CC BY
38
Беспалов В.И1, Парамонова О.Н.2
'Доктор технических наук, профессор; 2кандидат технических наук, Ростовский государственный строительный университет РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ОЦЕНКИ И ВЫБОРА ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЭФФЕКТИВНОЙ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИ ЭКОНОМИЧНОЙ СИСТЕМЫ ОБРАЩЕНИЯ С ТВЕРДЫМИ ОТХОДАМИ ПОТРЕБЛЕНИЯ НА ГОРОДСКИХ
ТЕРРИТОРИЯХ
Аннотация
В статье рассмотрено - проблема оценки и выбора системы обращения с твердыми отходами потребления на городских территориях, оптимизация критериев выбора системы обращения с твердыми отходами потребления, разработка параметрических зависимостей для определения критериев экологической эффективности и энергоемкостного показателя, разработка методики оценки и выбора системы обращения с твердыми отходами потребления на основе использования вышеназванных критериев.
Ключевые слова: твердые отходы потребления, критерии выбора системы обращения с твердыми отходами потребления, экологическая эффективность, энергоемкостный показатель, методика оценки и выбора экологически эффективной и энергетически экономичной системы обращения с твердыми отходами потребления.
Bespalov V.I.1, Paramonova O.N.2
1 PhD in Engineering, Рrofessor; 2 PhD in Engineering,
Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Professional Education "Rostov State University of Civil Engineering"
DEVELOPMENT AND CHOICE OF AN EVIDENCE-BASED TECHNIQUE OF THE MOST ECOLOGICALLY EFFECTIVE AND ENERGETICALLY ECONOMIC SYSTEM OF REVERSION WITH THE FIRM WASTE OF
CONSUMPTION IN URBAN AREAS
Abstract
А problem of an assessment and a choice of system of reversion with a firm waste of consumption in urban areas, optimization criteria for choosing the system of reversion with a firm waste of consumption; working out of parametrical dependences for definition of criteria of ecological efficacy and a power capacitor index, working out of a procedure of an assessment and a choice of system of reversion with a firm waste of consumption on the basis of use of the above-named criteria are considered in the article.
Keywords: a firm waste of consumption, criteria of a choice of system of reversion with a firm waste of consumption, ecological efficacy, a power capacitor index, a procedure of an assessment and a choice of ecologically effective and energetically economic system of reversion with a firm waste of consumption.
В крупных городах наблюдается наиболее интенсивное образование и накопление твердых отходов потребления (ТОП) в источниках их образования (жилых и общественных зданиях различного благоустройства, торговых, зрелищных, спортивных и других предприятиях, улиц, дворовых территорий), которые при несвоевременном удалении и обезвреживании значительно загрязняют окружающую среду (ОС).
В настоящее время средний объем ТОП на душу населения в странах Европы составляет в среднем 200-700 кг/год, в США -665 кг/год, в России - 250 кг/год. Таким образом, проблема ТОП становится все более актуальной и затрагивает все стадии обращения с ТОП, начиная с их сбора и транспортирования, и заканчивая подготовкой к использованию утильных компонентов и уничтожением или захоронением неиспользуемых фракций [1].
По данным Росприроднадзора, ежегодно в России образуется порядка 35-40 млн. тонн ТОП, и практически весь этот объем размещается на полигонах ТОП, санкционированных и несанкционированных свалках, и только 4-5% утилизируется иными способами. Это связано, прежде всего, с крайним дефицитом необходимой инфраструктуры и предприятий-переработчиков, которых на всю страну 389, из них: комплексов по переработке ТОП - 243, комплексов по сортировке - 53, мусоросжигающих заводов - около 10 [2].
Существующая система обращения с отходами в России, ориентированная преимущественно на их захоронение, является несовершенной, ведет к загрязнению атмосферного воздуха, грунтовых вод, почвы, и, как следствие, - снижению качества жизни, не согласуется с принципами устойчивого развития экономики и требует коренной модернизации [3].
