Повышение эффективности использования альтернативных источников энергии в ПГНИУ

На протяжении последнего столетия человечество использует традиционные источники энергии для улучшения качества жизни. Источники энергии делятся на исчерпаемые (традиционные) и неисчерпаемые. К исчерпаемым относятся нефть, газ, уголь и другие. Использования таких источников энергии приводит к их истощению, а также загрязнению окружающей среды. С каждым годом происходит все больше техногенных катастроф из-за добычи и использования традиционных источников энергии. Из-за загрязнения, вызванного антропогенным воздействием, сокращаются ареалы множества биологических видов.

Альтернативная энергетика основана на использовании возобновляемых источников энергии. К ним относится энергия солнца, ветра, морских волн, приливов и отливов, внутреннее тепло планеты. Многие развитые страны пришли к выводу, что использование традиционных источников энергии слишком сильно трансформирует окружающую природную среду, серьезно понижая уровень жизни населения, в связи с этим развитые государства все больше переходят на альтернативные источники энергии.

В России ситуация с альтернативными источниками энергии сильно отличается от европейских стран. Большое количество традиционных источников энергии, высокая стоимость оборудования, а также несовершенство законодательства в данной области часто приводит к нерентабельности использования альтернативных источников энергии. Однако порой их использование, особенно в России, очень полезно. В нашей стране большая часть территорий являются отрезанными от источников электроэнергии из-за неразвитой инфраструктуры. Людям в отдаленных частях страны приходится жить без электричества и добывать тепло своими силами. Установка альтернативных источников энергии позволила бы решить проблему с энергоснабжением отдаленных территорий России, которые могли бы получать тепло и электроэнергию без проведения линий электропередач и теплоснабжения.

Использование таких технологий в Пермском университете позволит уменьшить нагрузку на окружающую среду, усовершенствовать экологическую политику университета, а также изучить использование альтернативных источников энергии в климатических условиях Пермского края.

Внедрением альтернативных источников энергии в Пермском университете (далее - Университет) занимается кафедра биогеоценологии и охраны природы. Университет - один из первых среди ВУЗов России принял собственную экологическую политику. Согласно документу (утвержденному на заседании Ученого совета 27 апреля 2011 г.) Университет самостоятельно разрабатывает и внедряет действия по экологическому развитию, которые направляются на усовершенствование ресурсоэффективности, экологического управления и охрану природы. Экологическая политика реализуется в рамках программы развития Университета под общим направлением «Рациональное природопользование» [4].

В рамках данной экологической программы выполняются действия, которые способствуют снижению потребления различных ресурсов (от бумажных до энергетических). Одной их важных задач является использование альтернативных источников энергии для собственных нужд Университета. В рамках программы на территории Университета установлены такие альтернативные источники энергии, как гибридная ветросолнечная электростанция, вакуумная гелиоустановка, автономный экодом, который функционирует за счёт энергии полученной от фотоэлектрических модулей, ветрогенератора и геотермального теплового насоса. Также в будущем планируется установка малой гидроэлектростанции.

На крыше 8 корпуса установлена гибридная ветросолнечная электростанция. Данная установка получает энергию от ветра и солнца и расходует её на нужды уличного освещения кампуса Университета. Электростанция состоит из ортогонального ветрогенератора и фотоэлектрических модулей мощностью 2 и 1,5 кВт/час соответственно [2]. Фотоэлектрический модуль (солнечная батарея) состоит из фотоэлементов. Принцип работы фотоэлементов основан на фотогальваническом эффекте, при котором лучистая энергия солнца трансформируется в электричество с помощью специальных полупроводников. Принцип действия ветрогенератора следующий: под давлением ветра лопасти приходят в движение, вращая ротор генератора. При этом генератор вырабатывает переменный нестабильный ток, который выпрямляется в контроллере так как электростанция дает переменный нестабильный ток. Далее электроэнергия передается в аккумуляторы, где копится, а затем используется для нужд освещения кампуса Университета [2].

