Экономическая эффективность использования систем и установок энергетики

Размещено на http://www.allbest.ru/

Экономическая эффективность использования систем и установок энергетики возобновляемых источников энергии

Осадчий Г.Б.

ЧАСТЬ 1. ПРОБЛЕМЫ И ПРОТИВОРЕЧИЯ ОЦЕНКИ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ

Известно, что российские и зарубежные оценки прямых социальных-экономических затрат, связанных, с вредным воздействием электростанций, вырабатывающих электроэнергию за счет сжигания органического топлива: включая болезни и снижение продолжительности жизни людей; оплату медицинского обслуживания, потери производства, снижения урожая, восстановления лесов и ремонт зданий в результате загрязнения воздуха, воды и почвы дают величину, добавляющую около 75 % мировых цен на топливо и энергию. По источнику [Копылов А.Е. Экономические аспекты выбора системы поддержки использования возобновляемых источников энергии в России / А.Е. Копылов // Энергетик. 2008. № 1- С. 7 - 10. эти затраты для угольных ТЭС ещё выше.

Свой вклад в стоимость электроэнергии вносят также погодные условия и размеры России. Так тарифы на электроэнергию для промышленных предприятий в декабре 2000 г. отличались по субъектам РФ в 30 раз, а для населения в 10 раз [Мастепанов А.М. Экономика и энергетика регионов Российской Федерации / А.М. Мастепанов, В.В. Саенко, В.А. Рыльский и др. М.: Экономика, 2001. 476 с].

Кроме того, сравнительную экономическую оценку (энергоемкость), например, теплоснабжения от сжигания дров и солнечной энергии, очень трудно привести к одному знаменателю. Ведь экономические потери от вырубки леса выражаются в уменьшении продуцирования кислорода, поглощения вредных газов, насыщения воздуха фитонцидами и т.д. Лес дает 40 % кислорода земной атмосферы. Охранно-защитные и рекреационные функции лесов, само собой, разумеется, являются не перевозимыми.

При нынешних темпах развития цивилизации не получается резервировать слишком большие участки Природы и тратить на её охрану слишком много средств, т.к. это приводит к большим экономическим потерям для общества. На рисунке 1 изображены вероятные сценарии развития общества (территории) в зависимости от отношения к экологии.

Рисунок 1 - Гипотетическое изменение эффективности общественного производства во времени по Н.Э. Смирнову

а) - при полном отсутствии каких-либо экологических требований к производству; б) - при запрещении всякого загрязнения окружающей среды; в) - при наличии технологического базиса, обеспечивающего удовлетворение общественных потребностей (сознательно ограниченных обществом в пользу чистой окружающей среды) и являющегося наиболее «чистым» из возможных, в экологическом смысле.

Как видно из рисунка 1 эффективное развитие общества на долгосрочную перспективу возможно только при добровольном отказе его членов от погони за одними только материальными ценностями.

Опираясь на эти положения, рассмотрим систему холодотеплоснабжения [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], обеспечивающую выработку холода и горячей воды в летний период и теплоты в зимний (рисунок 2) в части экономической эффективности.

Рисунок 2 - Схемы всех генерируемых системой холодоснабжения (летом) и системой теплоснабжения (зимой) видов энергий

Приведенная схема (рисунок 2), выработки энергий -- это, по существу комбинированный способ производства холода и теплоты. Только холод, аккумулированный водой котлована зимой, расходуется летом, а теплота, аккумулированная водой котлована летом, расходуется зимой посредством теплоприводного теплового насоса (ТН_ТП).

На рисунке 2 приведены все дифференцированные виды энергии, которые можно получать летом за счет солнечного соляного пруда, котлована со льдом и окружающего воздуха системой холодоснабжения и те, которые можно получать зимой системой теплоснабжения. Как видно разнообразие генерируемых видов энергии системой холодотеплоснабжения обеспечивается в основном за счет энергий всего двух основных сооружений -- пруда и котлована и биометана.

Экономическая эффективность проектов, подобных этому, должна складываться из социального, экономического и экологического эффектов, или из социально-эколого-экономической эффективности.

При определении для зональной экосистемы эколого-социально-экономической эффективности системы холодотеплоснабжения (любой из технологий энергетики возобновляемых источников энергии (ВИЭ), по сравнению с традиционным холодоснабжением и теплоснабжением, целесообразно пользоваться, показателями приведены на рисунке 3.

Рисунок 3 - Структура дополнительного экономического эффекта системы холодотеплоснабжения (отдельно взятой системы энергетики ВИЭ).

Рисунок 3 содержит основные составляющие дополнительной эффективности почти каждой, отдельно рассматриваемой технологии энергетики ВИЭ, без учета формирования на зональную экосистему многогранных социальных и вторичных (сопутствующих) экономических эффектов (результатов).