В целях совершенствования системы обращения с ТОП и обеспечения экологической безопасности городских территорий функционируют предприятия жилищно-коммунального хозяйства (ЖКХ), деятельность которых сводится к организации сбора, транспортирования и утилизации всех образующихся ТОП и благоустройству городских территорий. Однако организация данных этапов обращения с ТОП также сопровождается загрязнением ОС (например, потери ТОП в местах их сбора, при транспортировании; выделение продуктов сгорания топлива при транспортировании; выделение загрязняющих веществ при сжигании ТОП и пр.). Таким образом, сами предприятия (а точнее, используемые ими оборудование и транспорт), функционирующие с целью обеспечения экологической безопасности городских территорий, являются источниками «вторичного» загрязнения ОС.
Именно поэтому в комплексе экологических проблем особое место занимает необходимость формирования системы снижения негативного воздействия ТОП на состояние ОС на основе оценки, выбора и разработки экологически эффективного и энергетического экономичного обращения с ТОП на этапах сбора, транспортирования и их утилизации, обеспечивающих экологическую безопасность городских территорий.
При этом под системой обращения с ТОП, на наш взгляд, следует понимать в широком смысле комплекс организационных и технологических мероприятий по сбору, транспортированию, утилизации ТОП и контролю всего процесса, включающий не только применение технических средств реализации перечисленных этапов, но и организацию данных этапов на городской территории. А под системой снижения негативного воздействия ТОП на состояние ОС следует понимать комплекс инженерно-экологических мероприятий, включающий предупреждение, минимизацию образования ТОП, их сбор, транспортирование и утилизацию, и направленный на снижение образования всевозможных загрязнений при реализации этапов обращения с ТОП и минимизацию количества ТОП, направляемых на захоронение.
Как правило, разработки по выбору и оптимизации системы обращения с ТОП на территории города сводятся к решению задач с учетом использования следующих групп критериев:
- экономические: минимизация приведенных затрат (капитальных и эксплуатационных) на всех объектах инфраструктуры системы обращения с ТОП путем улучшения характеристики их производственных функций; снижение потребления и одалживания природных ресурсов, энергопотребления и трудовых затрат и др.;
- экологические - показатели, обеспечивающие заданный уровень экологической безопасности системы обращения с ТОП за счет снижения до приемлемого уровня эмиссии загрязняющих веществ и шумового воздействия; уменьшения транспортных нагрузок на улично-дорожной сети внутри населенных мест и магистралях за их пределами; сокращения задолженности земельных территорий под объекты инфраструктуры системы, включая места окончательного размещения непереработанных отходов путем их захоронения;
- социальные: учет отношения населения (общественности) к разработке (модернизации) системы обращения с ТОП; участие
27
населения в реализации этих систем на этапах выбора участков для размещения объектов инфраструктуры системы; участия в раздельном сборе отходов; реализации программ по минимизации образования и управления качеством образующихся ТОП; предотвращения возникновения социальной напряженности [4].
В связи с тем, что система обращения с ТОП может быть реализована для городских территорий, отличающихся местными условиями (плотность и характер застройки, количество населения, наличие и характер мест компактного образования отходов и иных), а также наличием прямого, двухэтапного или смешанного удаления отходов, с учетом того, что сама система может изменяться во времени в зависимости от изменения местных условий, то при разработке системы обращения с ТОП, как правило, решаются следующие задачи:
1. Определение границ и площадей территорий сбора ТОП с характеристиками объема и количества образующихся отходов, характера и степени контейнеризации. В случае прямого удаления ТОП определяются границы и площади территорий сбора ТОП по населенному пункту в целом, а при двухэтапном или смешанном типе транспортирования ТОП вычленяются участки прямого удаления и для каждой мусороперегрузочной станции (МПС);
2. Определение необходимого парка мусоровозной техники;
3. Определение производительности каждой МПС;
4. Расчет экономической эффективности различных технологий при обращении с ТОП на МПС;
5. Расчет общего количества эмиссии загрязняющих веществ в атмосферу от мусоровозного транспорта, погрузочных и перегрузочных машин и механизмов, прессового оборудования, технологических процессов обращения с ТОП на МПС;
6. Расчет увеличения срока эксплуатации полигонов захоронения ТОП;
7. Расчет величины предотвращенного экологического ущерба от загрязнения объектов ОС при оптимизации системы обращения с ТОП [4].
