Использование ресурсов и энергии - оптимизация бытового энергопотребления

Категория: Энергия в быту
Опубликовано 15.02.2013 21:32
Просмотров: 4219

 12. ОПТИМИЗАЦИЯ БЫТОВОГО ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЯ

Цивилизация – это власть над миром; 

культура – любовь к миру.

Антоний Кэмпиньский

12.1. Оптимизация энергетического баланса в доме

Среди основных условий обеспечения социальной и экономической безопасности страны всегда будет надежная и в необходимом количестве поставка энергии всем без исключения потребителям. Но вспомним о втором законе термодинамики – с ростом расхода энергии растет энтропия окружающей среды, и человечество само загоняет себя в энтропийный капкан. Так что среди реальных «выходов» из ситуации – сократить или свести к минимуму то количество энтропии, которое производит каждый из нас.

Начало решения этой проблемы – проанализировать, как мы используем энергию. Нередко она используется просто неэффективно (рис. 7).

При сокращении количества используемой энергии уменьшаются потребности в новых вложениях в развитие электростанций или появляется возможность закрытия старых неэффективных котельных и даже ТЭС.

clip_image002

Рис. 7. Наше поведение влияет на потребление энергии

У каждого квартиросъемщика или хозяина дома имеются различные возможности для реализации энергосбережения. Его можно начать с того, что выключать освещение в комнате, в которой никого нет, или установить в помещениях автоматические или полуавтоматические устройства, которые позволяют освещать помещение только в то время, когда в нем находятся люди, и уровень естественного освещения ниже нормы.

Но, пожалуй, всем – и хозяину большого особняка, и однокомнатной квартиры – следует начинать с составления энергетического баланса своего жилища. Первым делом для этого необходимо установить индивидуальные приборы учета воды.

Опыт эксплуатации индивидуальных приборов учета воды в жилищном фонде (города Дубна, Мытищи, Первоуральск, Екатеринбург, Верхняя Пышма) показывает, что человеку в сутки вполне достаточно от 40 до 80 л холодной воды и от 30 до 60 литров горячей воды. Современный норматив потребления, за который мы платим без счетчиков: 120–140 литров в сутки горячей и 160–170 л холодной воды на человека.

У кого нет возможности составить прямой (по фактическим замерам, в том числе, с использованием современного переносного измерительного оборудования) энергетический баланс, следует рассчитать энергетический баланс на основании имеющихся платежных и других материалов.

Назовем такой баланс «обратным».


Первым исходным документом для этого могут быть квитанции по расчетам за квартиру (дом) и коммунальные услуги.

Другими материалами могут быть постановления местных органов власти (муниципального образования) и органа исполнительной власти (областное правительство или региональная энергетическая комиссия). Их постановления, касающиеся населения, должны обязательно публиковаться в местных средствах массовой информации.

Определенную информацию можно получить и в местных комитетах по защите прав потребителей. Например, какие соотношения между величинами предельного роста коммунальных тарифов на текущий год и фактического роста в вашем городе.

Следующая информация, которую надо знать каждому потребителю – это нормативы потребления энергии. В регионах они могут отличаться. Этими нормативами можно пользоваться для сравнительной оценки уровня потребления энергоресурсов в конкретном доме (квартире) при разработке мероприятий по их снижению.

Рекомендуемые минимальные уровни электропотребления в (кВт∙ч) на одного человека в месяц:

Screenshot_13

Приведенные здесь нормативы не являются минимальными, опускаться ниже которых уже будет в ущерб нашему благополучию. Так, потребление воды на человека в странах Европейского Союза в 2–2,5 раза ниже наших нормативов, а фактическое годовое потребление тепловой энергии на 1 м2 отапливаемой площади дома в близких нам по климатическим условиям Финляндии и Норвегии – 0,08 Гкал, у нас 0,24–0,3 (централизованное теплоснабжение).

Представляет интерес сравнение объемов потребления тепла на горячее водоснабжение централизованного теплоснабжения в год на одного человека, Гкал:

· Европейский союз – 0,75;

· Российская Федерация, существующие дома – 1,90.


Приведем здесь также данные по расходам энергии отдельными бытовыми приборами зарубежного производства.

Screenshot_14

При оптимизации энергетического баланса в доме следует обязательно проводить оценку экономической эффективности вариантов использования энергии.

Оценку экономической эффективности энергосберегающих мероприятий можно производить по двум показателям:

· срок окупаемости;

· ожидаемая доходность.

Срок окупаемости упрощенно можно определить из соотношения суммы инвестирования и экономии:

[сумма инвестиций] / [экономия].

Сумма инвестиций – это финансовые затраты на материалы, услуги специалистов и др.

Экономия – ожидаемая годовая сумма денежных средств от снижения затрат на энергию.

На срок окупаемости могут повлиять инфляционные процессы, уровень налогов, возможные затраты на ремонты и т.д. Но если срок окупаемости не более года, то в современной экономической ситуации все эти факторы можно не учитывать.

Ожидаемый доход оценивается таким образом:

[срок службы] ´ [годовая экономия] – [инвестиции].

Срок службы – это период между установкой энергосберегающего оборудования (материалов) и его заменой на такое же новое или более совершенное.


12.2. Организационные меры при энергосберегающих работах

Каждый хозяин дома (квартиросъемщик) должен знать основные законодательные акты в области энергосбережения и энергоснабжения. Вопросы энергоснабжения сейчас регулируются Гражданским кодексом, статьями 539-548. Согласно Гражданскому кодексу, если абонентом по договору энергоснабжения выступает гражданин, использующий энергию для бытового потребления, договор считается заключенным с момента первого фактического подключения абонента в установленном порядке к присоединенной сети. При этом обязанность обеспечивать надлежащее техническое состояние и безопасность энергетических сетей, а также приборов учета потребления энергии возлагается на энергоснабжающую организацию, если иное не установлено законом или иными правовыми актами.

Гражданин, использующий энергию для бытового применения, вправе расторгнуть договор в одностороннем порядке при условии уведомления об этом энергоснабжающей организации и полной оплаты использованной энергии.

Вопросы энергосбережения в настоящее время регулирует Федеральный закон от 23.11.2009 года № 261 «Об энергосбережении». Этим законом предусматривается:

· обязательность учета получаемых физическими лицами энергетических ресурсов;

· включение в государственные стандарты на оборудование, материалы и конструкции, транспортные средства показателей их энергоэффективности;

· производимые и продаваемые в России энергопотребляющие товары должны содержать информацию о классе их энергетической эффективности;

· установление внутрисуточных дифференцированных тарифов на электрическую энергию и др.

Законодательные и другие нормативные акты по энергосбережению применяются и на региональном (областном) уровне.

На рынке предлагается много различного оборудования – котлы, генераторы, нагреватели, теплонакопители, кондиционеры и т.д., поэтому для реализации многих из мероприятий по энергосбережению требуются специальные знания и навыки. Например, силовое электрооборудование требует неукоснительного соблюдения правил безопасности при работе с ним, поэтому большинство электромонтажных работ должно выполняться специализированными организациями.

Надо помнить, что отопительный котел должен быть, как минимум, один раз в год осмотрен специалистом из специализированной организации.

Чтобы избежать досадных ошибок и финансовых потерь, следует придерживаться следующей схемы реализации энергосберегающих мероприятий:

· энергетическое обследование (энергоаудит);

· проектная проработка предложений;

· приобретение сертифицированных оборудования и материалов;

· последующая установка.

Еще более ответственной должна быть разработка таких проектов, как установка дома, бани или переход на автономную систему теплоснабжения и т.д. В этом случае проект обязателен. Целесообразно его предварительное согласование с инспектирующими органами: пожарным надзором, санитарной инспекцией и др.

До начала проведения работ по энергосбережению в доме (да и в квартире) позаботьтесь о том, чтобы получить все разрешающие документы на выполнение работ.

Мероприятия по энергосбережению, если они неправильно выполнены, могут привести к негативным последствиям в вашем доме или квартире.


Вот некоторые примеры из зарубежного опыта.

При установке дополнительной тепловой изоляции может быть блокирована инфильтрация свежего воздуха в дом, что приводит к повышению влажности. При определенных условиях появляется возможность возникновения аллергических заболеваний для жильцов, грибковых образований в деревянных конструкциях.

Другой пример – повышенная опасность обмерзания и разрыва труб в подвальном помещении после тщательной изоляции пола на первом этаже. Поэтому работы надо выполнять комплексно, с обязательной изоляцией расположенных в подвале трубопроводов холодной воды и т.п. Это даст возможность исключить случаи аварийных ситуаций.