Рассмотрим некоторые её составляющие, которые обычно не учитываются.

Экономия топлива на внутрирайонный транспорт особенно значительна при использовании системы холодотеплоснабжения в удаленных и труднодоступных районах. Так стоимость доставки топлива для удаленных потребителей сильно зависит от расстояния его транспортировки автомобильным транспортом. Как известно, сопротивление качению грузового автомобиля на пневмоколесах в 6 - 9 раз выше, чем у железнодорожного вагона, катящегося по рельсам. По этой причине и удельные затраты энергии на перевозку, например, угля на грузовиках, в 2 - 4 раза выше, чем на железнодорожном транспорте. При этом необходимо также учитывать, что, например, коэффициент сохранности угля при транспортировке на дальние расстояния составляет 0,83 - 0,85, а коэффициенты сохранности угля при погрузочно-разгрузочных работах и хранению: по количеству -- 0,90 - 0,92, по качеству -- 0,93 - 0,95.

Поскольку пруд и котлован с талой водой могут одновременно являться и противопожарными водоемами, изменение потребности в капитальных вложениях, например, для жилья, малого производства, фермерского хозяйства может быть учтено как предотвращенный расход части средств на водоем, благодаря использованию для этих целей пруда и котлована системы холодотеплоснабжения. Так к пожароопасным помещениям: класса П-II относятся деревообделочные цеха, малозапыленные помещения мельниц и элеваторов, зернохранилища; класса П-IIа относятся складские помещения для хранения горючих материалов, коровники, свинарники и другие животноводческие помещения при хранении на чердаках сена и соломы и т.д.

Ущерб от лесных пожаров в 2010 г., с учетом уничтоженных огнем деревень, составил свыше 15 млрд рублей.

Объем противопожарного водоема для сельского дома должен быть таким, чтобы при тушении пожара расход воды был не менее 10 л/с в течение 3 часов. Объем воды в водоеме должен быть более 100 м³.

Помимо использования котлована в качестве противопожарного водоема, он может использоваться в качестве своеобразного щита от оползней. Расположенный между склоном и зданием он может служить поглощающим резервуаром, малой и средней емкости, «буферной зоной» от оползней, селевых потоков, кампепадов и т.д.

Зимой, замерший пруд -- это каток под открытым небом. А если над котлованом возвести горку из снега, то запас её холода можно использовать весной для выработки среднетемпературного холода. Не нужны снегоплавильные машины, исключается расход топлива для «уборки» снега.

Такое расположение котлована, конечно же, имеет для этих функции свою отдельную ценность, помимо того, что он является источником низкопотенциальной энергии (тепла/холода).

Использование биометана не требует очистных сооружений для предложенной системы холодотеплоснабжения (очистка биогаза от вредных газов осуществляется в технологическом цикле биогазовой установки).

Дополнительный локальный экологический эффект может быть учтен как предотвращенный ущерб благодаря отсутствию вредных выбросов в результате использования солнечной энергии системой (если котельная расположена на берегу моря, то днем, когда дуют морские бризы (ветер с моря на сушу) будет «закрываться» выбросами одна и та же часть суши, что резко уменьшает фотосинтез. На удалении от берега ветер часто меняет направление, из-за этого удельный ущерб за счет разбавления будет другим).

Определенный интерес представляет использование отходов сжигания торфа. Зола торфа востребована в фармакологии.

Эффект от экономии оборотных средств будет выражаться в уменьшении социальной напряженности. Ведь очень часто предприятия привлекают в качестве оборотных средств различного рода устойчивые пассивы. А это может приводить к задолженности рабочим и служащим по заработной плате, к задолженности по отчислениям в фонды и инспекции. Сохраняются средства, предназначенные для использования в последующем периоде (оплата отпусков работникам, текущий ремонт, выплата вознаграждений и пр.). Не образуется задолженность за электроэнергию, телефон и т.д. Все эти средства формально не принадлежат предприятию, но по действующей практике расчетов они постоянно находятся в распоряжении предприятия и используются ими для покрытия потребности в оборотных средствах.

При использовании солнечной энергии, энергии воды/льда и биометана отсутствуют риски, возникающие, например, при использовании угля, сжиженного газа, мазута, когда при их доставке возможно проникновение, закрепление или распространение вредных организмов (в том числе колорадских жуков, саранчи), заболеваний, переносчиков болезней или болезнетворных организмов, а также сорных растений транспортными средствами. Не нужны обязательные и дорогостоящие, при их надлежащем исполнении, ветеринарно-санитарные и фитосанитарные меры и процедуры.