В данный момент электростанция не функционирует из-за износа аккумуляторов. Эго связано с тем, что основная часть энергии, получаемая от солнца, поступает в дневные часы, в то время как электричество для уличного освещения кампуса нужно в вечернее время. Перегрузка аккумуляторов электричеством, которое никуда не тратится, приводит к тому, что аккумуляторы быстро изнашиваются. Решением проблемы и повышением эффективности может являться подсоединение дополнительного источника потребления энергии на дневные часы для того, чтобы не перегружать аккумуляторы. Эго может быть лаборатория или освещение внутри корпуса. Благодаря этому аккумуляторы не будут копить в себе такое количество электричества, которые будет приводить к их износу, большая часть энергии будет тратиться в дневные часы, а запаса энергии в аккумуляторах хватит на подпитку уличного освещения вечером.

Также у 5 корпуса установлено оборудование для получения горячего водоснабжения с помощью солнечной энергии мощностью 30 кВт/час. Горячая вода используется для нужд столовой пятого корпуса [1].

Вакуумная гелиоустановка состоит из 5 солнечных трубных вакуумных коллекторов, бака накопителя, в который также входит резервный нагревательный элемент и насосной станции. Под воздействием тепла жидкость в тепловой трубе закипает и испаряется в верхнюю часть, где отдает тепло теплоносителю. Конденсат жидкости в тепловой трубе после передачи тепла опускается вниз и снова испаряется. Этот процесс носит циклический характер. Таким образом, по солнечному коллектору происходит циркуляция теплоносителя, который нагревается от солнечной энергии. После этого добытая энергия передается посредством теплообменника, вмонтированного в бак-накопитель, где происходит нагрев холодной воды, которая затем по трубам с помощью насосной станции транспортируется в столовую пятого корпуса [1].

Проблема вакуумной гелиоустановки заключается в том, что она не используется в летнее время из-за закрытия столовой, когда она может давать наибольший КПД. Решением этой проблемы может являться проведение трубопроводов с горячей водой до туалетов 5 корпуса, что позволило бы работать гелиоустановке летом. Использование туалетов в 5 корпусе актуально из-за того, что там работает приемная комиссия.

На территории учебно-научной базы заказника «Предуралье» построен дом, который функционирует благодаря альтернативным источникам энергии. Здание возведено по технологии быстровозводимого легкого каркасно-монолитного деревянного строения. Общая площадь - 120 кв. м., из них 80 кв. м. -отапливаемых [3].

Отопление обеспечивает тепловой насос системы «вода-воздух», который использует энергию грунта.

Для обеспечения электроснабжения установлен ветрогенератор мощностью 5 кВт/час и фотоэлектрические модули мощностью 1,2 кВт/час [3]. Управление ветрогенератором и фотоэлектрическими модулями выполняется с помощью контроллеров.

Основной проблемой экодома является то, что станции по добычи энергии не ведут учет своей производительности, что мешает в полной мере оценить насколько эффективны и рентабельны те или иные альтернативные источники энергии, установленные в экодоме. Решением данной проблемы может являться установка единой системы для учета производительности всех станций по добыче энергии в доме.

Для России одним из самых приоритетных видов альтернативных источников энергии является малая гидроэнергетика. Это связано с тем, что в России много малых и больших рек, ресурсы которых в полной мере не используются. Также в Пермском крае большой потенциал для развития гидроэнергетики, так как по обеспеченности водными ресурсами регион находится на первом месте на Урале. Но установка больших гидроэлектростанций может навредить природной среде и не везде продуктивна, а также строительство и установка ГЭС требует больших затрат. Есть более безопасный и экономичный вариант решения этой проблемы -Микро-ГЭС.

Малая гидроэнергетика в современном мире является одним из наиболее выгодных решением проблемы оснащения электроэнергией территорий, которые находятся вдали от сети центрального энергоснабжения. В Российской Федерации около 70% территорий децентрализованного энергоснабжения. Обеспечение энергией удаленных и энергодефицитных регионов требует значительных затрат. И здесь далеко не всегда выгодно использовать мощности существующей федеральной энергосистемы.

Уникальное расположение «Предуралье» в долине реки Сылва позволяет черпать энергию для нужд научной базы прямо из реки. Установка микроТЭС позволит снизить потребление электричества, денежные затраты, получить независимость от сети центрального энергоснабжения, а также изучить эффективность использования малой гидроэнергетики в географических условиях Пермского края.

