Автор: Минакова А.А.
Источник: "Экологические проблемы индустриальных мегаполисов: Сборник трудов международной научно-практической конференции. Донецк 30-31 мая 2011., - Донецк, ДонНТУ Министерства образования и науки Украины, 2011 - 259 с.
Проанализированы основные причины недостаточного использования альтернативной энергии. Кратко дана информация о наиболее доступных возможностях получения альтернативной энергии
Экономия энергии всегда благоприятно отражается на состоянии природной среды, поскольку позволяет сократить ее производство и избежать загрязнения и отходов по всей цепочке ее производства, распределения и использования.
Строительство экологического жилья - стратегически важная научно-техническая, экономическая, социальная и политическая тенденция. Сейчас она находится в начальной стадии развития.
Энергоэффективные дома можно считать самыми яркими представителями экологических домов, и с них начинается современная история экодомостроения. Энергоэффективность далеко не исчерпывает всех сторон экологического дома, но при этом является одной из главных его характеристик. Успешные проекты энергоэффективных домов с этой позиции выступают хорошей основой для конструирования экологических домов.
Системный подход позволяет рассмотреть дом, как единую теплоэнергетическую систему с проходящими через нее потоками различных энергий. Из приходящих потоков главные: отопление, солнечный нагрев, горячая вода, электроэнергия, газ, биогенные тепловыделения. Теряется энергия в основном в виде тепла уходящего воздуха, тепла сточной воды, теплоотдачи через ограждающие конструкции.
Для снабжения энергией экодомов естественно использование энергии возобновляемых источников (ВИЭ). Было бы неверным утверждать, что ВИЭ экологически безупречны, но экологический ущерб от них несравненно меньше чем от традиционного энергообеспечения.
Следует учитывать, что различия природно-климатических, географических, геологических условий на площадке строительства в разных районах Донецкой области с присущими им специфическими местными условиями закладывают при строительстве одного и того же типа зданий потребность в различных источниках энергоресурсов.
Так, рассматривая природные особенности Донецкой области с позиции энергообеспечения экодома можно сгруппировать их следующим образом:
В степную зону отнесем приазовскую равнину (Новоазовский, Володарский, Амровсиевский, Шахтерский Первомайский районы).
Обилие лесных массивов характерно для севера Донецкой области (Словянский, Амровсиевский, волновахский, Краснолиманские районы).
Наиболее обеспечены водными ресурсами Константиновский район (Клебан-быкское водохранилище), Новоазовский, Ясиноватский район.
Как было отмечено ранее, в зависимости от принадлежности местности одной из групп, подход к выбору оборудования для энергообеспечения экодома будет различным.
Так, для степной зоны, стратегически важным оборудованием будут ветряки и солнечные коллекторы, для лесных массивов – установки, использующие биотопливо, для объектов, расположенных вблизи водных объектов - минигидроэлектростанции (мини-ГЭС).
Концепция энергообеспечения экодома в Донецкой области предполагает анализ видов оборудования в зависимости от принадлежности к одному из видов энергии, перед его непосредственным внедрением. Давайте рассмотрим преимущества и недостатки перечисленных альтернативных источников энергии (табл.1.1):
| Название ВИЭ | Максимальная мощность энергоустановки, МВт | КПД установки | Удельная стоимость 1 кВт, долл США | Стоимость 1 кВТч, центов | Основные требования и проблемы |
| Малая гидроэнергетика | до 50 МВт | 80 | 1000-1200 | 3-4 | Наличие непересыхающих рек, возможность строительства плотин, проблемы эксплуатации в зимний период |
| Солнечная энергетика | фотоэффект до 10 MBт; прямой нагрев до 100 МВт | 8-10; 60-80 | 3500-6000; 2000-4000 | 25-150; 10-15 | Существенные территориальные неравномерности и время получении солнечной энергии, большие территории под размещение панелей, необходимость аккумуляторов энергии |
| Ветроэнергетика | до 50 МВт | 39-42 | 1200-1500 | 4-5 | Существенные территориальные неравномерности и время получения ветровой энергии, необходимость аккумуляторов ветровой энергии |
| Геотермальная энергетика | Выработка электроэнергии до 50 МВт | 5-20 | 1500-1600 | 2-4 | Невозможность повсеместного получении энергии |
| Энергия биомассы (биогаз) | Выработка электроэнергии до 3 МВт | 20-25 | 700-2000 | 3-10 | Необходимость изъятия значительных площадей плодородных почв, необходимость других источников биомассы |
Проанализировав данные таблицы, придем к выводу, что наиболее дешевым ВИЭ является энергия биомассы. Рассмотрим подробнее оборудование, которое обеспечит получение этой энергии.