В июле 2012 г. в Омскую область на Лузинский комбикормовый завод доставили партию шрота соевого из Приморского края железнодорожным транспортом, в которой специалистами Россельхознадзора при проведении карантинного фитосанитарного досмотра партии были обнаружены семена амброзии полыннолистной. Вес груза -- 126 тонн. Данный сорняк опасен как для растений (амброзия засоряет все полевые культуры, подавляя их рост и развитие), так и для здоровья человека. В период цветения сорняк выделяет огромное количество пыльцы, которая, попадая в организм человека, вызывает аллергию. Чтобы предотвратить распространение этого сорняка по области, было принято решение отправить засоренные партии шрота соевого на промышленную переработку, в ходе которой семена карантинного сорняка будут лишены жизнеспособности.

Часть показателей эффективности отдельных технологий энергетики ВИЭ, можно определять как сопутствующие экономические эффекты следующим образом.

Дополнительный экономический эффект от дополнительных объемов работ, выполненных работниками, высвободившимися в результате применения энергии, вырабатываемой по любой из технологий энергетики ВИЭ, в местах где она раньше не применялась, и от вторично используемых рабочих. Этот дополнительный экономический эффект можно распространить и на семьи. Ведь по расчетам П.Я. Пирхавки, в сельской семье из 4-х человек один взрослый полностью занят работой по обеспечению дома водой, топливом, приготовлением пищи и т.п. На это затрачивается до 3000 часов в год. Следовательно, применение энергетического оборудования для водоснабжения, обработки почвы, ухода за растениями и животными, отопления помещений, приготовления пищи и бани имеет как социальное, так и экономическое значение.

Возникает сопутствующий эффект также в добывающих и перерабатывающих сырье отраслях, в машиностроительном комплексе, что будет оказывать влияние на улучшение инвестиционной политики в стране.

Следует учитывать, также, что при применении предлагаемых новых ресурсосберегающих технологий отпадает необходимость: в геолого-разведочных работах. В производстве значительной части опытно-экспериментального производства, приборов и оборудования для проведения испытаний, станочного парка опытного производства и т.п., для создания новых материалов. Отпадает необходимость в увеличении пропускной способности транспортной инфраструктуры, т.к. при сооружении солнечных соляных прудов и котлованов будут использоваться в основном природные «готовые и вечные» материалы, и не требуется транспорт топлива в прежних объемах.

Сопутствующий экономический эффект от уменьшения инвестиций в добывающих отраслях в расчете на одну технологию энергетики ВИЭ (экономическая оценка экологического эффекта).

Сопутствующий экономический эффект от уменьшения инвестиций в строительство машиностроительных заводов в расчете на одну технологию энергетики ВИЭ (систему холодотеплоснабжения).

Как видно, полное определение эколого-социально-экономической эффективности любой системы энергетики ВИЭ должно рассматриваться с учетом приведенных зависимостей охватывая многие отрасли промышленности, сельского хозяйства, транспорта, экономики, социальной сферы и т.д.

Приведенная структура составляющих дополнительного социально-эколого-экономического эффекта системы холодотеплоснабжения (отдельно взятой системы энергетики ВИЭ) показывает, как взвешенно нужно подходить к анализу эффективного использования новых технических решений. А ведь часто при освоении различных по климатическим условиям и предназначению территорий выбор того или иного источника энергоснабжения поручают людям далеким не только от энергетики ВИЭ, но и от традиционной, топливной энергетики. Игнорируется выработанное годами правило, использовать знания специалистов. Ведь химик берет данные по электричеству от электрика; физиолог справляется о геологии у геолога -- каждый из них счел бы наглостью со стороны другого, если бы тот произнес суждение не по своей отрасли науки.

И странно, истинно странно, что это разумное правило совершенно отбрасывается, когда дело касается децентрализованного энергоснабжения или обеспечение энергией угнетенных с экологической точки местностей.

Как видно из анализа определяющих экологическую эффективность показателей, использование ВИЭ позволяет существенно уменьшить нагрузку на биосферу, понизить эргодемографический индекс территории.

Энергетическая, а значит и экономическая эффективность, предлагаемой системы солнечного электроснабжения основывается на четырех обстоятельствах:

Первое -- солнечный соляной пруд летом, в средней полосе и горных районах юга России и в странах СНГ, при небольших размерах может аккумулировать за счет оригинальных концентраторов больше солнечной энергии и иметь более высокую температуру соляного рассола, чем пруд тех же размеров на экваторе.

А при теплоизоляции дна и частично боковых стенок может сохранять, для преобразования, больше аккумулированной теплоты;

Второе -- в составе систем с термодинамическими циклами уже есть источник холода/тепла (лед/талая вода котлована), с температурой около 0 ?С.

Работа систем осуществляется в двух режимах (по времени).