Однако решение перечисленных задач не предполагает определение критериев экологической эффективности и энергетической экономичности, что, на наш взгляд, необходимо для обоснованного выбора определенного конструктивного решения при осуществлении этапов обращения с ТОП, поскольку в условиях экономного использования природных и энергетических ресурсов, а также достаточно высокой их стоимости особое значение приобретает сопряженное решение проблем обеспечения экологической безопасности, энергоэффективности и энергосбережения.
Обеспечение экологической безопасности городских территорий неразрывно связано с разработкой системы снижения негативного воздействия ТОП на ОС с помощью различных способов реализации сбора, транспортирования и утилизации отходов [5-9], выбор которых в настоящее время осуществляется на основе, как правило, экономического сравнения альтернативных вариантов и простотой технической реализации. При этом в качестве критериев выбора таких способов в основном используют лишь приведенные экономические затраты на их реализацию.
Разработанные нами модели [10,11,12] физических процессов сбора, транспортирования и утилизации ТОП позволяют оценить, прогнозировать работу и рассчитать оптимальные рабочие параметры системы снижения негативного воздействия твердых отходов потребления (СНВТОП) [13] на ОС на основе расчета критериев экологической эффективности и энергетической экономичности.
С целью использования комплекса моделей для выбора способов и расчета функциональных элементов системы СНВТОП, а, в конечном счете - формирования системы СНВТОП, нами разработана методика оценки и выбора экологически эффективной и энергетически экономичной системы обращения с ТОП, позволяющая учитывать условия обеспечения экологической безопасности городской территории [14].
Проведенные нами исследования позволили предложить методику выбора инженерно-экологических мероприятий, основные этапы которой заключаются в следующем.
1. Формирование информационного блока исходных данных для объектов, участвующих в процессе снижения загрязнения ОС (для тех характеристик, у которых рабочие параметры могут изменяться, в информационный блок необходимо вводить значения диапазоном изменения этих параметров).
2. Формирование набора технологических комбинаций «метод-способ-вид» реализации процесса снижения загрязнения ОС ТОП на этапах обращения с ТОП в условиях рассматриваемого участка городской территории [13].
3. Сопоставление технологических свойств подобранных групп «метод-способ-вид» с реальными технологическими характеристиками и особенностями местности (вид благоустройства, расстояние от мест образования ТОП до мест их дальнейшей утилизации, степени контейнеризации и т.д.) и отбор наиболее приемлемых по требуемому соответствию параметров.
4. В рамках каждого функционального элемента по каждой группе «метод-способ-вид» расчет критерия эффективности снижения загрязнения (Еэф) и выбор только тех групп, которые обеспечивают максимальные значения.
5. Путем расчета для каждой выбранной комбинации «метод-способ-вид» фактической, максимально возможной эффективности (Еэф.МАХ) уточнение набора вариантов для дальнейшего рассмотрения:
- если такой вариант единственный по каждому функциональному элементу, то его целесообразно принять к реализации;
- если таких вариантов нет, то к дальнейшему рассмотрению необходимо принять вариант, для которого значение расчетной эффективности максимально, с последующей попыткой увеличить его эффективность различными техническими средствами;
- если таких вариантов несколько, то дальнейший выбор оптимального из них заключается в расчете критерия энергетической экономичности.
6. Для каждой группы «метод-способ-вид», выбранной в п.5, расчет критерия энергетической экономичности.
7. В рамках каждого функционального элемента системы СНВТОП на ОС выбор только той группы «метод-способ-вид», для которой показатель энергетической экономичности максимален. Если для нескольких групп значения показателя окажутся равными, выбор нужно осуществлять по минимальному из соответствующих значений затраченной энергии.
8. По значениям экологической эффективности и энергоемкостного показателя для оптимального варианта ведется расчет рабочих параметров процесса (обратная задача) и подбор для этих параметров технического решения (либо из числа известных, либо конструирование нового).
9. Формирование системы СНВТОП (по основным рассматриваемым функциональным элементам) с оптимальными рабочими параметрами, соответствующими максимальному значению экономичности для заданных условий и подбор соответствующих технических средств реализации каждого элемента системы.
