Мохова А.А., Зекин В.Н.
ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ ДОМОВВ СЕЛЬСКОЙ МЕСТНОСТИ *
Аннотация:
истощение потенциала традиционных источников энергии, высокая стоимость и трудоемкость их добычи требует сегодня поиска других способов энергоснабжения жилых домов. Одним из самых эффективных решений этой проблемы на сегодняшний день являются возобновляемые источники энергии, которые не только более перспективны, но и не загрязняют окружающую среду. В данной статье рассмотрена возможность применения возобновляемых источников энергии при строительстве дома в сельской местности Пермского края
Ключевые слова:
энергоэффективность, возобновляемые источники энергии, солнечная энергия, ветровая энергия, тепловая энергия, электроэнергия, отопление, миниГЭС, тепловой насос, сельская инфраструктура
Проблема энергоэффективности жилищного строительства становится более актуальной с каждым годом. Сегодня экономия энергоресурсов напрямую связана с состоянием окружающей среды, экологией, здоровьем населения Земли. Экономя энергоресурсы, мы помогаем планете избавиться от излишнего загрязнения отходами окружающей среды, и таким образом улучшаем здоровье человечества. Поэтому, начиная сберегать энергию сегодня, мы делаем вклад в наше будущее. В загородном жилом доме достаточно много электроэнергии и углеводородного топлива расходуется на отопление жилой площади. На отопление только жилой застройки в Российской Федерации расходуется 400 млн. тонн условного топлива в год или более одной трети добываемых энергоресурсов страны [1]. Эта проблема особенно остро стоит при развитии в сельской инфроструктуры, в которой недостаточное обеспечение теплоснабжением от центральных магистральных газопроводов и теплопроводов. Кроме того, немало ресурсов отнимает освещение, работа бытовых приборов, подогрев воды для бытовых нужд, приготовление еды. Следовательно, строительство энергоэффективного комфортного сельского жилья является важной задачей для решения данной проблемы. Цель статьи заключается в возможности использования возобновляемых источников энергии при строительстве домов в сельской местности. Для достижения указанной цели необходимо изучить теоретическую основу и рассмотреть возможности применения возобновляемые источники энергии при строительстве домов сельской местности в Пермском крае. Термин возобновляемые источники энергии (далее - ВИЭ) применяется по отношению к тем источникам энергии, запасы которых восполняются естественным образом, прежде всего, за счет поступающего на поверхность земли потока энергии солнечного излучения, и в обозримой перспективе являются практически неисчерпаемыми. Это, в первую очередь, сама солнечная энергия, а также ее производные: энергия ветра, энергия растительной биомассы, энергия водных потоков и т.п. [2] По происхождению ВИЭ можно разделить на естественные и искусственные. Естественные – это энергия солнца, ветра, приливов, биомассы, геотермальная, гидроэнергия и низкопотенциальная тепловая энергия воздуха, поверхностных грунтов, водоемов. Искусственные - это образующиеся в технологических процессах, например, биоэнергетических установках, использующие возобновляемые энергетические ресурсы при утилизации отходов животноводческих комплексов. [3] Один из плюсов ВИЭ заключается в том, что при достижении срока окупаемости вырабатываемая энергия становится почти бесплатной. Из минусов является нестабильная выработка энергии отдельных видов ВИЭ, которую приходится резервировать. Возможность использования ВИЭ при строительстве домов сельской местности К настоящему времени потенциал возобновляемых источников энергии используется в небольших объёмах, в том числе и в строительной индустрии. Следует отметить, что тема использования возобновляемых источников энергии в домостроении стала рассматриваться относительно давно, так первый дом с солнечным коллектором был построен ещё в 1947 году (дом MIT-I). [3] Очевидно, что в суровом климате Российской Федерации требуется больше затрат на отопление жилых помещений, поэтому для достижения максимальной эффективности необходимо использовать новые технологии, усовершенствованные конструктивные решения, современные строительные материалы при строительстве жилья с более низким энергопотреблением. Отсюда следует, что главная цель возведения энергоэффективного дома – снизить расход энергии до минимальных значений, особенно в периоды зимних холодов. В Пермском крае достаточно хорошо развиты системы централизованного энергоснабжения. Однако в нем есть территории, которые находятся в зонах децентрализованного теплоснабжения. Как правило, на этих территориях местные резервы ископаемого органического топлива ограничены, трудно доступны или полностью отсутствуют. Строительство централизованных сетей энергопередачи экономически нецелесообразно, а