При выборе энергоснабжения индивидуальных домов, дач, садовых участков целесообразно рассматривать возможность применения нетрадиционных источников энергии. Почему эти источники (ветер, солнце и т.п.) так мало используются в России? Причина не в особенностях климата России, она в многогодовой ориентации государства на мощные и сверхмощные источники энергии. А все виды нетрадиционных источников энергии по условиям, которые диктуют законы физики (влияние физических свойств среды на плотность потока энергии и т.п.), весьма ограничены по своей номинальной мощности. Уровень привычной для нас мощности возможен только при огромных габаритах соответствующего генератора.

Например, для генератора мощности 100 МВт, основанного на методе прямого превращения солнечной энергии в электрическую, необходимо установить гелиоприемники (солнечный коллектор) на площади в 1 км2. То есть при установке в доме солнечного коллектора в 2–3 м2 можно не только обеспечить жильцов горячей водой в течение всего лета, но и производить полив растений подогретой водой. При такой мощности генератора нет особых затруднений и при трансформации энергии ветра. Здесь есть пока, пожалуй, только одно ограничение (не считая финансовых) – существующие в России ветроэнергоустановки надежно работают только при скоростях ветра более 3 м/с.


12.3. Энергосберегающие работы в быту

Установка приборов учета энергии. Согласно Федеральному закону «Об энергосбережении» предусматривается обязательность учета физическими лицами полученных ими энергетических ресурсов. Срок реализации этого требования отнесен к 2000 году. Пока это выполнено частично, но объем этих работ нарастает.

Трудно ожидать активной энергосберегающей мотивации у населения, если не будет контроля за расходом энергоносителей с помощью индивидуальных приборов учета энергии. Поэтому представим здесь краткую информацию по средствам учета.

Счетчики холодной воды.

Учитывают минимальный поток от 30 л/час с точностью ± 2 %. Устанавливаются в горизонтальном и вертикальном положении. Применяются обычно одноструйные приборы диаметром от 15 мм и номинальным потоком 1,5 м3 в час (для квартиры или небольшого дома). Приборы могут быть механическими с различными датчиками для дистанционного учета. Счетчики с выходным сигналом предлагаются по цене в 1,5–2,0 раза выше.

Счетчики горячей воды

У них те же характеристики, что и у счетчиков холодной воды, но они приспособлены к работе в высокотемпературном потоке, обычно у них несколько меньшая точность измерений, и они могут служить также датчиками к теплосчетчикам.

Наибольшее распространение получили тахометрические (скоростные) счетчики и, в первую очередь, крыльчатого типа.

Теплосчетчики

Это прибор или комплект приборов (средство измерения массы и других параметров теплоносителя). Зачастую теплосчетчики обладают способностью реализовать функции управления, тогда они носят название теплоэнергоконтроллеров. Регуляторы потребления тепла позволяют установить и автоматически поддерживать постоянную температуру помещений, в том числе, и пониженную температуру при долговременном отсутствии пользователя. Диапазон регулировки – от +6 до +26 оС.


Счетчики бытового газа

Бытовые сильфонные газомеры с объемом цикла от 1,2 дм3 до 6,0 м3 в час, работающие с минимальной погрешностью 1,5 % практически при любых эксплуатационных температурах (от –25 до +50 оС) с низким уровнем шума.

В соответствии с правилами учета газа вновь проектируемые жилые дома и административные здания, в которых предусмотрено использование газа для горячего водоснабжения и/или местного отопления, переходят на отпуск газа с использованием приборов его учета. Если газ используется только для бытового пищеприготовления, установка счетчиков не обязательна.

Кроме электросчетчиков в наших домах должны устанавливаться счетчики воды, газа и теплосчетчики.

Приведем несколько советов, позволяющих обеспечить учет энергии оптимальным образом.

1. При решении вопроса о создании системы учета тепловой энергии просчитайте свои финансовые возможности и ожидаемую экономию при эксплуатации системы.

2. Оцените, просчитайте (или измерьте) расходы и параметры теплоносителя при различных нагрузках.

3. Выберите несколько организаций, имеющих разрешение на право работ по оборудованию систем учета тепловой энергии, оцените их возможности с точки зрения опыта работы в этой сфере деятельности и последующего гарантийного обслуживания системы, а также запросы этих организаций по стоимости работ.

4. Проверьте сами соответствие схемы предложенной вам системы учета и средств измерений требованиям правил учета тепловой энергии.

5. При сдаче системы учета в эксплуатацию проверьте правильность проведения всей процедуры приемки системы учета и соответствие документов существующим требованиям.

6. В процессе эксплуатации системы учета тепловой энергии тщательно контролируйте работу системы и своевременно проведите поверку средств измерения.

Наличие в Вашем доме системы учета тепловой энергии делает вас хозяином положения. Вы имеете возможность гибко, в зависимости от погодных условий, регулировать температуру в доме и отдельных его комнатах или полностью отключать отопление в случае необходимости. Опыт свидетельствует, что даже при относительно неблагоприятных погодных условиях в течение отопительного сезона, его длительность при правильной эксплуатации системы учета тепловой энергии можно сократить на 20–30 суток, то есть на 10–15 %.

Но в любом случае, независимо от того, установлены в вашем доме (квартире) счетчики, необходимо проводить работы по экономии энергии, и, в первую очередь, те, которые практически не требуют затрат денег. Это наш гражданский долг.


Отопление. Это – самая крупная составляющая той части семейного бюджета, которая идет на оплату энергоносителей. Затраты на отопление зданий определяются потерями теплоты через наружные ограждающие конструкции зданий за счет теплопередачи и потерями теплоты на нагрев воздуха, инфильтрирующегося через неплотности ограждений. Поэтому самое важное направление энергосбережения здесь – это снижение потерь тепла вашим домом, квартирой.

Для уменьшения потерь тепла в квартире нужно, прежде всего, подготовить к зиме окна. Перед зимним утеплением оконных рам следует тщательно промыть стекла. Если треснуло оконное стекло, из трещины заметно дует. Покройте трещину тонким слоем бесцветного лака для ногтей. Образовавшаяся прозрачная пленка долго держится, не портит внешнего вида и не смывается.

Если у вас не стеклопакет, на зимний период окна следует утеплить. Заклеивать рамы бумагой следует только со стороны комнаты, желательно в безветренную погоду. Если щели в рамах больше, их можно заткнуть ватой или узкими полосками поролона, затем заклеить с помощью крахмального клейстера. Хорошо держится бумага, приклеенная молоком.

Следует обратить внимание на плотность прилегания стекол к рамам. При необходимости обновите шпаклевку. Для этого можно использовать акриловые и другие водостойкие герметики, но не заполнять щель герметиком полностью. Помните, что на воздухе в течение нескольких часов герметик увеличивается в объеме примерно вдвое.

Целесообразно остекление балконов и лоджий. Это мероприятие позволяет снизить теплопотери в квартире на 10–13 %. Необходимо устранить и неплотности дверного проема квартиры. Двойные входные двери также помогут сберечь тепло в квартире. Только за счет вышеперечисленных работ и наличия учета тепла в квартире оплату за отопление можно снизить на 5–7 %. Если у Вас угловая квартира на первом этаже в панельном доме, то желательно провести утепление стен и пола в квартире. Для этого можно использовать различные пластиковые панели. Пластиковые панели имеют воздушные полости, что делает их малотеплопроводимыми.

Еще один вариант утепления стен – нанесение на них экологически чистого материала на основе целлюлозы, например, авикона. Одного килограмма материала достаточно на 3 м2 площади, его можно наносить на кирпичную кладку. Технология нанесения посильна каждому – сухой авикон разводят водой, оставляют на 30 мин, а после наносят на стену пластмассовым шпателем.

Утепление пола экономически оправдано чаще всего для первого этажа дома. Сейчас рынок насыщен разнообразными утеплителями пола, от паркета до ковровых покрытий. Следует выбирать, исходя из своих финансовых возможностей.

Утепление с наружной стороны можно выполнить с меньшими затратами, например, с использованием плитных утеплителей – стекловаты, минваты и др. Слой изоляции при укладке не должен сжиматься. Так, теплоизоляция толщиной в 100 мм, сжатая до 50 мм, изолирует почти так же, как и изоляционный слой толщиной в 50 мм. Обращаться с этим утеплителями надо осторожно. При хранении вне помещений следует накрывать теплоизоляцию для предохранения от возможного дождя. Утеплительные плиты режутся ножом или ножницами. Куски из этих плит отрезаются на 5–10 мм шире, чем габариты установочного места, которое будет заполняться.


Возможно использование новых теплозащитных материалов:

· теплового зеркала (теплоотражающей пленки или покрытия);

· теплоотражающих панелей (теплоотражателей, устанавливаемыхе за радиаторами отопления).