Первый режим -- в летний период с совершением полезной работы -- выработки среднетемпературного холода и тепла: осуществляется аккумулирование низкопотенциальной теплоты в котловане;

Второй режим -- в зимний период с совершением полезной работы -- обогрева помещений посредством ТН осуществляется аккумулирование холода (замораживание воды) в котловане;

Третье -- источник теплоты (солнечный соляной пруд) и источник холода (котлован со льдом) расположены рядом. При этом расстояние между ними исключает естественный (за счет теплопроводности) обмен энергиями;

Четвертое -- подавляющая часть системы «изготовлена» из естественных природных материалов (грунт, вода, соль) -- для их изготовления не требуется энергия, а их жизненный цикл при их низкой стоимости, не имеет ограничения.

Исходя из изложенного, задавшись, при растущем рынке энергопотребления, ставкой дисконтирования 18 % определение дисконтированных чистых денежных поступлений или чистой приведенной величины дохода (), характеризующей общий, абсолютный результат инвестиционного проекта, проведено с учетом эколого-экономических преимуществ энергетики ВИЭ по предлагаемой автором формуле:

руб.

где - выгода (доход) от проекта в году , руб.; = 1,15 - коэффициент (минимальное его значение, равное ? части от среднего) учитывающий эколого-экономической выгоды использования оборудования энергетики ВИЭ (Российские и зарубежные оценки прямых социальных-экономических затрат, связанных, с вредным воздействием электростанций, вырабатывающих электроэнергию за счет сжигания органического топлива: включая болезни и снижение продолжительности жизни людей; оплату медицинского обслуживания, потери производства, снижения урожая, восстановления лесов и ремонт зданий в результате загрязнения воздуха, воды и почвы дают величину, добавляющую около 75 % мировых цен на топливо и энергию. По источнику [Копылов А.Е. Экономические аспекты выбора системы поддержки использования возобновляемых источников энергии в России // Энергетик. 2008. № 1 С. 7 - 10] эти затраты для угольных ТЭС выше); = 1,06 - коэффициент, учитывающий опережающий рост цен на произведенную энергию, а также сезонные эксплуатационные расходы и издержки, при производстве этой энергии; - затраты на проект в году , руб.; - ставка дисконта; - число лет жизни проекта.

Примечания: 1) величина коэффициента возрастает до значений (1,5 - 1,75) при возведении системы в пригородных, курортных, заповедных зонах и т.д.

2) значение коэффициента снижается по мере снижения, темпа роста стоимости генерируемых видов энергии в России.

3) ставка дисконта снижается по мере становления (развития) энергетики ВИЭ.

На основании результатов расчетов экономической эффективности системы холодотеплоснабжения построен финансовый профиль проекта (рисунок 4)

Рисунок 4 - Финансовый профиль системы холодотеплоснабжения со ставкой дисконтирования 18 %

Без учета эколого-экономической выгоды использования оборудования энергетики ВИЭ (коэффициента ) период возврата капитала составляет 6,5 лет.

А без учетов коэффициентов и период возврата капитала, за счет круглогодичного использования основных сооружений и оборудования системы, составляет 9 лет.

Детально рассмотренная система солнечного холодотеплоснабжения наглядно показывает, что в России солнечные прудовые установки и системы, основанные на использовании особенностей климатических условий, имеют шанс стать составной частью малой энергетики для децентрализованных потребителей энергии. Конечно с учетом того, что по экологическим показателям, в сравнении с другими энергоисточниками они предпочтительнее, поскольку фактически не имеют никаких выбросов.

Проведенный анализ экономической эффективности можно применить и для других систем и устройств энергетики ВИЭ (ветровой, геотермальной), с учетом особенностей их компоновочных решений и эксплуатационных характеристик.

экономический энергоснабжение холодотеплоснабжение

ЧАСТЬ 2. КОМПЛЕКСНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ КАК ОДИН ИЗ ПУТЕЙ ПОВЫШЕНИЯ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ

Главенствующая роль в реализации комплексного использования потенциала Природы должна перейти к энергетике ВИЭ, которая, за счет развития инновационной базы, призвана выполнить общественное решение Всемирного конгресса по проблемам экологии в Рио-де-Жанейро в 1992 г., где было сказано, что основной целью является: «Создание условий для устойчивого развития человеческого общества, при котором достигается удовлетворение жизненных потребностей нынешнего поколения людей, без лишения такой возможности будущих поколений».

Исходя из этого системы и комплексы энергетики ВИЭ должны быть самодостаточными на уровне высоких технологий.