Данная методика основана на двух основных результирующих характеристиках процесса системы СНВТОП [15]: экологическая эффективность (Еэф) и энергоемкостный показатель (ЕЭ).
Как показывает практика, степень снижения загрязнения ОС тем выше, чем эффективнее реализация первых двух этапов системы обращения с ТОП: сбора в местах образования ТОП и транспортирования до мест утилизации ТОП.
Следовательно, математическое описание результирующих критериев нами разработано применительно к этим двум этапам.
Параметрическая зависимость экологической эффективности сбора ТОП для условий городской территории получена нами в следующем виде:
28
Есборэф — £
j=1
1 -
'l - 2'
3
v
32B • М„
9е • V v
V ‘в емк. тех.ср
■ртп• l • D
/ЮН тех.ср. эквч
•(l - 0,055 л • Ев • D3m;2 )
(1)
1,5
где В -10'26 - константа межмолекулярного взаимодействия, Дж м2; - динамическая вязкость воздуха, Па с; МТОН -
удельная масса ТОП исходя из значений нормы накопления на 1 расчетную единицу, кг; Уемк - объем емкости для сбора ТОП, м3; Бэкв ч - эквивалентный диаметр частиц ТОП, м; утех р - скорость движения технического средства, м/с; рТОН - плотность ТОП, кг/м3; lmex р - линейный размер технического средства, м.
Учитывая, что помимо эффективности сбора ТОП весьма важным результирующим параметром можно также считать энергоемкостный показатель, для условий конкретного населенного пункта также необходимо получить его параметрическую зависимость на основе рассмотрения и анализа энергетических особенностей реализации физических механизмов, участвующих в процессе.
Параметрическая зависимость энергоемкостного показателя сбора ТОН, может быть представлена в следующем виде:
n n jp
0,033 • 10-25 • £Мтон Vm • ni • S + £-^-
ЕЭ =_______________j—_____________________J=1 Л • Т (2)
n
£ N + N +... + Nn
j =1
где S - площадь поверхности уборки территории, м2; щ - число собранных в 1 м3 емкости частиц ТОП в единицу времени, 1/(м3 с); Уемк - рабочий объем емкости, м3; F„ - площадь адгезионного взаимодействия частиц, направляемых в единицу объема (м3) для сбора, м2/м3; Т адг - время адгезионного взаимодействия, с; ZN; - энергия, затраченная на реализацию процесса в целом.
Определив физический смысл и функциональные зависимости для полезной и затраченной энергии в процессе транспортирования, нами получены соответствующие параметрические зависимости эффективности (формула 5) и энергоемкостного показателя (формула 6).
Параметрическая зависимость экологической эффективности транспортирования ТОН для условий городской территории получена нами в следующем виде:
Т7 тр а нсп ___
Е эф —
n
£
j—1
( г ( и гг Л 1,5
1 - 1 - 2,4 • B • V'тон Е • V • D 2 •( 1 - 0,055л • Ев • Dm2 ) •K-K,)
V V
(3)
где УТОП - удельный объем образующихся ТОП, м3/год; Бэкв - эквивалентный размер частиц ТОП, м; Утехср. - вместимость технического средства, м3; Ку - коэффициент уплотнения; Кр - коэффициент расширения.
Параметрическая зависимость энергоемкостного показателя транспортирования ТОН для условий городской территории:
ЕЭ
0,033 -10-25 •£
j—1
m • V • n
тех.ср. тех.ср
• S+£
F • S M,
- + -
j—1
ЛТ
Рн<
n
ТОН
n
£ N1 + N2 +... + Nn
j—1
укко
ja(p)d'v
V-нна
(4)
где МТОП - удельная масса ТОП, кг/т; рТОП - начальная плотность ТОП, кг/м3; Унач, Укон - пределы интегрирования, равные объему ТОП в начальный и конечный моменты уплотнения, м3; а(р) - символ взаимосвязи напряжений и плотности ТОП.