Теплоотражающая пленка наносится на стекло окон, а термоотражетели, например, из алюминизированной фольги, монтируются за радиатором на липкую ленту. Наилучший эффект достигается тогда, когда расстояние между радиатором и стеной составляет 20–50 мм. Установка низкоэмиссионной теплоотражающей пленки на окна снижает потери тепла на 35–45 %, срок окупаемости – 2,5–3,5 года; а установка теплоотражающих панелей снижает потери тепла через стену за радиатором на 20–25 %, срок окупаемости – полгода.

Целесообразно закрывать на ночь окна шторами, гардинами или использовать жалюзи. Нельзя допускать, чтобы окна (форточки) на протяжении длительного времени находились в открытом состоянии. Проветривайте помещение несколько раз в день, не более чем по 10–15 мин. Целесообразно применение простейших регулирующих устройств на входе в вентиляционные каналы.

Необходимо помнить о приемах более эффективного использования отопительных приборов:

· укрытие отопительного прибора декоративными плитами, шторами – снижение теплоотдачи на 10–12 %;

· окраска отопительного прибора цинковыми белилами – увеличение теплоотдачи на 2,5 %;

· окраска масляной краской – снижение теплоотдачи на 8,5 % (для чугунного радиатора еще больше, до 13 %);

· загрязнение пластин конвектора также уменьшает теплоотдачу;

· мебель в квартире следует расставить так, чтобы не препятствовать циркуляции теплового воздуха от батарей.

Для экономии энергии целесообразно в холодной период года поддерживать в помещениях температуру и относительную влажность воздуха на нижнем нормируемом переделе (соответственно – +16…+18 оС, для кухни и спальни – +14…+16 оС, для детской – +20…+21 оС). Конечно, можно иметь и систему автоматического поддержания температуры, если есть система учета тепла в доме. Термометры должны устанавливаться на внутренних стенах на высоте глаз стоящего человека, вдали от радиаторов, ламп, а также в местах, которые не подвержены в течение дня лучам прямой солнечной радиации.

Поддержание температуры в доме выше норматива всего на 1 оС увеличивает расходы тепла на 4–8 %. То есть перегрев на один градус за отопительный период на каждые 100 м2 общей площади жилья обходится до 500 рублей.

Открытие двери подъездов многоэтажного домов стоят нам 6–10 % дополнительных потерь тепла. Это огромные непозволительные потери в наше время.

Поэтому к настоящему времени в нашей стране ввели нормативы расхода тепла во вновь строящихся домах, близкие к скандинавским нормам.

Всемерно экономя на отоплении, нельзя забывать о необходимости в определенных случаях резервирования основного источника теплоснабжения. Например, для резервирования отопления можно использовать накопители тепла.


Вода. Специфическая черта отечественного водопользования – более чем расточительные нормы ее расхода: от 120 литров в сутки на одного человека горячей, 160 литров – холодной воды. Сумма – 280 литров. Зарубежное фактическое потребление в три раза меньше. В среднем по региону на каждого жителя расходуется в год до 310 литров в сутки, то есть на 30 литров даже больше, чем принятая норма. Такой перерасход при средней стоимости холодной воды в 6 руб. за 1 м3обходится бюджету каждого региона России почти в миллиард рублей в год.

Отсюда однозначный вывод: надо устанавливать в квартирах, домах счетчики воды.

Следующее предложение: по возможности использовать для водоводов металлопластиковые, полиэтиленовые или полипропиленовые труб: срок их эксплуатации не менее 30 лет, они экологически чистые и сертифицированные; у них небольшой вес (в 9 раз меньше металлических), высокая химическая стойкость; высокая ремонтопригодность, им не требуется окраска и теплоизоляция; к тому же трудозатраты при монтаже таких трубопроводов во много раз меньше, чем металлических, а стоимость трубопровода дешевле оцинкованного. Добавим к сказанному и то, что при монтаже нет проблем с пожароопасностью, так как нет электродуговой сварки, газовой резки и т.п.

Еще одно предложение – использовать краны-смесители без резьбовых вентилей и упругих прокладок. Они гарантируют работу без утечек воды до 25 лет эксплуатации, отличаются высоким качеством, продуманным дизайном, широкой номенклатурой, могут оборудоваться водосберегающими насадками. Такая арматура может быть оборудована специальными узлами подключения стиральной и посудомоечной машин, может иметь дополнительную рычажную выпускную заглушку, кнопку для уменьшения потока воды и высокий уровень звукоизоляции.

Если арматура протекает, то возможны следующие потери:

· капает из крана: в сутки – до 24 л, в месяц до – 720 л;

· течет из крана: в сутки до – 144 литров, в месяц – до 4000 л;

· течет в туалете: в сутки – до 2000 л, в месяц – до 60000 л.

Вот другие данные по утечкам воды:

· протекающий кран приводит к потере 7000 литров воды в год при медленном капании. Когда же капли следует одна за другой, потеря воды может составлять до 30000 литров в год;

· унитаз, в котором вода бежит постоянно невидимым ручейком, теряет до 100000 л воды в год. Заметный для глаза поток воды (при незначительном видимом нарушении спокойствия поверхности «блюдца» воды в унитазе) означает потерю около 400000 л в год.


Дадим некоторые рекомендации по сокращению расхода воды:

1. Мойтесь экономно. Одна ванна требует обычно 100–150 л воды, в то время как в случае использования душа расход воды равен примерно 8–10 литров воды в минуту.

2. Используйте ограничители расхода воды. Краны в умывальнике могут быть легко снабжены таким устройствами. Это может без всякого труда сделать каждый человек.

Некоторые душевые установки снабжаются прерывателями воды – простым устройством на рукоятке душа, которое быстро перекрывает подачу воды (например, на время намыливания) с возможностью такого же быстрого открытия подачи воды без дополнительного регулирования ее температуры, которое требуется каждый раз, после того, когда вы закрываете краны холодной и горячей воды.

3. Не умывайтесь под проточной водой. Используйте раковину, тазик или другую емкость для содержания воды на время умывания.

Приведем еще несколько советов по устранению утечек воды в быту с применением подручных средств, которые в ряде случаев помогут временно решить проблему потерь воды.

1. Если из крана умывальника капает вода, то причиной повреждения является чаще всего попадание посторонних тел между шайбочкой и отверстием крана. При сильном закрывании крана уплотнители тоже портятся. Это повреждение устраняется следующим образом. Если вы не располагаете готовым уплотнителем, который продается вместе с уплотнительной металлической шайбой, вырежьте его сами из кусочка резины или толстой кожаной подошвы. До начала ремонта неисправного крана воду перекройте, закрыв общий запорный кран. С помощью гаечного ключа демонтируйте пробку крана. Поврежденный уплотнитель выньте из металлической шайбы и вставьте новый резиновый уплотнитель, который прочно закрепите гайкой. Пробку завинтите.

2. Чтобы устранить течь из смывного бачка, нужно заполнить полость клапана теплым пластилином, затем поставить клапан на место и легким нажатием придать ему форму, повторяющую форму отверстия. В воде пластилин быстро остывает и, затвердев, сохранит заданную конфигурацию.

3. В смывных бачках типа «компакт» резиновый клапан из-за перекосов нередко не садится в гнездо, что ведет к утечке воды. Если надеть на стержень клапана резиновую трубку, бачок станет работать исправно.

4. Течь в водопроводной трубе легко устранить до прихода специалиста. Обычным ластиком надо зажать отверстие в трубе и закрепить его, привязав к трубе планку.

5. Снять ржавчину со смесителей поможет тампон, смоченный в горячем спиртовом уксусе. Тампон следует подержать на нужном месте несколько минут и сразу же обильно ополоснуть этот участок водой.


Электроэнергия. Электричество – очень удобная и контролируемая форма энергии. Ее легко транспортировать на большие расстояния, что дает возможность напрямую снабжать энергией дома и заводы для бесчисленных форм практического применения. Оно дает тепло, свет и механическую энергию – надо только щелкнуть выключателем. Также можно просто и точно измерить потребление электричества, что помогает осуществлять контроль и взимать плату за его потребление. В точке непосредственного использования энергия не создает загрязнения. Ее трудно хранить, но химическая энергия аккумуляторов и потенциальная энергия тех же резервуаров, наполняемых насосами, быстро превращается обратно в электричество.

В быту есть все условия для эффективных энергосберегающих мероприятий – их реализация сразу отразится на ваших затратах. Причем можно уменьшить платежи без дополнительных затрат. Для этого необходимо лишь изменить некоторые привычки:

· Тому, кто использует максимальную продолжительность светового дня, нет надобности в дополнительном освещении. Почему бы не закрывать шторы только с наступлением темноты?

· У того, кто регулярно моет окна, больше естественного света в комнатах! Почему бы, наслаждаясь этим светом, не экономить также и деньги?