В новых энергетических комплексах (системах) часть технологий может быть связана с использованием солнечной энергии, и её производных. А между собой они, в подавляющем большинстве своем, должны быть связаны таким образом, что конечный цикл одного из них становится началом другого цикла, благодаря чему достигается практически полная безотходность и интенсификация производства на достаточном удалении от границ динамической устойчивости экосистем.

По мнению экспертов ООН, именно такой подход, когда осуществляется схема подбора предприятий, работающих на одном виде сырья, а отходы и побочные продукты одного производства выступают в качестве сырья или полуфабрикатов для другого, может полностью решить проблему устойчивого развития общества.

В группах потребителей, например, теплой воды или тепла существуют любители разного уровня её температур: а) жаролюбивые и жаростойкие; б) теплолюбивые; в) любители умеренных температур; г) холодолюбивые; д) холодоустойчивые; е) требующие сохранения в зимний период. Это дает возможность использовать весь диапазон температуры воды -- от самой высокой до самой низкой (по мере её снижения). У потребителей холода также существуют потребности, на его различные температурные значения.

Комплексный подход в производственной деятельности, когда «отходы», в том числе и тепловые, водные, газо-воздушные перерабатываются в технологической цепочке производства, минимально отражается на качестве окружающей среды, на продуктивности зональных экосистем.

Комплексный подход, это не что-то новое. В целом «эволюционные» и «революционные» изменения в энергетике взаимообусловлены, дополняют и нередко сменяют друг друга. Не исключаются и случаи возврата к «старым» техническим решениям на качественно новой технологической базе.

Однако если мы возьмем в качестве примера использование низкпотенциальной теплоты грунтов тепловыми насосами, то обнаруживается, что при потреблении тепловой энергии из грунтового массива к концу отопительного сезона вызывает вблизи регистра труб системы теплосбора понижение температуры грунта. Температура грунта в почвенно-климатических условиях большей части территории РФ не успевает восстановиться в летний период года, и к началу следующего отопительного сезона грунт выходит с пониженным температурным потенциалом. Потребление тепловой энергии из грунта в течение следующей зимы вызывает дальнейшее снижение его температуры, и к началу третьего отопительного сезона температурный потенциал грунта ещё больше отличается от естественного, и т.д., т.е. образуются участки «вечной мерзлоты». Это приводит к выводу части территорий из «севооборота», что не всегда приемлемо особенно с экономической точки зрения.

Климат России определяет повышенную сезонную потребность её жителей в отдельных видах энергии. При относительно стабильном спросе в течение всего года на механическую и электрическую энергии, летом резко возрастают расходы воды и искусственного холода, а зимой тепла.

Из всей потребляемой, например, в быту энергии львиная доля -- 79 % идет на отопление помещений, 15 % энергии расходуется на тепловые процессы (нагрев воды, приготовление пищи и т.д.), 5 % энергии потребляет электрическая бытовая техника и 1 % расходуется на освещение радио и телевизионную технику.

Исходя из этого, летом солнечную энергию целесообразно использовать для производства теплоизоляционных строительных материалов, которыми утеплять здания, способствуя снижению расхода энергии на отопление зимой.

Проект «Альтернативная энергетика» («АЭ») помимо системы холодотеплоснабжения представлен также технологиями использования солнечной энергии, аккумулированной в солнечном соляном пруду и теплоты (талой воды)/холода (льда) котлована для бесперебойного энергоснабжения малых потребителей.

Это технологии совместного использования солнечной энергии и энергии, запасенной в котловане, которые могут обеспечить:

Летом: водоснабжение; выработку электрической энергии.

Зимой: теплоснабжение.

Это технологии раздельного использования солнечной энергии и энергии, запасенной в котловане, которые могут обеспечить:

Летом: сушку торфа, нагрев воды и воздуха; производство биогаза (биометана); приготовление пищи; удовлетворение физиологических потребностей (летняя баня); охлаждение воздуха.

Зимой: подогрев воздуха.

Человечество ежегодно потребляет 7 - 8 млрд тонн минеральных ресурсов, а воды расходуется, в среднем, 8 - 7 млрд тонн ежесуточно. Наибольшее потребление воды в России, а значит и энергии на ее перекачку, приходится на летний период. Отмеченная закономерность, несмотря на короткое лето, позволяет более половины водоснабжения для сельского хозяйства, обеспечивать за счет солнечной энергии. Актуальность водоснабжения от солнечной энергии основывается на том, что чем больше солнечной энергии, тем засушливее лето, а значит, тем легче недостаток естественного увлажнения восполнить орошением. Когда же нет Солнца, дожди заливают урожай, то нет потребности в орошении.

Значительная часть из 10 млн населения России неприсоединенная к электрическим сетям проживает в Сибири и на Дальнем Востоке. Они получают энергию в основном от автономных дизель-генераторов небольшой мощности. Необходимое для этого топливо завозится из далеко расположенных центров автотранспортом, водными путями, а иногда даже вертолетами, что делает это топливо очень дорогим. Из-за этого не осваиваются для проживания и хозяйственной деятельности живописнейшие местности.