Основным преимуществом разработанной нами методики (рис. 1) является то, что она базируется на элементарных последовательностях выбора функциональных элементов (сбора, транспортирования и утилизации ТОП), технических способов и средств их реализации (способов и устройств), построена на аналитико-логических схемах, включающих большой объем оперативной и нормативно-справочной информации, параметрические зависимости эффективности и энергоемкостного показателя процесса снижения загрязнения ОС.
29
Рис. 1 - Блок-схема методики оценки и выбора высокоэффективной и энергетически экономичной системы
Таким образом, разработанная методика формирования систем СНВТОП предполагает помимо разработки новых последовательностей выбора отдельных функциональных элементов системы СНВТОП в полной мере использовать накопленный опыт совершенствовать способы и средства на основе анализа величин, входящих в расчетные параметрические зависимости результирующих параметров: эффективности и энергоемкостного показателя.
Литература
1. Справочник вторсырья [Электронный ресурс]. - URL: http://sanbi.ru/tbo/
2. Есо chemistry [Электронный ресурс]: Экспертный доклад. Ч. 2. - URL: http://eco-chemistry.livejournal.com/3777.html
3. Росприроднадзор: в России мусор лучше сжигать, нежели сортировать и перерабатывать [Электронный ресурс]. - URL: http://www.forbes.ru/news/84388-rosprirodnadzor-v-rossii-musor-luchshe-szhigat-chem-sortirovat-ipererabatyvat%26post~31641633_53
4. Bendere, Ruta Waste management [Электронный ресурс] / Ruta Bendere. - Riga, Latvia, 2003. - URL: www.waste.ru
5. Боровский, Е. Э. Промышленные и бытовые отходы [Текст]: Проблемы экологии / Е. Э. Боровский. - М.: Чистые пруды, 2007. - 32 с.
6. Сметанин, В. И. Защита окружающей среды от отходов производства и потребления [Текст] / В. И. Сметанин. - М.: КолосС, 2003. - 230 с.
7. Управление отходами. Механобиологическая переработка твердых бытовых отходов. Компостирование и вермикомпостирование органических отходов [Текст]: монография / Я. И. Вайсман и др.; под ред. Я. И. Вайсмана. - Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политехи. ун-та, 2012. - 225 с.
8. Управление отходами. Сбор, транспортирование, прессование, сортировка твердых бытовых отходов [Текст]: монография / Я. И. Вайсман, В. Н. Коротаев, Н. Н. Слюсарь и др. - Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2012. - 236 с.
9. Шубов, Л. Я. Технология твердых бытовых отходов [Тескт]: учебник / Л. Я. Шубов, М. Е. Ставровский, А. В. Олейник; под ред. Проф. Л. Я. Шубова. - М.: Альфа-М: ИНФРА-М, 2013. - 400 с.
10. Беспалов, В. И. Физическая модель процесса загрязнения окружающей среды твердыми отходами потребления [Электронный ресурс] / В. И. Беспалов, О. Н. Парамонова // Инженерный вестник Дона. - 2012. - № 4 (часть 1). - URL: http://ivdon.ru/magazine/archive/n4p1y2012/11
11. Беспалов, В. И. Физические основы снижения негативного воздействия твердых отходов потребления на окружающую среду [Текст] / В. И. Беспалов, О. Н. Парамонова // Мат. Конф. «Современные проблемы и пути их решения в науке, транспорте, производстве и образовании '2012». - Одесса: Куприенко, 2012. - С. 76-80
12. Беспалов, В. И. Физическая модель процесса снижения загрязнения окружающей среды твердыми отходами потребления [Текст] / В. И. Беспалов, О. Н. Парамонова // Мат. IX межд. науч.-практ. конф. «Современные научные достижения-2013», Прага,
27.01 - 05.02 2013 г. - Прага, 2013. - С. 92-96
13. Беспалов, В. И. Классификационно-методические основы борьбы с загрязнением окружающей среды твердыми отходами потребления [Текст] / В. И. Беспалов, О. Н. Парамонова // Сб. науч. тр. SWorld. Мат. межд. науч.-практ. конф. «Научные исследования и их практическое применение. Современное состояние и пути развития 2012». - Одесса: Куприенко, 2012. - Вып.