· Тот, кто включает несколько ламп, когда достаточно только одной, тратит лишние деньги! Почему бы не выключать все, в чем нет необходимости?

· Тот, у кого горит свет в пустой комнате, платит за неиспользуемое электричество! Почему бы не выключать свет, выходя?

· Тот, кто оставляет включенными электронагреватели, уходя надолго, платит за то, чем не пользуется! Почему бы не выключать их, когда уходишь из комнаты?

· Тот, кто включает телевизор в комнате, когда сидит на кухне, платит вдвойне! Почему бы не выключать телевизор, когда его никто не смотрит?

· Тот, у кого работают телевизор и радио, когда он читает, платит за электричество, растрачиваемое впустую! Почему бы не выключать ненужные электроприборы и сосредоточиться на чтении?

· Тот, кто покупает не самый подходящий, а самый мощный электронагреватель, платит за излишний расход электричества! Почему бы не подобрать обогреватель достаточной мощности?

· Тот, кто покупает неэнергоэффективный обогреватель, теряет хорошую возможность уменьшить счета за электричество! Почему бы не выбрать энергоэффективный прибор и затем экономить деньги на своих ежемесячных платежах?

Разовьем некоторые из приведенных здесь предложений.

Сейчас имеется очень большой выбор самых различных электрических аппаратов. Покупайте модели с более низким уровнем потребления энергии. Обычно эти модели стоят несколько дороже. Но у вас есть возможность всегда посчитать, насколько быстро эта разница окупится, и выбранная вами модель бытового прибора будет приносить доход вследствие уменьшения платежей за потребленную электроэнергию.

Следует избавляться от привычки пользоваться ярким верхним светом от люстры, расположенной в середине этой комнаты. Практически у каждого есть любимое место, где он проводит большую часть свободного времени. Установите там бра, торшер, просто электролампочку и включайте и выключайте их по мере необходимости.

Сейчас на рынке предлагаются лампы, которые потребляют в 5–6 раз меньше электроэнергии для производства такой же освещенности, при этом срок их службы в 7–8 раз больше, чем у обычных ламп накаливания. Разберитесь, какие лампы в вашем доме используются больше всего, и в первую очередь замените их на лампы с низким потреблением энергии.


Холодильник. Лучше держать его максимально наполненным, храня там соленья, консервы и другие продукты, которые могут храниться и при комнатной температуре. В заполненном холодильнике, благодаря большой теплоемкости находящихся в нем продуктов, сохраняется более ровная температура, реже включается холодильный агрегат. При перебое в подаче электроэнергии продукты в таком холодильнике значительно дольше не тают, чем в полупустом.

Продукты в морозильной камере лучше сохраняются в плотных полиэтиленовых пакетах. Так же можно сохранить хлеб, уезжая на несколько дней из дома, и оставшиеся от праздника пироги, кексы, рулеты. После размораживания они по-прежнему мягкие. А если подогреть их в духовке в закрытой кастрюле, никто не поверит, что вы испекли их не только что. Необходимо учитывать, что не все продукты хранятся в холодильнике. Так, здесь не хранят непортящиеся копчености. Вареную пищу перед тем, как ставить в холодильник, нужно охладить до комнатной температуры.

Все продукты надо класть в холодильник завернутыми в фольгу или ставить в закрытой посуде, чтобы никакие запахи не проникли внутрь холодильника. Содержимое открытых железных банок лучше переложить в другую посуду.

Поддерживайте температуру в холодильной камере на уровне +3…5 оС. Это уже достаточно холодно.

Морозильник. Поддерживайте температуру –18 оС в морозильной камере. Этой температуры достаточно для того, чтобы обеспечить сохранность продуктов. При дальнейшем понижении всего на 1 оС потребление электрической энергии увеличивается на 5 %. Размораживайте морозильник два-три раза в году. Обязательно очищайте пластинки теплообменника на задней стенке морозильной камеры.

Стиральная машина. Подождите со стиркой до тех пор, пока белья не наберется столько, чтобы стиральная машина будет полностью загружена. Однако не перегружайте машину. Если белье не очень грязное, пропустите режим предварительной стирки. Используйте «щадящие программы» для несильно грязного белья.

Выбирайте более низкие температуры. Как правило, белье хорошо отстирывается при температуре 60 оС, так что стоит ли программировать 90 оС с режимом вываривания.

Посудомоечная машина. Включайте машину на режим мойки только тогда, когда машина полностью загружена.

Электросушилка. Сушите, по возможности, на веревке или штативе. Используйте электросушилку лишь в случаях крайней необходимости. Никогда не используйте отопительные радиаторы для целей сушки.

Электроплита (электропечь). Пожалуй, это наиболее энергоемкий бытовой прибор.


Поэтому привыкайте использовать электропечь только тогда, когда это крайне нужно. В доме обычно имеются другие, «альтернативные» электрические приборы для нагрева воды, пищи, с меньшим потреблением электроэнергии. Умело пользуйтесь этими приборами (рис. 8). Электроплиту используйте только для приготовления пищи. При этом помните,что при работе духового шкафа затрачивается больше энергии, чем при приготовлении в кастрюле или сковороде на соответствующей по потребляемой мощности конфорке. Разогревайте пищу в необходимом количестве в микроволновой печи, а воду кипятите в электрочайнике с автоматическим отключением. При умелом использовании микроволновой печи вы сэкономите 15 % энергии и 45 % своего «кухонного» времени.

clip_image002[4]

 

Рис. 8. Сравнительные данные по расходу энергии при нагреве водына различных бытовых приборах

Но в любом случае при работе электроплиты используйте тепло ее разогрева и остывания. Можно сэкономить от 20 до 35 % электричества, если не включать плиту сразу, а подождать, пока кастрюля (сковорода) не будет поставлена на плиту, и выключать ее за 5–10 минут до момента окончания приготовления блюда. Эффективно также использование термоса для хранения горячей воды и др.

Если по технологии приготовления блюда требуется длительное время на кипячение, ведите его с минимально возможным подводом тепла. Еще более эффективно применение скороварок. Вы сэкономите 30 % энергии и до 55 % времени своего пребывания у плиты.

Кастрюли. Используйте всегда минимально возможные размеры кастрюли, которые при этом оптимально подходят под размеры конфорки. Используйте минимальное количество воды. Варите всегда с плотно закрытой крышкой. Без крышки используется примерно на 30 % электричества больше. Дно кастрюли (сковороды) должно плотно прилегать к поверхности конфорки. Не используйте для приготовления пищи посуду с «фигурным» дном.


Природный газ. У газообразного топлива в быту многоцелевое использование: приготовление пищи, отопление, подогрев воды и др.

Использование природного газа возможно только после прохождения специального инструктажа, а лучше даже соответствующего обучения.

Допускаются только стандартизированные устройства для сжигания газа. Основная особенность газообразного топлива – при определенных концентрациях его в воздухе и появлении источника воспламенения может произойти взрыв. Известны трагические последствия взрывов природного газа в жилых помещениях, количество которых в последнее время значительно возросло.

Как избежать этой беды?

В существующих условиях это достигается только за счет внимательного обращения с газовой аппаратурой и соблюдения правил техники безопасности. В малогабаритных квартирах всегда возможно своевременное обнаружение утечки газа, так как в природный газ специально добавляют компонент, обладающий резким запахом. Но в отдельных домах с большой общей площадью и в 2-3 этажа высотой это не всегда возможно. Здесь необходимо использование современных технических средств – обнаружителей утечек природного газа.

Функционально обнаружители делятся на два типа:

· выявляет загазованность, включает звуковую и световую сигнализацию, подает управляющие сигналы на закрытие запорной арматуры;

· обнаруживает загазованность, включает звуковую сигнализацию (сигнализатор).

Датчики должны быть расположены на потолке помещения или в верхней части его стены, где расположено газопотребляющее оборудование, но на расстоянии не более 4-х метров от возможного источника утечки газа (котла, газовой плиты и т.п.).

Изоляционные материалы. Большая часть энергосберегающих мер связана в той или иной мере с теплоизоляционными работами, реализация которых возможна при использовании разного рода термоизоляционных, прокладочных, набивочных, облицовочных материалов.

Для снижения толщины стеновых конструкций, при новых требованиях к показателям их термического сопротивления, получают распространение стеновые панели в трехслойном исполнении: облицовочный, теплоизоляционный и несущий слои. В качестве теплоизоляционного слоя можно использовать пенопласт, минераловатные плиты и др. материалы.


13. Об энергетике ХХI века

Мы изменили свое окружение так радикально, что теперь должны изменить себя, чтобы жить в этом новом окружении.