Выработка электроэнергии летом на базе солнечного соляного пруда гарантирует малым потребителям, бесперебойное электроснабжение в любое время суток для холодильного оборудования, осветительных приборов, водоснабжения, медицинского оборудования, радиоаппаратуры и электробытовых приборов.

Развитие рыночных отношений в России приведших к тому, что скоропортящиеся продукты питания и технологическое сырье уже не раскупают с «колес» резко увеличивает потребность производителей и переработчиков, в теплый период времени, в холоде. Огромные просторы России с неразвитой сетью транспортных коммуникаций предопределяют необходимость иметь значительные страховые запасы продуктов питания и технологического сырья, хранение и реализация которых также связаны со значительным потреблением холода. Главное преимущество использования солнечной энергии летом для замораживания и охлаждения состоит в совпадении максимумов ее поступления и потребления искусственного холода. При этом применение солнечной энергии для выработки холода эффективно вдвойне, так как разумно размещенная приемная часть солнечной установки, затеняя охлаждаемые объекты, уменьшает поступление в них солнечного тепла, и, следовательно, потребность в холоде.

Варианты комплексного использования солнечной энергии представлены ниже.

На рисунке 5 приведены виды энергии, которые можно получать напрямую из солнечного соляного пруда и котлована со льдом комплекса по производству среднетемпературного холода и электроэнергии.

Рисунок 5 - Схема интегрированного комплекса холодо, тепло и электроснабжения на базе солнечного соляного пруда и котлована со льдом

Потребление электроэнергии неразрывно во времени с его производством. Поэтому, малые локальные электростанции на базе солнечного соляного пруда, в которых прудом осуществляется аккумулирование тепловой энергии, и которая в любое нужное время может быть преобразована в электрическую энергию, можно по экономическим показателям сравнивать с аккумуляторами электрической энергии.

На рисунке 6 приведены установки, сооружения и системы проекта «АЭ», которые объединены в интегрированный комплекс для проживания и отдыха на базе солнечного соляного пруда и котлована со льдом/талой водой.

Рисунок 6 - Схема интегрированного комплекса для проживания и отдыха на базе солнечного соляного пруда и котлована со льдом/талой водой

Комплекс по рисунку 6 может использоваться как для многочисленных видов деятельности и досуга местных жителей, так и для обслуживания большого потока прибывающих на лечение, отдых, совершающих путешествия, как правило, летом.

К рациональному комплексному использованию потенциала Природы средней полосы России, самого широкого применения, может быть отнесен и интегрированный комплекс по сушке и производству сельскохозяйственной продукции на базе солнечного соляного пруда (рисунок 7). Этот комплекс состоит из отдельных на первый взгляд разноплановых производств (технологических переделов), связанных между собой при этом таким образом, что аккумулированная прудом солнечная энергия используется, по мере её деградации, с максимальной эффективностью.

Рисунок 7 - Схема интегрированного комплекса по сушке и производству сельскохозяйственной продукции на базе солнечного соляного пруда

Комплекс, изображенный на рисунке 7 включает в себя:

* гелиосушилку (солнечный соляной пруд и тепловой коллектор);

* теплицу;

* солнечную биогазовую установку.

В предлагаемом комплексе первоначально, аккумулированная солнечным соляным прудом солнечная энергия, обладающая наибольшим потенциалом (температурой), используется для сушки растительного сырья. В сушилке сушку и охлаждение можно объединить за счет охлаждения зерна воздухом, поступающим в тепловой коллектор из зоны выгрузки.

К рациональному комплексному использованию потенциала Природы самого широкого применения, не выходящему за пределы самовосстановительного потенциала природных систем, может быть отнесен и интегрированный комплекс по производству сельскохозяйственной продукции с солнечным соляным прудом (рисунок 8).

Рисунок 8 - Схема интегрированного комплекса по производству сельскохозяйственной продукции с солнечным соляным прудом

В предлагаемом комплексе первоначально аккумулированная прудом солнечная энергия, обладающая наибольшим потенциалом (температурой), используется для поддержания температуры в биореакторе биогазовой установки, что очень актуально для снижения расхода газа на собственные нужды.