3. - Т. 9 - 89 с.
14. Беспалов, В. И. Физико-энергетическая концепция описания процессов загрязнения и снижения загрязнения окружающей среды твердыми отходами потребления [Электронный ресурс] / В. И. Беспалов, О. Н. Парамонова // Науковедение. - 2013. - Вып. 5 (18). - URL: http://naukovedenie.ru/PDF/33trgsu513.pdf
15. Беспалов, В. И. Определение критериев выбора методов утилизации твердых бытовых отходов. Проблемы геологии, планетологии, геоэкологии и рационального природопользования [Текст] / В. И. Беспалов, О. Н. Парамонова // Сб. тез. и ст. Всерос. Конф., г. Новочеркасск, 26-28 октября 2011 г. / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ). - Новочеркасск: ЛИК, 2011. - 384 с.
References
1. Spravochnik vtorsyr'ja [Jelektronnyj resurs]. - URL: http://sanbi.ru/tbo/
2. Eco chemistry [Jelektronnyj resurs]: Jekspertnyj doklad. Ch. 2. - URL: http://eco-chemistry.livejournal.com/3777.html
3. Rosprirodnadzor: v Rossii musor luchshe szhigat', nezheli sortirovat' i pererabatyvat' [Jelektronnyj resurs]. - URL:
30
http://www.forbes.ru/news/84388-rosprirodnadzor-v-rossii-musor-luchshe-szhigat-chem-sortirovat-ipererabatyvat%26post~31641633_53
4. Bendere, Ruta Waste management [Jelektronnyj resurs] / Ruta Bendere. - Riga, Latvia, 2003. - URL: www.waste.ru
5. Borovskij, E. Je. Promyshlennye i bytovye othody [Tekst]: Problemy jekologii / E. Je. Borovskij. - M.: Chistye prudy, 2007. - 32 s.
6. Smetanin, V. I. Zashhita okruzhajushhej sredy ot othodov proizvodstva i potreblenija [Tekst] / V. I. Smetanin. - M.: KolosS, 2003. - 230 s.
7. Upravlenie othodami. Mehanobiologicheskaja pererabotka tverdyh bytovyh othodov. Kompostirovanie i vermikompostirovanie organicheskih othodov [Tekst]: monografija / Ja. I. Vajsman i dr.; pod red. Ja. I. Vajsmana. - Perm': Izd-vo Perm. nac. issled. politehn. un-ta, 2012. - 225 s.
8. Upravlenie othodami. Sbor, transportirovanie, pressovanie, sortirovka tverdyh bytovyh othodov [Tekst]: monografija / Ja. I. Vajsman, V. N. Korotaev, N. N. Sljusar' i dr. - Perm': Izd-vo Perm. nac. issled. politehn. un-ta, 2012. - 236 s.
9. Shubov, L. Ja. Tehnologija tverdyh bytovyh othodov [Teskt]: uchebnik / L. Ja. Shubov, M. E. Stavrovskij, A. V. Olejnik; pod red. Prof. L. Ja. Shubova. - M.: Al'fa-M: INFRA-M, 2013. - 400 s.
10. Bespalov, V. I. Fizicheskaja model' processa zagrjaznenija okruzhajushhej sredy tverdymi othodami potreblenija [Jelektronnyj
resurs] / V. I. Bespalov, O. N. Paramonova // Inzhenernyj vestnik Dona. - 2012. - № 4 (chast' 1). - URL:
http://ivdon.ru/magazine/archive/n4p1y2012/11
11. Bespalov, V. I. Fizicheskie osnovy snizhenija negativnogo vozdejstvija tverdyh othodov potreblenija na okruzhajushhuju sredu [Tekst] / V.
I. Bespalov, O. N. Paramonova // Mat. Konf. «Sovremennye problemy i puti ih reshenija v nauke, transporte, proizvodstve i obrazovanii '2012». -Odessa: Kuprienko, 2012. - S. 76-80
12. Bespalov, V. I. Fizicheskaja model' processa snizhenija zagrjaznenija okruzhajushhej sredy tverdymi othodami potreblenija [Tekst] / V. I. Bespalov, O. N. Paramonova // