Солнечная энергия – возобновляемый ресурс мирового значения

Глобализация мировой экономики неуклонно возрастает. Приоритетной становится межгосударственная торговля, а следовательно, и разделение труда и связанные с этим возрастающие расходы органического топлива на обеспечение производства в странах с более дешевой рабочей силой, продвижения товаров, услуг и рабочей силы на мировой рынок.

Сегодня ежегодно мир потребляет столько углерода (органического топлива из земли), сколько природа накапливала там 8 миллионов лет. При этом на 1 доллар США инвестиций в новое освоение углеводородного сырья приходится 2‑4 квадратных метра нарушенных земель, восстановление которых обходится в 2‑8 долларов на квадратный метр.

Это негативно сказывается на экологической ситуации в целом, особенно в густонаселенных регионах, пропорционально количеству используемого органического топлива, поскольку «ни один живой вид не может существовать в среде, состоящей из своих отбросов».

Энергетика, базирующаяся на сжигании углеводородного сырья, обеспечивая развитие цивилизации, получает многомиллиардные прибыли за счет истощения природных запасов и нарушения здоровья населения Земли.

Расширение использования топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) происходит потому, что в целом общее количество тепловой энергии высокого потенциала на нашей планете мало. Поверхности Земли и вод в большинстве своем содержат большие запасы низкопотенциальной теплоты с температурой до + 30 ºС, однако объемы использования ее человеком ограничиваются физическими законами.

Для эффективного использования энергии нужны новые технологические подходы, технические идеи и нетрадиционные решения. Необходимо изыскивать дополнительные источники энергии и технологии их преобразования. Сегодня уже очевидно, что масштабную экономию ТЭР можно обеспечить только за счет новых технологий и энергетики возобновляемых источников энергии.

В наше время обеспечение надлежащим энергоснабжением даже небольшого города входит в противоречие с жизненно важной потребностью каждого отдельного человека в здоровой (чистой) окружающей среде и в независимости от центральных источников энергии, а это – электричество, тепло и газ, которые вполне реальны, но порой слишком дороги.

Почему важна именно автономность дома, коттеджа или имения, а не поселения или поселка в целом?
Ответ один. Для поселения надо создать целый комплекс по выработке, аккумулированию и распределению различных видов энергии, как в виде гарантированного минимума, так и по потребности, если другие потребители в этот период времени не нуждаются в ней. А у населения различные доходы.

Все эти сложности относятся и к безопасности поселения в целом. Провести электричество означает вложить существенные средства в ЛЭП, которые по истечении пятнадцати-двадцати лет обветшают и не раз оборвутся во время сильного ветра и гололеда. И наконец, не всем жителям понадобится централизованная электроэнергия. Найдутся и такие поселенцы, которые захотят и найдут возможность, после двух-трех порывов, обходиться без него.

При месячном потреблении индивидуального дома 400 кВт∙ч электроэнергии установленная мощность источника должна быть всего 533 Вт. Однако если возьмем новогодние праздники, то на это время максимальная мощность источника электропитания должна быть порядка 4 кВт.

В реальной жизни потребность в таком источнике бывает пять-шесть раз в год, на праздники, в основном семейные. Однако для их удовлетворения нужен источник мощностью 1,5 кВт, поскольку, когда пришли гости, то никто не пылесосит, не гладит, а тем более не работает электроинструментом. Источники примерно такой мощности и используют владельцы частных домов. Вышеприведенные цифры позволяют говорить о том, что необходим традиционный источник энергии около 0,8 кВт и аккумулятор. Причем часто можно и дальше уменьшать мощность источника электроэнергии, но необходимо в этом случае увеличивать емкость аккумуляторов. При этом, будучи «индивидуальным», этот несложный комплекс может оказаться более безопасным и безотказнее, чем накопитель энергии в масштабе поселка.

Такое компоновочное решение уже применяют многие владельцы домов, где не подведено электричество, – относительно популярное и недорогое для автономного электроснабжения. В качестве источника электроэнергии используется ДВС с электрогенератором. Он работает три-четыре часа в сутки, обеспечивая электроэнергией жилой дом в период наибольшего ее потребления и заряжает аккумуляторы. Остальное время домашние электроприборы питаются от аккумуляторов. К этой системе можно подключить и ФЭС, и ВЭС, которые будут заряжать аккумуляторы. Летом солнечные водонагреватели позволят уменьшить потребности в обычном нагревании воды до 70 процентов и снизить потребление топлива до 30 процентов.

Производство электроэнергии от ВИЭ с использованием свинцово-кислотных батарей как аккумуляторов имеет свои «особенности». Батареи хотя и тяжелы, но, как считается некоторыми, недороги – 50 долларов на кВт-ч запасенной электроэнергии. Однако такое мнение является спорным.

У каждого из перечисленных выше устройств, конечно, есть свои недостатки. Но вместе они могут удачно дополнить и компенсировать «слабые места» друг друга. Например, в безоблачную погоду скорость ветра невелика. А в пасмурные дни ветер сильный, порывистый, со скоростью не менее 7‑8 м/с. Поэтому необходимо все эти источники электроэнергии использовать вместе, тогда повышается надежность электропитания.

Исходя из этого давно назрела необходимость заняться универсальными технологиями бесперебойного энерго­снабжения наиболее мелких и незащищенных в этом вопросе слоев населения. Тем более что в мире промышленностью используется только около 5 процентов тепла и до 20 процентов электроэнергии, и поэтому часто концентрация мощных станций на ограниченных территориях не всегда оправдывает себя.

Человечество вышло на очень ответственный рубеж в своей истории, требующей наряду с изменением демографической ситуации и смены парадигмы экономики – образа ее структуры и функционирования. Необходим переход на новую ступень материальной культуры, совместимой с уже оскудевшим природным потенциалом планеты.
Если мировым сообществом принято, что нефть – это энергоноситель мирового масштаба (из‑за универсальности), газ – регионального, а уголь – местного, то так же необходимо подойти к классификации ВИЭ.

К ВИЭ мирового значения следует отнести солнечную энергию, к регионального значения – ветровую энергию, а геотермальное тепло, энергии морей и океанов – к возобновляемым ТЭР местного значения. И не так уж важно, что технологии преобразования энергии Солнца сегодня находятся в начальной стадии коммерческого использования.

В связи с этим на сегодняшнем этапе из возобновляемых и вторичных ТЭР автором предлагается использовать солнечную энергию и теплоту, не использованную в термодинамических циклах, для разнообразного бесперебойного энергообеспечения.

Эти технические решения (технологии) призваны стать гарантом экологической и энергетической безопасности и призваны обеспечить выработку энергии пяти видов: теплоты, потока жидкости, механической и электрической энергии и холода.

Технологии использования возобновляемых (солнечной энергии) и вторичных ТЭР для малых конечных потребителей энергии, разработанные в КБАЭ «ВоДОмет» (Омск), призваны:

• обеспечить в любое время года, в любую погоду для города, села, предприятия: сохранность зданий и сооружений, технологического оборудования, животных и птицы, выращенного урожая, сырья и готовых изделий (продуктов), а также проведение посевной и уборочной;
• обеспечивать удовлетворение физиологических потребностей человека в микроклимате жилища и в санитарно-медицинском минимуме;
• поддерживать транспортное сообщение в минимально допустимом объеме за счет выработки для транспортных средств топлива (биометана).

Геннадий ОСАДЧИЙ, директор и главный конструктор КБ альтернативной энергетики «ВоДОмет»

www