Теоретические и практические исследования в области биологической переработки растительной биомассы, отходов животноводства и т.д. в биогаз показали, что активность бактерий и соответственно объем биогаза, получаемого в результате переработки, при прочих равных условиях напрямую зависит от температуры. Чем выше температура, тем быстрее идет процесс переработки, больше вырабатывается биогаза, меньше остается бактериальных и вирусных болезнетворных организмов. Так, при температуре от 52 до 56 ?С выработка биогаза идет в 1,5 - 3 раза быстрее, чем при 30 - 40 ?С, и достигается эффективное обеззараживание получаемых удобрений (активность бактерий и, следовательно, выработка биогаза существенно падает в интервале температур 51,7 и 39,4 ?С, и в меньшей степени от 35 до 0 ?С).

Кроме того тепловые потери из солнечного соляного пруда поступают в траншеи где выращиваются грибы, что обеспечивает «сбор» тепловой энергии, теряемой через боковые стенки пруда и дно.

В предложенном комплексе для выработки биогаза и удобрений могут использоваться отходы полеводства, животноводства, птицеводства, грибов и т.д.

Ни для кого не секрет, что проблема размещения отходов уже сейчас вышла на первое место по своей значимости среди экологических проблем и встает в один ряд с опасностью радиоактивного заражения. По образному выражению некоторых политиков, отходы -- это чума современной цивилизации. Такая же острейшая проблема -- переработка жидкого навоза, на животноводческих комплексах и жидкого помета на птицефабриках, которые располагают ограниченными площадями. Навоз в этих хозяйствах обычно хранится в переполненных навозохранилищах, что создает угрозу нарушения экологии и фактически исключает из оборота ценные органические удобрения. Для предохранения животных от болезней применяют химические препараты. Однако существующие химические средства защиты животных от вредителей и болезней наносят вред экологии, загрязняют продукцию животноводства, оказывают негативное воздействие на человека и воспроизводительные качества животных и птицы. Применение различных систем вентиляции для обработки воздушной среды в животноводческих помещениях не обеспечивают требуемого качества по газовому и бактериальному составу и дают лишь небольшой выигрыш. Хранение же навоза на полевых площадках приводит к большим потерям в нем азота и способствует распространению семян сорняков и болезнетворных бактерий.

Из всех известных видов переработки органических отходов антропогенного происхождения единственным, полностью возвращающим переработанный материал в виде пригонных к применению веществ, признается биологический способ утилизации (метаногенез). Главное преимущество использование растительной биомассы как сырья -- возможность применения биотехнологий для получения энергии, то есть технологий, которые не нарушают экологического состояния окружающей среды. Отходы и побочные продукты такой технологии, являясь компонентами биосферных циклов, тоже могут служить сырьем, что ведет к полностью безотходным технологиям будущего.

Это актуально также и потому, что, как правило, природные геобиоценозы имеют ограниченную продуктивность, и их производительность часто не может обеспечить необходимые потребности человека (особенно это наглядно видно в сфере производства продовольствия). Искусственные геобиоценозы (биогазовые установки) призваны обеспечивать требуемую производительность и устойчивость к вредным воздействиям, за счет повышения скорости обмена веществом и энергией, вовлекая в биотический круговорот весь объем продуцируемой биомассы.

Ещё большей эффективности использования солнечной энергии можно добиться при объединении приведенных выше комплексов, а также за счет использования энергии ветра и водных потоков.

При низкой стоимости оборудования производства энергии (при энергоснабжении традиционными методами), если отсутствует её постоянство, то для сельскохозяйственного производителя это оборудование может оказаться не всегда, приемлемым, т.к., например, при пропуске доек, увеличения интервала между ними, переходе на ручное доение снижаются удои молока, его жирность. Причем удой в, полном объеме, восстанавливается, только через 7 - 8 дней. При продолжительных перерывах возможна выбраковка коров. К снижению удоев приводят также стрессы животных, возникающие в результате отключения электроэнергии в процессе дойки. Задержка в кормлении телят свыше 12 часов приводит к потерям живой массы на 3 - 5 %, суточное прекращение кормления -- на 10 %, а с прекращением поения на 12 - 13 %. У кур прекращение кормления приводит к снижению способности откладывать яйца. Сокращение количества воды на 40 % от потребного, снижает удой на 16 %. На приготовление корма для одной головы КРС в сутки требуется 20 литров воды. Автопоение коров (при равных условиях их кормления) повышает их удойность до 10 %.

К рациональному комплексному использованию потенциала Природы крайне ограниченного применения, к показателю внимания к защите окружающей среды, может быть отнесен производственный интегрированный участок по сушке изделий после покраски (рисунок 9).

Рисунок 9 - Схема интегрированного участка по сушке изделий после покраски на базе солнечного соляного пруда

Суть предлагаемой интеграции состоит в том, что образующаяся в процессе сушки деталей, изделий, машин горючая газо-воздушная смесь направляется в топку котла, где сгорает, обеспечивая выработку дополнительного тепла высокого потенциала, многократно превышающего температуру в придонном слое солнечного соляного пруда.

