CC BY
8В данном случае возможно замещение соответствующего объема потребления энергии, получаемой за счет добычи и переработки ископаемого топлива, т.н. «зеленой» энергией, производимой из возобновляемых источников. Такой подход представляется вполне реалистичным, что показывают оценки, произведенные для других регионов Росси и соседних стран [4]. Частичный перевод сельскохозяйственных предприятий на энергопотребление от переработки отходов приведет к снижению энергоемкости и решению экологических проблем, обусловленных
поступлением в среду отходов животноводства. Еще одним неотъемлемым преимуществом будет являться положительный социальный эффект, обусловленный появлением новых рабочих мест на комплексах по производству биотоплива.
Работа выполнена в рамках гранта РФФИ № 1702-00773 «Теоретико-методологические основы устойчивого развития регионов России (на примере Поволжья).
Библиографический список
1. Государственный доклад о состоянии окружающей среды в Республике Татарстан в 2016
году // Министерство экологии и природных ресурсов Республики Татарстан. Казань. 2017 г. 508 с.
2. Государственный доклад «Об итогах инновационной деятельности в Республике Татарстан в 2016 году» // Кабинет министров Республики Татарстан. Казань. 2017 г. 76 с.
3. Безруких П.П., Дегтярев В.В., Елистратов В.В., Панцхава Е.С., Петров Э.С., Пузаков В.Н., Сидоренко Г.И., Тарнижевский Б.В., Шпак А.А., Ямпольский А.А. // Справочник по ресурсам возобновляемых источников энергии России и местным видам топлива / показатели по территориям / - М.: «ИАЦ Энергия», 2007 - 272 с.
4. Пакина А.А., Каржауова М.К. // Развитие возобновляемой энергетики в контексте «зеленой» экономики: опыт Костанайской области (Казахстан) / Вестник Волгоградского государственного университета. Сер.3, Экон. Экол. 2016. №4 (37). С. 94-103.
5. Основные виды ветрогенераторов. URL: https://tcip.ru/blog/wind/osnovnye-vidy-vetrogeneratorov-vertikalnye-gorizontalnye.html#i-5. (дата обращения 15.04.2018).
6. Электроэнергетика республики Татарстан. URL: https://goo.gl/ALqrxt. (дата обращения 7.02.2018).
УДК
А.А. Плошенко, К.А. Цыплякова A.A. Ploshenko, K.A. Ciplyakova
Пермский государственный национальный Perm State University
исследовательский университет 15, Bukireva st., Perm, 614990
614990, Пермь, Букирева, 15
e-mail: [email protected]
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ АЛЬТЕРНАТИВНЫХ ИСТОЧНИКОВ
ЭНЕРГИИ В ПГНИУ
Рассматриваются негативные последствия использования традиционных источников энергии, дается характеристика альтернативным источникам. Автором проведено исследование действующих на территории ПГНИУ альтернативных источников энергии, оценивается их продуктивность и предлагаются пути по повышению их эффективности. Также предлагается установка микро-ГЭС на реке Сылва, приводится техническое и экономическое обоснование, указываются плюсы её установки. Ключевые слова. Пермский университет; альтернативные источники энергии.
INCREASE OF ALTERNATIVE ENERGY SOURCES IN PERM STATE UNIVERSIT
The negative consequences of the use of traditional energy sources are considered, the characteristic of alternative sources is presented. The study of alternative energy sources operating at Perm University is carried out, their productivity is evaluated and ways to improve their efficiency are proposed. It is also proposed to install micro hydroelectric power station on the river Sylva, provides technical and economic justification and indicates the advantages of its installation. Keywords. Perm University; alternative energy sources.
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
© Плошенко А.А., Цыплякова К.А., 2018
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. Это 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. Это 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 микро-ГЭС 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 микро-ГЭС 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 микро-ГЭС 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 микро-ГЭС 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. Это 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. Это 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. Это бы помогло наиболее
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.
www.energyl24.ru рэб.теп.+7(391)215-14-07 моб тел.+7(983)297-19-89
ЭЛЕКТРОАГРЕГАТ-Красноярск
гидроэлектростанции, турбины, генераторы
ПОДВОДНАЯ СТАНЦИЯ
Данная турбина ус*знавпивае--.я не дне зеки или канала, а так же для устзмово« позади традиционных гидроэлектростанций.
• комла*тный
• надежное снабжение стандартной нафуэаи
• пойти не требует доголнитег^огп отпугивания
низкие затраты пда установке, н-о требуемся дамба
нет воздействия на окружа*кцую среду
Защита от плывущего мусора
тросы из нержавеющей стал* разработаны, угтанэяле-чы тмим образом, что иусор ни »скапливается и защищает лопасти зотооа
Ротор
слегка изогнутые /опасти улучшает прок}воАнгела11<хть, так ¡не нейтрал и мелкому мусору
5 кВт подводный генератор
С ПОСТОЯННЫМИ МЭГМИТЭДАИ
оЬесгтечтзет трехфазное мдпряж«ние переменного том
г Выход напряжения 250 - 5000 Вт Дол. параметры:
Размеры Длина; 2640 мы
Ширина: 1120 мм - Постоянная выработка электроэнергии под водой
Высота 1120 мм - Генератор обеспечивает энергией переменного тока
Частота вращении 90 - 230 об.в мин. - возможна расширенная система с несколькими турбинами
- Комплект поставки и технические характеристики могут
Вес 300 кг быть адаптированы к специальным проектам
Количество лопастей 3 - Максимальная выходная мощность 3,1 м / с
- Турбина устанавливается на дне леки / канала
Диаметр ротора 1000 мм
Рис. 1 Микро-ГЭС подводного типа предлагаемая компанией «Электроагрегат-Красноярк»
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.
Библиографический список:
1. Андреев Д.Н. Вакуумная гелиоустановка горячего водоснабжения в Пермском университете / Д.Н. Андреев, В.И. Сыстерев // Пермский
Государственный Национальный Исследовательский Университет, 2015.
2. Андреев Д.Н. Опыт использования альтернативных источников энергии в Пермском университете / Д.Н. Андреев, В.И. Сыстерев // Пермский Государственный Национальный Исследовательский Университет, 2013.
3. Андреев Д.Н. Проект автономного экодома Пермского университета // Пермский Государственный Национальный Исследовательский Университет, 2016
4. Экологическая политика ПГНИУ. Режим доступа: http://www.psu.ru/files/docs/ob-universitete/ekologicheskaya_politika_pgu.pdf (дата обращения 10.09.2018)
