и быстро надвигающаяся на нас проблема – это проблема потребления ресурсов. Это принципиально новый подход к технологии производства продукта.

Стратегической перспективой для решения этой проблемы является глобальный рециклинг – когда практически все ресурсы возможно использовать в производстве, кроме полигонов твёрдых бытовых отходов, которые необходимо временно захоронить в ожидании развития новых технологий их использования или уничтожения.

Важнейшей задачей остаётся и необходимость создания материалов, которые можно было бы использовать в глобальном рециклинге, что позволяет исключить такие понятия, как отходы. Природа дала нам такой материал, и он издревле был познан и принят человечеством – это драгоценные металлы: золото, серебро, а в настоящее время и элементы платиновой группы. Дело в том, что коэффициент их повторного использования составляет 97-99 %. При современных технологиях коэффициент использования чисто углеродистых графитовых материалов, углеродных волокон 85-90 %. Однако объёмы материалов первой группы крайне низкие и какой-либо существенной роли они не играют. Серьёной проблемой становятся цветные металлы с точки зрения их производства и высоких затрат энергии.

Значительный интерес представляет рециклинг цветных металлов (алюминиевых сплавов, титановых, медных и некоторых других) с коэффициентом использования 75-80 %.

Использование железного лома и его сплавов, воспроизводство которых составляет 65 %, давно признано одним из наиболее эффективных.

И в тоже время одним из наиболее распространённых методов утилизации органосодержащих отходов в постсоветских странах является их захоронение или складирование. Это влечёт за собой ряд проблем – отчуждение территорий, загрязнение атмосферного воздуха, почвы, поверхностных и грунтовых вод. Такие методы также не оправданы с экономической точки зрения, т.к. являются затратными и ставят предприятие в зависимость от сторонних организаций.

Как известно, более 70 % производимых человеком материалов и веществ не имеют природных утилизаторов.

Эти проблемы также можно отнести к критериям оценки эффективности инновации, в том числе в энергетике ВИЭ.

Конечно, энергетика ВИЭ не может идти по пути автомобилистов, использующих утилизацию дорогих металлов для защиты окружающей среды. Глушители европейских автомобилей оснащены катализатором из платины и палладия. С их помощью можно почти полностью избавиться от угарного газа в выхлопе автомобиля, а большую часть оксидов азота превратить в безвредные соединения. Однако эти металлы очень дороги и со временем расходуются.

Поэтому в энергетике ВИЭ нужно стремиться создавать технологии с высокими коэффициентами использования существующих природных материалов и повторного использования этих материалов и материалов, из которых изготавливается оборудование.

Целый ряд экологических факторов утилизации, влияющих на жизнь и здоровье людей, развитие экосистем связан с производством. Рассмотрим это на примере аэропорта. Его деятельность связана, в частности, с эксплуатацией и обслуживанием наземных средств передвижения, зданий и сооружений и основана на использовании добытого и переработанного топлива, масел, специальных жидкостей и т.п. Это также усиливает техногенную нагрузку на окружающую среду. Действительно, любое предприятие, в том числе авиатранспортное, вовлекает в сферу производства сырьё и природные ресурсы, а обратно в окружающую среду направляет лишь одни отходы. А ведь авиапредприятия, в том числе аэропорты, как правило, расположены обособленно за пределами города, имеют санитарно-защитные зоны и зоны безопасности. Абсолютное большинство из них имеют собственные автономные, котельные и мощные резервные дизельгенераторы. Экологический эффект вывода, например, их котельных из эксплуатации – улучшение среды обитания человека и условий труда. Он выражается в уменьшении загрязнений и концентраций вредных веществ в атмосфере, воде, почве, увеличении площади пригодных земель, природных зон и ландшафта, сокращении уровня шумов и вибраций. Вот где поле деятельности для энергетики ВИЭ.

Реализация природоохранных мероприятий способствует улучшению здоровья населения, росту продолжительности жизни и т.д., предотвращению нежелательных ситуаций, способных приводить к тяжелым социальным последствиям и материальным потерям.

При демонтаже, разделке оборудования традиционной энергетики, в зависимости от используемых технологий утилизации, загрязняющие вещества могут поступать в окружающую природную среду в виде газо- и парообразных химических соединений, растворов, аэрозолей, пыли и других видов отходов. При ликвидации градирен необходимо предусмотреть нераспространение болезнетворных микробов и бактерий. Необходимо защитить население от влияния пыли золоотвалов – этого отрицательного фактора работы ТЭЦ, ТЭС. И здесь может прийти на помощь солнечная энергетика, способная обеспечить выкачивание и перемещение больших объёмов воды не только для ирригации, сельского хозяйства, пожаротушения, дегазации, дезинфекции, осушения водоёмов, бассейнов и колодцев, но и полив золы, для предотвращения её уноса.

Рассмотрим с этой точки зрения материалы, используемые в солнечном соляном пруду и котловане. Нет ли необходимости при их утилизации создавать специальные технологии переработки, захоронения (как для ядерных отходов) и т.д., с расходом энергии при уничтожении?

При утилизации солнечного соляного пруда – выпаривании воды из рассола, тёплый водяной пар можно направлять для обогрева теплиц (грибниц). Вода, как элемент мироздания, занимает место по жизнестойкости после воздуха, а уже потом идёт земля (грунт).

Оставшийся после выпаривания естественным путём воды из рассола пруда слой соли в пруду можно использовать для создания лечебных солевых комнат. При выпаривании можно получить идеальную ровную поверхность большой площади. На этой поверхности можно монтировать (стыковать) перед сваркой или клёпкой крупногабаритные изделия. При монтаже на такой поверхности можно получать идеальные посадочные (стыковочные, присоединительные) поверхности в одной плоскости или строго параллельные. Цена такой соляной поверхности может даже превышать первоначальную стоимость всего пруда с системами энергообеспечения. Соль убивает микробы и потенциальных возбудителей болезней. Для справки: только на высохших соляных прудах, которые считаются самыми ровными твёрдыми поверхностями на земле, фиксируются рекорды скоростей автомобилей.

После прекращения работы системы очищенные пруд и котлован можно использовать в качестве летних плавательных бассейнов и зон отдыха для людей, плохо переносящих летний зной.

→ начало статьи: часть 1

___________________________
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