зачастую технически невозможно. Выработка теплоэнергии в этих условиях приводит к неприемлемо высокой стоимости для населения. Наряду с большим количеством ископаемого топлива имеются значимые запасы ВИЭ, а также возобновляемых топливных ресурсов (Например, солнечная и ветровая энергия, энергия биомассы и др.). Одними из основных потребителей ВИЭ являются люди, имеющие загородный жилой дом в сельской местности. Для данной категории людей применение ВИЭ является вполне приемлемым и экономически выгодным. В малоэтажном жилом доме можно использовать следующие возобновляемые источники энергии: – низкопотенциальная тепловая энергия земли; – энергия биомассы: отходы (сельскохозяйственные, лесного комплекса, твердые и жидкие коммунально-бытовые и промышленные отходы); – энергия водных потоков (гидроэлектростанции, миниГЭС с мощностью менее 1 МВт); – энергия ветра; – энергия солнца. [3] Выбор вида возобновляемого источника энергии зависит от местных условий: а) для теплового насоса – наличие источника тепла (водоём, тепло от предприятий, и, конечно, всегда есть земля, на которой стоит дом); б) для производства биогаза – большое количество отходов, в первую очередь от сельскохозяйственного производства; в) для проектирования мини-ГЭС – наличие поблизости с участком реки или ручья. В зависимости от месторасположения участка и рельефа выбирается тип работы ГЭС и планировка участка; г) для проектирования ветровой установки – наличие сильных постоянных ветров. Но, в местах, где нет сильных ветров, возможно использование роторных тихоходных установок, которые можно устанавливать на конструкциях дома. [3] Однако, погода в Пермском крае трудно предсказуемая - в регионе немного солнечных ресурсов, и в год на территории края всего 145 солнечных дней (а полностью ясных всего 29), поэтому выработка солнечной энергии во многом зависит от благоприятных погодных условий, что ставит под сомнение использование только солнечных коллекторов при строительстве домов в сельской местности. В Перми, как утверждают эксперты, «солнечные» инженерные новинки постепенно падают в цене, при этом стоимость коммунальных услуг постепенно растет. Так, окупаемость энергоэффективного жилья по ценам 2013 года составляла 75-80 лет. А по прогнозным ценам на 2021 год — всего 15-20 лет. [4] В январе 2016 г. Международное агентство по возобновляемой энергии (IRENA) опубликовало объемное исследование под названием «Стоимость генерации в возобновляемой энергетике в 2016 г.». Ключевым выводом данных исследований стало, что стоимость производства электричества на основе возобновляемых источников сравнялась со стоимостью традиционной генерации с использованием ископаемого топлива или даже упала ниже [5]. Что касается ветровой энергии, то средняя скорость ветра в крае тоже невелика - всего 2,6 метра в секунду, а современные ветрогенераторы начинают работать при скорости ветра 3-4 метра в секунду. Значит, и их удастся использовать не каждый день. Начало 2021 года было с аномально холодной зимой для Российской Федерации, в т.ч. и для Пермского края, а для всего остального мира нехарактерное похолодание оказалось настоящей трагедией. Аномальные морозы в ряде стран привели к тому, что ВИЭ оказались не в состоянии нормально функционировать. Рекордное понижение температуры в Америке, сопровождающееся снегопадами и ледяными дождями на территории пяти штатов, привело не только к гибели нескольких десятков человек, но и оставило без света в одном только Техасе свыше 2,7 млн. человек. Техас — крупнейший в США производитель электроэнергии за счет ВИЭ, однако их мощности не рассчитаны на такую погоду. Пострадала и ветроэнергетика — почти половина всех ветрогенераторов вследствие холода, бури и дождей со льдом вышла из строя [6]. Одним из самых надежных источников ВИЭ являются тепловые насосы. Тепловые насосы можно смело назвать одной из наиболее удачных схем обеспечения тепловой энергией жилого загородного дома. Данное устройство забирает тепло из разных источников (Например, воды, грунта, воздуха), а также может поставлять на 60% больше тепловой энергии, чем потребляет. Для получения тепла с температурой потока не менее 70оС необходимо на глубину ниже уровня промерзания грунта, укладывать трубы, объединенные в один контур-теплообменник. С помощью прокачиваемого теплоносителя отбирается внутреннее тепло грунтовых пластов и используется в тепловом насосе для дальнейшего обогрева помещения.
Номер журнала Вестник науки №3 (36) том 3
Ссылка для цитирования:
Мохова А.А., Зекин В.Н. ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ ДОМОВВ СЕЛЬСКОЙ МЕСТНОСТИ // Вестник науки №3 (36) том 3. С. 113 - 121. 2021 г. ISSN 2712-8849 // Электронный ресурс: https://www.вестник-науки.рф/article/4286 (дата обращения: 24.04.2024 г.)
Вестник науки СМИ ЭЛ № ФС 77 - 84401 © 2021. 16+