Норберт Винер

13.1. Об энергоресурсах XXI века

Как уже отмечалось в главе 1, в настоящее время мы живем в эпоху химической теплоэнергетики на невозобновляющихся органических энергоресурсах. Согласно многочисленным предсказаниям и прогнозам эта эпоха должна закончиться в ХХI веке, который уже наступил.

Как представлялось совсем недавно большинству специалистов, энергетическая эпоха XXI века – это эпоха ядерной теплоэнергетики.

Эта эпоха должна была развиваться в три периода.

1. Первый период – реакторы деления на медленных (тепловых) нейтронах. При «сжигании» ядерного топлива в реакторах на медленных нейтронах, они используются только на 0,2–0,3 %. Специалисты утверждают, что запасы этих энергоресурсов соизмеримы с энергоресурсами нефти, то есть в масштабах человечества весьма ограничены. Но, тем не менее, эпоха этой энергетики началась, и во Франции, например, ядерные электростанции обеспечивают потребности в электроэнергии до 80 %.

Но для того, чтобы потребности всего человечества в энергии удовлетворялись, в основном, за счет ядерных источников энергии, необходима разработка и освоение в 20–30 раз более эффективных реакторов.

2. Во втором периоде ядерной энергетики надежды возлагались на реакторы на быстрых нейтронах, гибридные ядерно-термоядерные реакторы, в которых нейтроны, выделяющиеся при неполной термоядерной реакции, делят ядра урана, тория или плутония. Вариант такого реактора типа БН-600 создан и успешно работает на Белоярской АЭС. Более того, на данном виде агрегатов теоретически можно перерабатывать оружейный плутоний, проще говоря, можно утилизировать атомные бомбы.

3. Самое широкое распространение ядерной энергетики связывают с созданием термоядерных реакторов, работающих только на дейтерии – тяжелом водороде, запасы которого в морской воде считаются практически неисчерпаемыми.

Транспорт, в первую очередь, автомобильный, без которого сейчас человечество уже и не сможет обойтись, предполагалось в XXI веке перевести на водород, на электрохимические аккумуляторы, на жидкие горючие, получаемые из каменного угля и других органических материалов.

С развитием ядерной энергетики, использование которой не сопровождается выбросами СО2, создаются условия для снижения возможных последствий от действия глобального парникового эффекта.

Но использование ядерных реакторов деления ставит проблему надежного захоронения или удаления за пределы Земли радиоактивных продуктов реакций.

С применением термоядерных реакторов, несомненно, тоже возникнут проблемы. Предполагается, что извлечение из морской воды более 10–20 % содержащегося в ней дейтерия может способствовать возникновению масштабных катастроф из-за понижения уровня вод в Мировом океане и нарушения водного обмена. Отсюда можно заключить, что, пожалуй, у каждого из невозобновляющихся источников энергии есть свои предельные объемы их освоения.

Как оценивают специалисты-атомщики сейчас проблемы атомной энергетики XXI века?

Без использования атомной энергии, которая составляет существенную долю в электроэнергетике мира и России, уже немыслимо существование отечественной экономики. То есть проблемы атомной энергетики – это проблемы нашего времени, нашего общества, каждого жителя России

Есть, к сожалению, и негативные результаты использования атомной энергии.

Прежде всего, это радиоактивное загрязнение окружающей среды в случае аварий. Самая известная из них – Чернобыльская катастрофа, произошедшая в 1986 году на одной из атомных электростанций Украины. Она вошла в историю как чернобыльская и привела к огромным человеческим жертвам и экологической катастрофе.

Не отбрасывая возможности использования ядерной энергетики в будущем, несомненно, что XXI век должен заложить основы перехода к эпохе сбалансированной энергетики на возобновляющихся ресурсах.

Рассмотрим некоторые из возможных направлений использования возобновляемой энергии.


13.2. Возобновляемые виды энергии

Возобновляемые (другое определение – альтернативные) источники энергии не могут быть конечны (исчерпаемы) по своей природе. Они постоянно пополняются природными циклами Земли, и пока эти циклы на Земле будут существовать, будут сохраняться возобновляемые источники энергии.

Виды возобновляемой энергии: солнечная, водная, биомасса и ветер. Они имеют один источник возникновения – Солнце.

Солнечная энергия – это прямое использование излучения солнца.

Биомасса – это вещество зеленых растений, рост которых определяется объемом солнечной энергии, усвоенной ими путем фотосинтеза. Ископаемое топливо – это тоже биомасса, но уже в виде продуктов распада растительных веществ предыдущих исторических периодов.

Энергия солнца приводит в действие глобальный по своим масштабам обратимый водный цикл, в результате которого реки питаются дождями, источники которых является водяной пар из океанов, озер и тех же рек.

Потоки воздуха (ветер) перемещаются в атмосфере вследствие различного нагрева поверхности земли солнечными лучами.

Возобновляемые источники по природе своей неистощимы и относительно дружественны к окружающей среде: не выделяют углекислый газ, от них очень мало отходов, тем более опасных.

К сожалению, они обладают и существенными недостатками:

они очень рассеяны;

местонахождение этих ресурсов, как правило, удалено от центров энергетического спроса.

Но, пожалуй, особенно много проблем возникает, если начинается концентрированное освоение этих источников энергии. Например, строительство гигантских речных плотин крупных гидроэлектростанций требует затопления огромных территорий, переселения жителей и т.п.

Постройка масштабных ГЭС вызывает изменение местного климата, нарушение условий и ритмов жизни рыб и зверей, возникновение реальной возможности крупных катастроф и чрезвычайных ситуаций.

Таким образом, возобновляемые источники имеет смысл использовать локально и рассредоточенно станциями небольшой мощности.

Поэтому основное назначение установок, использующих возобновляемые источники энергии, – создание сбалансированной энергетической системы.

К сожалению, предлагаемые технологии для использования возобновляемых видов энергии весьма дороги, а реализуемое на их основе оборудование остается еще достаточно несовершенным.

Но, пожалуй, именно здесь у человечества есть возможность для достижения желаемого динамического равновесия между промышленным производством и окружающей средой.

Приведем краткое описание возможностей использования различных источников нетрадиционных видов энергии.


Энергия Солнца. Практически вся биосфера Земли существует за счет энергии Солнца. В атмосфере Земли солнечное излучение частично отражается, поглощается, преломляется и т.д. Газовая оболочка Земли – атмосфера – одновременно защищает живую природу от всей мощи солнечной радиации и служит теплозащитным слоем, обеспечивающим соответствующий температурный режим.

По расчетным оценкам, Солнце дает Земле в 15000 раз больше энергии, чем ежегодно в настоящее время используется человечеством. Это огромный источник энергии, если человечество научится им эффективно пользоваться и преодолеет ряд его недостатков:

· высокая рассеянность. Энергетический поток на поверхности Земли в среднем менее 0,1 кВт/м2;

· неравномерное поступление, особенно в России, из-за атмосферных явлений и условий климата;

· низкий коэффициент преобразования в полезную энергию (менее 10 %).

Энергию Солнца можно использовать для обогрева зданий, в первую очередь, за счет соответствующих дизайна и ориентации. Этот вариант называется пассивной солнечной конструкцией зданий, в которой с целью улавливания энергии солнца для обогрева помещений в основном используются окна. В зависимости от условий местного климата устанавливаются также и резервуары с водой.

В зданиях с пассивными солнечными конструкциями много естественного света, что способствует снижению потребности в электрическом освещении. Такие здания появляются и в России, в том числе, и в северных районах, за счет использования современных трех- и даже четырехслойных оконных систем.

Пожалуй, самое распространенное устройство в условиях России для пассивного использования солнечной энергии – это огородная теплица.

Активная солнечная конструкция зданий предусматривает использование панелей солнечных батарей, по которым циркулирует вода, что позволяет распределять тепло по дому или хранить его в тепловых аккумуляторах – резервуарах с горячей водой. В больших подобных системах в качестве теплохранилищ используется бассейны, например, в гостиницах, спортивных сооружениях и др. Но активные солнечные системы практически во всех климатических зонах России могут служить лишь как вспомогательные системы горячего водоснабжения и обогрева домов. Но в случае создания эффективных и доступных по ценам теплонакопителей в ряде климатических зон России эти системы отопления могут рассматриваться и как основные.

Для выработки электроэнергии в настоящее время в зарубежной практике используют зеркала, которые концентрируют излучение солнца и нагревают воду с целью получения пара. А далее по классической схеме – паровая турбина приводит в действие генератор, который вырабатывает электроэнергию.

Зеркало автоматически следит за солнцем. При диаметре системы зеркал в 15–18 м можно реализовать установку с мощностью до 15 кВт. Отметим, что минимальная потребность человека в энергообеспечении оценивается в пределах 1–2 кВт.