В отличие от обычной сушки, которая сопровождается выбросом в атмосферу горючих растворителей, здесь они утилизируются, вернее, используются в соответствии с тем потенциалом, которым они обладают.

Представленные технологии призваны:

* способствовать в любое время года, в любую погоду, для города, села, предприятия: сохранности зданий и сооружений, технологического оборудования, животных и птицы, выращенного урожая, сырья и готовых изделий (продуктов), а также проведение посевной и уборочной;

* удовлетворять физиологические потребности человека в микроклимате жилища и в санитарно-медицинском минимуме;

* способствовать поддержанию транспортного сообщения на удаленных территориях за счет выработки для транспортных средств топлива (биометана).

Конечно, использование в качестве приемника и аккумулятора энергии Солнца солнечного соляного пруда требует отводов земли. Однако они не так велики, относительно, не только равнинных водохранилищ ГЭС, но даже горных. Так при площади зеркала водохранилища Новосибирской ГЭС 1072 км², годовая выработка электроэнергии составляет 1678 млн кВт•ч электроэнергии, т.е. 1,56 кВт•ч с 1 кв. м водохранилища, при среднегодовом коэффициенте использования установленной мощности около 40 % (для Саяно-Шушенской ГЭС -- 38 кВт•ч в год с 1 кв. м).

Гелиоэлектростанция на базе солнечного соляного пруда по расчетам будет вырабатывать более 60 кВт•ч электроэнергии с 1 кв. м за лето (Омск). Конечно, в горных местностях выработка электроэнергии с 1 кв. м водохранилища намного выше, чем на равнинных ГЭС, но там и стоимость земли совершенно другая, а кроме того инсоляция более высокая, что повышает выработку электроэнергии гелиоэлектростанцией. При сооружении солнечного соляного пруда чернозем (гумус) не становится дном рукотворного моря, а используется для повышения плодородия территории.

Если мы рассмотрим Кубань, как житницу России, то можно с большой долей вероятности принять, что хлебороб с 1 га (10000 кв. м) поля получает чистый доход, примерно, 10000 рублей (рисовод, заливающий обширные поля водой («солнечный пруд», но для других целей) наверное, столько же). А если теперь рассмотрим гелиоэлектростанцию, в состав которой входит пруд и котлован со льдом площадью по 100 кв. м каждый, с которых можно «собирать» за лето до 6000 кВт•ч электроэнергии. При минимальной стоимости электроэнергии по 3 рубля за 1 кВт•ч (экологически чистая электроэнергия на Кубани должна стоить дороже, а вдали от цивилизации по 10 руб. за 1 кВт•ч, и более), доход с 200 кв. м составит 18000 рублей, или если перевести на 1 га -- 900000 рублей. А если рассматривать отдельно солнечный соляной пруд, используемый для выработки теплоты (нагрев воды), то с пруда площадью 78,5 кв. м (1 «сотка» с дорожкой для концентратора) можно получить за лето (Омск) более 50 тыс. кВт•ч теплоты. При её минимальной цене 0,5 руб./кВт•ч (для децентрализованных территорий надо принимать 2,5 - 3 рубля за 1 кВт•ч теплоты) доход с 1 «сотки» составит 25000 рублей (с 1 га 2,5 млн рублей).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Изложенное показывает, что установки и системы на базе солнечных соляных прудов, являясь многофункциональными источниками энергоснабжения способны в подавляющем своем большинстве с приемлемой экономической эффектвностью решать частные задачи по энергообеспечению отдельных категорий населения и производств только в летний период.

Летом интегрированные комплексы солнечной энергетики будут способствовать эффективному энергосбережению, обеспечивая экономию органического топлива. Кроме этого с их помощью можно решать задачи по созданию запасов торфа и биометана для зимнего периода, с минимальным расходом топлива и электроэнергии на технологические нужды при добыче и производстве этих местных видов топлива.

В зимний период непосредственное участие установок и систем в обеспечении потребителей энергией может выражаться в использовании аккумулированной солнечным соляным прудом, в период «бабьего» лета, солнечной энергии, и низкопотенциального тепла воды в котловане, собранного летом.

Малая энергетика на базе солнечных соляных прудов месте с другими устройствами и системами солнечной энергетики (плоские солнечные коллектора, солнечные электрические станции, фотоэлектрические преобразователи и т.д.) и ветроустановками может и должна обеспечить энергией летнюю производственную деятельность малых поселений практически на любой территорий средней полосы России. В зимний период в удовлетворении возрастающего сезонного спроса на тепло и повышающегося требования к бесперебойному электроснабжению, конечно же, первое место из ВИЭ должно перейти к развивающейся ветроэнергетике. Размещено на Allbest.ru