В УНБ «Предуралье» будет установлен свободно-поточная микроТЭС подводного типа, так как при установке такой станции не требуется строительство напорных сооружений, что изменило бы ландшафт заказника. Такой вид малой гидроэлектростанции не требует строительства дорогостоящих плотин, не препятствует прохождению рыб и лодок и является экономически предпочтительным и экологически чистым способом извлечения энергии из потоков воды.

Установка может быть введена в поток и извлечена из него с помощью ручных лебёдок, будет размещена на дне реки в полностью затопленном положении и будет обеспечивать электропитанием УНБ «Предуралье». Благодаря тому, что микро-ГЭС будет установлена на дно реки электроэнергия может добываться и на протяжении зимнего сезона при замерзании реки.

Товар компании «Электроагрегат-Красноярск» (рис.1) наиболее подходит для питания электроэнергией УНБ «Предуралье». Данная компания предлагает подводный тип микроТЭС мощностью 5 кВт/час стоимостью 1 400 000 рублей.

Потребление электроэнергии УНБ «Предуралье» за 2017 г. составляет 126 209 кВт. За такое количество кВт было уплачено 631 045 рублей, следовательно, стоимость одного кВт энергии составляет 5 рублей. Установка микроТЭС мощностью 5 кВт/час позволила бы экономить 43 800 кВт в год стоимостью 219 000 рублей от общей суммы в 631 045 рублей. При стоимости микро-ГЭС в 1 400 000 рублей окупаемость бы настала через 6,5 лет.

Альтернативные источники энергии становятся всё более актуальными в наше время и получают более широкое применение с каждым годом. Эго связано с тем, что традиционные источники энергии истощаются и сильно загрязняют природную среду. В России большой потенциал для использования альтернативных источников энергии - на территории страны находится большое количество рек для использования малой гидроэнергетики; множество продуваемых территорий для использования ветровой энергетики; климатические условия юга страны прекрасно подходят для солнечной энергетики; установка геотермальных тепловых насосов для обогрева помещений подойдет для удаленных участков страны, где отсутствует теплоснабжение.

Пермский университет уже достаточно опытен в использовании таких источников энергии - с 2011 года принята программа по повышению ресурсоэффективности. Основной проблемой функционирования альтернативных источников энергии является недостаточность финансовой поддержки данных проектов. Эго мешает заняться улучшением их эффективности: для ветросолнечной установки требуется покупка новых аккумуляторов; для вакуумной гелиоустановки строительство новых трубопроводов; установка малой гидроэлектростанции требует значительных инвестиций. Также следует более детально следить насколько эффективно используются источники энергии, для этого нужно установить единую систему учета производительности. Эго бы помогло наиболее

ЭЛЕКТРОАГРЕГАТ-Красноярск гидроэлектростанции,турбины, генераторы

достоверно оценивать насколько продуктивны могут быть альтернативные источники энергии в климатических условиях Пермского края. Решение всех этих проблем помогло бы университету улучшить свою экологическую политику и внести большой вклад в развитие науки и альтернативной энергетики в России.

ООО «Электроагрегат-Красноярск» г.Красноярск, ул.Светлогорская, д.17д.

раб.телл7(391)215-14-07

моб тел.*7(983)297-18-89

ПОДВОДНАЯ СТАНЦИЯ

Данная турбина устанавливав’:» не дне реки или канала, а 1 надежное оебженив стандартной нагрузаи так же для установки позади традиционных                       • почти не требует дополнительного обслуживания гийро^леи'сюстакцми.

установка в малые реки

ИК»

нет воздействия на окружающую

минимальный уровень шума

низкие затраты при ус'ансвке, не гребуе-ся дамба

5 кВт подводный генератор с постоянными магнитами обеспечивает трехфазное напряжение переменного гика

Проблематика же альтернативных источников в России заключается в высокой стоимости оборудования. Предприятиям невыгодно оснащать себя экологичным оборудованием из-за его дороговизны. Создание рынков сбыта, создание льготных условий, усовершенствование нормативно-правовой базы в РФ - эти мероприятия могут привести к снижению стоимости оборудования, что. в свою очередь, позволит альтернативным источникам энергии конкурировать с традиционными.