Но в своей повседневной жизни практически каждый из нас пользуется преобразованной солнечной энергией. Речь идет о фотогальванических системах. В них используется особенность широко распространенного в природе кремния (более 25 % массы земной коры), который при попадании на его поверхность солнечного света генерирует электроэнергию в очень небольших количествах. Эти источники энергии используются повсеместно в калькуляторах, электронных часах, термометрах и т.д. и т.п. Имеется уже и более мощные установки, начиная от космических спутников до походных холодильников, зарядных устройств, насосов.

Теория и практика использования солнечной энергии еще только формируется, и здесь следует ожидать уже в ближайшем будущем самых неожиданных технических и технологических решений.


Энергия водных потоков. Водяные мельницы, водяные насосы были разработаны человеком и широко применялись еще несколько веков назад. В странах, где бережно относятся к наследию своих предков, такие сооружения можно встретить до сих пор и не только в музеях, а в рабочем состоянии. А если обращаться к нашему ближайшему прошлому, его можно назвать периодом освоения крупных, масштабных гидроэлектрических систем.

Увлечение крупномасштабными гидроэлектрическими системами было не только в нашей стране. В некоторых странах (Бразилия) 95 % электроэнергии вырабатывается на ГЭС. Подобная ситуация и в Норвегии.

Работа плотинных ГЭС сильно зависит от погодных условий, как от засух, так и от интенсивности паводковых процессов весной, сезонных дождей.

Гидроустройствам, использующим энергию морских волн и приливов, приходится работать в очень агрессивной среде, поэтому здесь требуется длительный практический опыт.

В табл. 13.1 приведены основные способы использования энергии воды для производства электроэнергии, с краткой оценкой их перспектив дальнейшего использования и масштабов оказываемого влияния на окружающую среду.

Таблица 13.1

Основные способы использования энергии воды для производства электроэнергии

Screenshot_15

 


Ветер. Этот вид энергии использовался человеком еще тысячи лет назад. Древние парусники бороздили бескрайние водные просторы, а ветряные мельницы были одним из самых крупных технологических и технических сооружений на протяжении многих веков. В настоящее время использование ветра весьма ограничено. Это ветровые турбины для перекачки воды, а последние 10–20 лет – и для выработки электроэнергии. В настоящее время трудятся в ряде стран тысячи таких агрегатов: от самых мелких, мощностью 0,5 кВт, что достаточно для телевизора, до самых больших в несколько мегаватт, что хватает для небольшого населенного пункта.

Современная ветроэнергетическая установка – это сложное сооружение, в котором используются самые последние достижения науки и техники. Особенно сложные схемы установок для надежного производства электроэнергии при скоростях ветра менее 3–4 м/с. А именно такие скорости ветра и наблюдаются в равнинных местах средней полосы России, Урала и других регионов.

Ротор установки (лопасти турбины) рассчитан для работы на постоянной скорости, а угол поворота лопастей автоматически регулируется для достижения этой скорости. Диаметр лопастей ротора определяет во многом мощность установки, например, для турбины мощностью 300 кВт диаметр лопастей должен составлять около 30 м.

Идеальные места размещения ветровых установок там, где есть постоянный ветер со скоростью от 6 до 25 м/с. Чаще всего это прибрежные зоны и вершины холмов. И совсем удачно, если такие места с постоянным ветром расположены рядом с местами спроса на энергию.

В Дании, например, ветроустановки размещают в море, на небольшом расстоянии от прибрежной полосы.


Кого заинтересовал этот вид установок – рекомендуем провести ряд работ по определению возможности использования ветроустановок. Начать следует с определения скорости ветра в вашей местности. Этот параметр определяется обычно с помощью специальных приборов – анемометров. Если прибора нет, то можно вести наблюдения с учетом внешних природных признаков, которые указаны в табл. 13.2.

 

Таблица 13.2

Скорость ветра по внешним признакам, наблюдаемым в природе

Screenshot_16

 


Если, по Вашим наблюдениям, преобладает легкий ветер со скоростью 4–5 м/с и выше, установка ветряка, как правило, оправдает себя. И технологическая схема его достаточная проста.

В этом случае ветряк можно сделать и самому, хотя это и не каждому под силу. Необходимо провести все расчеты, изготовить лопасти ветроколеса, собрать механические и электронные устройства. Поэтому следует рекомендовать для начала приобрести ветроэнергетическую установку заводского изготовления, см. табл. 13.3.

Таблица 13.3

Характеристика ветроэлектрических установок, производимых в России

Screenshot_17

Диапазон рабочих скоростей ветра для всех установок 3–25 м/с.

Разработка и изготовление ветроустановок собственными силами – весьма перспективное направление, особенно если в Вашей местности дуют преимущественно умеренные и свежие ветры. Вспомним, что ветер был другом и помощником человека еще несколько тысячелетий назад.


Биомасса. В конечном итоге к биомассе относят все растительные и животные организмы, существующие в биосфере Земли. Биомассу растений называют еще фитомассой, биомассу животных – зоомассой.

В нашем случае речь пойдет о растениях. В качестве топлива может использоваться множество самых различных форм растительной биомассы, а также отходы от зоомассы.

Некоторые специалисты считают, что сжигание биомассы является нейтральным процессом с точки зрения выделения углекислого газа.

Обосновывается эта точка зрения следующими доводами: растения по своей природе потребляют углекислый газ в цикле фотосинтеза. Затем он как бы выделяется при горении вещества растений.

Следовательно, выращенный лес, растительные культуры можно считать энергетическим ресурсом, который в целом не приводит к росту концентрации углекислого газа в атмосфере.

Варианты энергетического использования различных видов биомассы представлены в табл. 13.4.

Большинство практических применений биомассы включает прямое сжигание материала в качестве топлива, иногда в комбинации с ископаемым топливом. Другие подходы, как, например, газификация и пиролиз производят вторичное топливо (газ и жидкость соответственно), которое может сжигаться в более распространенных системах, например, в двигателях внутреннего сгорания.

Богатые метаном биогазы развиваются при анаэробном разложении отходов в закрытых отстойниках и сбраживателях сточных вод. Это оказывается очень экономичной технологией во многих странах (Китай, Индия и т.п.) (рис. 9).

Как видно из табл. 13.4, к биомассе относят городские отходы. В любом случае проблема утилизации городских отходов весьма актуальна. Концентрация отходов на свалках приводит к загрязнению грунтовых вод, к накоплению вредных газов, запахов, а также концентрации всякого рода разносчиков заразных заболеваний (крыс, мышей и т.п.).


Таблица 13.4

 

Энергетическое использование биомассы

 

Screenshot_18

Во многих странах, где в проблему утилизации городских отходов уже вложили значительные средства, пришли к выводу, что необходимо создание специальных свалок по типу закрытых отстойников. При разложении компоста выделяется метан – горючий газ. Этот газ собирается и сжигается в поршневых двигателях, которые приводят в движение электрогенераторы.

clip_image002[6]

Рис. 9. Ферментация навоза как источника энергии для сельского хозяйства

Несмотря на то, что возобновляемые источники энергии только осваиваются, благодаря им уже формируется новая комплексная система энергоснабжения – сотовая энергетика.


13.3. Сотовая энергетика

Термин «микроэнергетика» был предложен Сетом Дунном из Института мировой экологии, который к источникам энергии этой категории отнес солнечные батареи, ветрогенераторы, водородные элементы и газовые микротурбины, т.е. маломощные генераторы электричества. Однако с учетом технических аспектов современной энергетики термин «микроэнергетика» связывается не только с генерацией электричества, но также с производством тепла и холода.

В силу небольшой стоимости, мобильности и быстроты ввода в эксплуатацию микроэнергетика способна проникать как на рынки промышленно развитых стран, так и в неразвитые рынки (районы), где с ее помощью местная промышленность и население смогут получить доступ к энергии, не дожидаясь развития крупных станций и национальной энергосети.

Эффективность современной микроэнергетики подтверждается значительным интересом, проявляемым к ней как гигантами современной индустрии, так и рядовыми участниками рынка. Так, например, швейцарский энергетический гигант ABB недавно объявил, что начинает сворачивать свой бизнес по созданию атомных электростанций и переключается на разработку возобновляемых источников энергии и небольших электростанций, расположенных поблизости от потребителей.

Энергетические корпорации, эксплуатирующие огромные и небезупречные в экологическом плане электростанции, и дальше будут испытывать все большую конкуренцию со стороны микроэнергетических компаний, с их более компактными и «чистыми» источниками энергии. В прошлом потери энергии при передаче ее от центральных электростанций по сетям с лихвой компенсировались огромной мощью этих станций. Сегодня, с появлением микроэнергетики, чьи источники энергии зачастую обладают гораздо большими КПД, чем наиболее совершенные традиционные генераторы, такой подход начинает утрачивать экономический смысл.