а) биогазовые установки
б) каталитические печи медленного горения
Биогазовая установка, как правило, представляет собой герметически закрытую емкость, в которой при определенной температуре происходит сбраживание органической массы отходов, сточных вод и т.п. с образованием биогаза.
Принцип работы всех биогазовых установок одинаков: после сбора и подготовки сырья, заключающейся в доведении его до нужной влажности в специальной емкости, оно подается вреактор, где создаются условия для оптимизации процесса переработки сырья.
Сбраживание сырья производится за счет жизнедеятельности особых бактерий. Во время сбраживания на поверхности сырья появляется корка, которую нужно разрушать, перемешивая сырье. Перемешивание осуществляется вручную или при помощи специальных устройств внутри реактора и способствует высвобождению образовавшегося биогаза из сырья.
Полученный биогаз после очистки собирается и хранится до времени использования в газгольдере. От газгольдера к месту использования в бытовых или других приборах биогаз проводят по газовым трубам. Переработанное в реакторе биогазовой установки сырье, превратившееся в биоудобрения, выгружается через выгрузное отверстие и вносится в почву или используется как кормовая добавка для животных. Технологическая схема индивидуальной биогазовой установки представлена на рис.1.
Рис.1 – Технологическая схема индивидуальной биогазовой установки
Для непосредственного подогрева экодома используются дополнительные печи на растительном топливе. Самые лучшие — это дровяные печи медленного горения с каталитическим дожигом горючих газов (рис.2). Низкие теплопотери экодома позволяют использовать печи малой мощности.
Рис.2 – Каталитическая печь медленного горения
Подобные печи оборудуются воздуховодами, обеспечивающими подачу теплого воздуха в разные помещения для их быстрого нагрева. Эти печи легко совместить с суточным водяным аккумулятором, в котором можно дополнительно снять остаточное тепло дымовых газов. Зола является ценным удобрением.
Эта печь может выполнять дополнительную функцию газогенератора и получающийся горючий газ можно отводить и использовать для приготовления пищи или выработки электроэнергии.
Существует множество разновидностей каталитической печи медленного горения. Из них наиболее популярные: "Синель" "Профессор Бутаковъ" "Вологда" "Суховей" "Буллерьян" и "Харьковские".
Таким образом, вне зависимости от выбора установки ВИЭ, в современный момент отдельный экологический дом в силу того что это будет новый, уникальный, еще не отработанный продукт, будет в целом дороже аналогичного дома выполненного по традиционным схемам. Дома, использующие отдельные проверенные и удачные находки в строительстве эффективных домов могут уже сейчас быть более дешевыми чем обычные. При этом надо еще иметь в виду не учитываемую сейчас в цене стоимость уменьшения экологического ущерба при эксплуатации таких домов.
В полной мере преимущества экодомов проявятся при их массовом строительстве. Это будет и удешевление строительства и эксплуатации жилых районов, в связи с резким сокращением необходимой инженерной и производственной инфраструктуры и более рациональным использованием территорий и улучшение экологической обстановки, многочисленные социальные выгоды и т.д.