Уже сейчас произведенная микроэнергетикой энергия зачастую дешевле, и разница в ценах будет продолжать увеличиваться. Это обстоятельство приведет, наконец, к уменьшению цен для потребителей и к увеличению предложений энергии.

По сравнению с традиционными технологиями микроэнергетика более эффективна и надежна. Современная надежность традиционных источников и энергетических сетей описывается термином «три девятки», что означает гарантию работоспособности в течение 99,9 % времени.

Это означает практически запланированный отказ техники на 8 ч ежегодно. Однако многим современным производствам нужна совсем иная надежность, а именно «девять девяток». Достичь ее можно только с переходом на микроэнергетические установки и новые принципы работы энергосетей.

У микроэнергетики имеются и экологические преимущества. Солнечные батареи и коллекторы уже сейчас являются эталоном экологически чистых источников энергии. Топливо (водород и природный газ), используемые микроэнергетикой, также дают сравнительно небольшой уровень загрязнения окружающей среды.

Особенно важны перспективы микроэнергетики в развивающихся странах с переходной экономикой, многие из которых испытывают серьезные проблемы из-за состояния своих энергосистем.

Уже сегодня многие пользователи в этих странах, не желая зависеть от капризов инфраструктуры, применяют местные источники энергии – обычно дизельные генераторы, которые производят дорогую электроэнергию. Используемые для этих целей солнечные устройства, гидро- и ветрогенераторы, а также тепловыделяющие элементы и газовые турбины позволили бы таким странам «перешагнуть» в развитии электроэнергетики через этап гигантских и достаточно неэффективных электростанций подобно тому, как многие страны сейчас «перешагивают» через традиционную телефонную сеть, переходя сразу к беспроводным системам.

Развитие микроэнергетики неизбежно должно привести к кардинальной перестройке структуры сети, доставки и распределения электроэнергии. До сих пор электричество и тепло доставлялись от крупных электростанций к розеткам и батареям домов. На такой односторонний поток энергии ориентированы все системы энергетических сетей.

Появление микроэнергетики заставило специалистов задуматься о включении малых генерирующих мощностей в сети. Сейчас для электрических сетей активно разрабатываются новые схемы управления сетями, которые позволяют включать микрогенераторы в основную сеть, что сделает их похожими на телекоммуникационные сети.


В связи с этим и появился термин – сотовая энергетика.

Одно из преимуществ микроэнергетики заключается в том, что владелец источника энергии может выступать как в роли потребителя, так и в роли поставщика энергии, продавая ее излишки через общую сеть.

Согласно прогнозам Мирового Энергетического Конгресса, к 2020 году в США, Германии, Японии, Великобритании и других развитых западных странах доля альтернативных экологически чистых источников составит более 20 % всего производства энергии. В настоящее время доля возобновляемых источников энергии в странах Европейского союза составляет около 6 %, а в отдельных странах ЕС – 15–20 %.

К 2020 году Европа планирует осуществить теплоснабжение 70 % (!) домов за счет экологически чистой энергии, в частности, солнечной. Кроме того, солнечная энергия все более активно используется для генерации тепла – в мире работает уже более 2 млн. гелиотермических систем. Так, например, в США общая площадь солнечных коллекторов превысила 10 млн м2, а в Японии – 8 млн м2. В США и Японии работает также более 5 млн тепловых насосов, а в мире – более 100000 ветрогенераторов.

Среди альтернативных источников энергии особенно активно развивается ветроэнергетика – прирост по 24 % в год. В Дании 20 % электроэнергии уже сейчас вырабатывается с помощью возобновляемых источников, половина ветровых турбин изготавливается в Дании.

К перспективным технологиям относятся и водородные топливные элементы. Суть этой технологии в том, что электрон отделяется от ядра атома водорода на специальных мембранах, в результате чего получается электрический ток, также и тепловая энергия в виде горячей воды.

Иная ситуация в нашей стране. В 2001 году в России на долю возобновляемых источников энергии (ВИЭ) приходилось всего чуть более 0,16% общего энергопроизводства. На 2001 год в России действовали: одна геотермальная станция мощностью 11 МВт, 1500 ветрогенераторов мощностью от 0,1 до 16 кВт, 50 микро- и 300 малых ГЭС общей мощностью около 0,2 МВт, одна приливная станция мощностью 400 кВт, солнечные батареи общей мощностью около 100 кВт, солнечные коллекторы площадью около 100000 м2, 3000 тепловых насосов общей мощностью около 8 МВт.


13.4. Энергосбережение как энергетический ресурс

Важность экономии энергии в производственной сфере определяется тем, что на каждую единицу энергии, затраченной на этой стадии, приходится расходовать при производстве и передаче энергии около трех единиц первичного энергоресурса.

Расчеты показывают, что каждый 1 % экономии энергоресурсов в России дает прирост валового внутреннего продукта на 0,35 %. Вызвано это тем, что затраты на осуществление мероприятий по экономии топливно-энергетических ресурсов в промышленности, коммунальном хозяйстве в 2–3 раза ниже по сравнению с капитальными вложениями, необходимыми для эквивалентного прироста их производства в виде природного газа, нефти, каменного угля.

Следовательно, энергосбережение есть эквивалент дополнительной мощности энергоисточника, так как позволяет за счет экономии энергии на энергоисточнике или у потребителя подать дополнительную энергию другому потребителю при сохранении существующих мощностей.

Энергосбережение позволит растянуть на более продолжительное время ограниченные запасы высококачественных видов топлива, находящихся в земле. Оно также позволяет зарезервировать часть запасов ископаемого топлива для технологических нужд: производства лекарств, смазочных и других материалов.

Но есть и много факторов, которые препятствуют сбережению энергии: отсутствие у населения и производственного персонала культуры энергопотребления; отсутствие гибких тарифов на потребление энергии и налогов на ее производство, стимулирующих к энергосбережению.

В этой связи будут делаться попытки определить те области энергосбережения, которые экономически выгодны и позволяют значительно улучшить эффективность использования энергии в нашей жизни.

Подготовка воды для котельных. Большая часть десятков тысяч мелких котельных в России работает без химической подготовки воды. При питании котлов сырой водой, при повышении ее температуры соли образуют кристаллы, которые формируют прочные отложения (накипь) на поверхности нагрева. Именно такая накипь, как правило, образуется в эмалированных чайниках для кипячения воды. Данные отложения обладают высоким термическим сопротивлением, что приводит к потерям энергии (табл. 13.5).

Таблица 13.5

Зависимость потерь топлива от толщины накипи в котлах

Screenshot_19

Толщина отложений в трубах котлов, тепловых сетей, работающих без организации водно-химического режима, составляет 2,5–3,5 мм. То есть на этих системах теплоснабжения дополнительно потребляется 25 % топлива при обеспечении необходимого режима отопления. В каждом регионе России перерасход топлива по этой причине составляет от 1 до 2 млн т у. т. в год. Решение этой проблемы возможно при использовании антинакипинов (химических составов, предотвращающих появление накипи).


Тепловая изоляция. Тепловая изоляция снижает потери энергии с поверхности, находящейся при температуре, отличающейся от температуры окружающей среды (воздуха, грунта); уменьшает текущие затраты предприятия и населения на топливо и энергию; улучшает КПД технологических процессов и повышает их производительность.

Преимущества от применения тепловой изоляции не ограничиваются только снижением расхода энергии. Изоляция помогает уменьшить расходы на вентиляцию и кондиционирование воздуха для оборудования, находящегося внутри помещения, а также уменьшить коррозию оборудования в результате сокращения конденсации воды в газовых потоках.

Приведем только один пример. В нашей повседневной жизни регулярно приходится видеть трубы тепловой сети без какой-либо изоляции. Проведем расчетную оценку тепловых потерь неизолированной трубой со следующими данными: диаметр трубы 159 мм, температура стенки трубы 65 оС, температура окружающего его воздуха 0 оС, длина неизолированного участка – 10 м. Продолжительность отопительного периода – 230 суток. Тариф на тепловую энергию 300 руб./Гкал. Согласно справочным данным, величина теплового потока с 1 погонного метра трубы составит 336 ккал/м∙ч. Определим потери тепла (в Гкал и рублях), в случае работы данного участка теплосети неизолированным в течение всего отопительного периода:

Q = (336∙10∙230∙24)∙10-6 = 18,55 Гкал/год;

Qруб = 18,55∙300 = 5565 руб./год.

Для сравнения отметим, что для отопления одной квартиры общей площадью 50 м2 за год требуется от 12 до 15 Гкал. То есть, каждые 10 м неизолированной теплотрассы – это потери тепла большие, чем на отопление одной квартиры площадью 50–60 м2.

Именно здесь кроется одна из причин того, что в России на одну тысячу долларов социальных расходов приходится свыше 20 т условного топлива, в то время как в странах Скандинавии, довольно близких нам по климатическим условиям, эта социальная энергоемкость составляет от 1 до 3 т у.т.

 

ВМЕСТО ПОСЛЕСЛОВИЯ

Артур Кларк, английский писатель, футуролог и фантаст, описал в 1947 году высадку человека на Луну (что и случилось в 1969 году). В 1999 году патриарх фантастики опубликовал в журнале Asiaweek (Гонконг) свой прогноз на весь XXI век. Приведем только одно его предсказание:

2016 год – в ходу всего единственная валюта – мегаватт∙час!

Остается только гадать, успеют ли люди к указанному А. Кларком году научиться относиться к энергии так же бережно, как относятся к долларам и рублям.

Но одно можно прогнозировать точно: рано или поздно мы научимся жить в гармонии с природой и отдавать ей столько же, сколько берем. И случится это потому, что другого пути у нас нет!


НЕКОТОРЫЕ ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

БИОМАССА – все виды органического (животного или растительного) вещества.

ВАТТ единица мощности в системе единиц СИ; обозначается Вт. 1 Вт = 107 Эрг/с = 0,102 кгс×м/с = 1,36×10-3 л.с. = 0,859845 ккал/ч.

Маленькие часы могут иметь мощность 1 Вт. Ватт – маленькая единица мощности в сравнении хотя бы с производительностью электростанции, поэтому требуются более крупные, кратные единицы:

Киловатт (кВт = 103 ватт)– электрический камин использует около 1 кВт, семья потребляет в среднем 3 кВт, обычная ветряная турбина выдает 300 кВт;

Мегаватт (МВт = 106 ватт)– школьная котельная может давать 2–3 МВт, мощность небольшой электростанции будет равна 50 МВт;

Гигаватт (ГВ = 109 ватт) – крупная электростанция на угле может давать 1 ГВт, гидроэлектростанция на водопадах Итаипу в Бразилии (самая большая в мире) дает 12 ГВт, совокупная мощность всех электростанций России составляет 200 ГВт;

Тераватт (ТВт = 1012 ватт)– общее потребление энергии в мире составляет 12 ТВт, энергия, излучаемая солнцем, равна 400 миллионов ТВт (4´1026 ватт).

ГЕНЕРАТОР– устройство, которое превращает механическую энергию в электроэнергию.

ГЕОТЕРМАЛЬНЫЕРЕСУРСЫ – запасы глубинного тепла Земли. Различают гидрогеотермальные (термальные воды) и петрогеотермальные (сухие горные породы, нагретые до 350 оС и более) ресурсы.

ИНВЕСТИЦИИ– долгосрочные вложения капитала в социально-экономические программы, предпринимательские, исследовательские и другие проекты.

КАЛОРИЯ– единица количества теплоты, которое обозначается в калориях (кал) или в джоулях (Дж). 1 кал = 4,1868 Дж. Применяются кратные единицы: килокалория (1 ккал =103 кал), Гигакалория (1 Гкал = 109 кал).

КИЛОВАТТ-ЧАС– внесистемная единица энергии или работы, применяется преимущественно в электротехнике, обозначается кВт×ч, 1 кВт×ч = 3,6×106 Дж.

КОТЕЛЬНАЯ– предприятие, производящее тепловую энергию в виде пара и/или горячей воды.

КОЭФФИЦИЕНТПОЛЕЗНОГОДЕЙСТВИЯ(КПД)– характеристика эффективности системы (устройства, машины) в отношении преобразования энергии: определяется соотношением полезно используемой энергии (работе при циклическом процессе) к суммарному количеству энергии, переданному системе.

КРИЗИСЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ– резкое ухудшение снабжения топливом населения, производителей и потребителей энергии, проявляющееся в значительных ограничениях производства, возникновении чрезвычайных ситуаций и, в итоге, - в снижении жизненного уровня, благосостояния населения.

МОЩНОСТЬ– скорость производства или потребления электроэнергии.

НЕТРАДИЦИОННЫЕВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕИСТОЧНИКИЭНЕРГИИ(ЭНЕРГОРЕСУРСЫ)– энергия солнца, ветра, тепла земли, природного градиента температур, естественного движения водных потоков, биоэнергия.

ПАРНИКОВЫЙЭФФЕКТ– нагрев внутренних слоев атмосферы (Земли и др. планет с плотными атмосферами), обусловленный прозрачностью атмосферы для основной части излучения Солнца (в оптическом диапазоне) и поглощением атмосферой (молекулами H2О, СО2 и др.) основной (инфракрасной) части теплового излучения поверхности планеты, нагретой Солнцем.

РАСТОЧИТЕЛЬНОЕИСПОЛЬЗОВАНИЕЭНЕРГИИ– систематическое использование энергии с превышением технологических норм, несоблюдением действующих правил эксплуатации производственных и коммунально-бытовых объектов, в том числе, из-за бесхозяйственности, некомпетентности обслуживающего персонала и т.д.

РЕГИОНАЛЬНАЯЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯКОМИССИЯ– орган исполнительной власти региона, осуществляющий государственное регулирование тарифов на энергетическую и тепловую энергию на потребительском рынке энергии.


СОЛНЕЧНАЯБАТАРЕЯ– устройство, изготавливаемое обычно из кремния, которое преобразовывает некоторую часть энергии солнечного света напрямую в электроэнергию.

СОЛНЕЧНАЯЭНЕРГИЯ– электромагнитное излучение Солнца. Электромагнитное излучение охватывает диапазон длин волн от гамма–излучения (< 10-4 мкм) до радиоволн (> 100 мкм), его энергетический максимум приходится на видимую часть спектра (0,46 мкм).

СОЛНЦЕ– центральное тело Солнечной системы, раскаленный плазменный шар. Химический состав: водород – 90 %, гелий – 10 %, остальные элементы – менее 0,1 %. солнечной энергии – ядерные превращения водорода в гелий в центральной области Солнца, где температура превышает 10 млн градусов.

Солнце – основной источник энергии для всех процессов, совершающихся на Земном шаре. Земля, находящаяся на расстоянии 149 млн км от Солнца, получает около 2×1017 Вт солнечной лучистой энергии.

ТАРИФЫ– система ставок, по которым взимается плата за поставку тепловой и электрической энергии и услуги по ее передаче.

ТЕПЛОТАСГОРАНИЯ(ТЕПЛОТАГОРЕНИЯ)– количество теплоты (в Дж или кал), выделяющееся при полном сгорании топлива.

ТОПЛИВНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕРЕСУРСЫ(ТЭР) – совокупность различных видов топлива и энергии (продукция нефтеперерабатывающей, газовой, угольной, торфяной и сланцевой промышленности, электроэнергия атомных и гидроэлектростанций, а также местные виды топлива), которыми располагает страна для обеспечения производственных, бытовых и экспортных потребностей.

ТОПЛИВО– вещество, основная составная часть которого углерод, применяемое с целью получения при его сжигании тепловой энергии. По происхождению топливо делится на природное (нефть, уголь, природный газ, горючие сланцы, торф, древесина) и искусственное (кокс, моторные топлива, генераторные газы и др.), по агрегатному состоянию – на твердое, жидкое и газообразное. Основная характеристика топлива – теплота сгорания. В связи с развитием техники термин «топливо» стал применяться в более широком смысле и распространился на все материалы, служащие источником энергии (например, ядерное топливо).

УСЛОВНОЕТОПЛИВО– принятая при технико-экономических расчетах единица, служащая для сопоставления тепловой ценности различных видов органического топлива. Теплота сгорания 1 кг условного топлива – 7000 ккал.

ФОТОСИНТЕЗ– процесс, при котором зеленые растения создают пищу (углеводороды) из воды и углекислого газа, используя энергию солнечного света. Пища является запасом химической энергии внутри растений.

ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ– предприятие, производящее электрическую и, как правило, тепловую энергию. В зависимости от источника энергии различают ТЭС (топливные электростанции), ГЭС (гидроэлектростанции), АЭС (атомные электростанции).

ЭНЕРГЕТИКА– отраслевой комплекс, занимающийся выработкой, преобразованием, передачей и использованием различных видов энергии.

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙМАРКЕТИНГ– деятельность на регулируемом рынке электрической и тепловой энергии, направленная на обеспечение баланса интересов производителей, потребителей энергии и регулирующих органов.

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙМЕНЕДЖМЕНТ– искусство эффективного управления производством и потреблением топлива и энергии.

ЭНЕРГИЯ– источник деятельных сил и общая количественная мера различных форм движения материи.

ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ– реализация правовых, организационных, научных, производственных, технических и экономических мер, направленных на эффективное использование энергетических ресурсов и на вовлечение в хозяйственный оборот возобновляемых источников энергии.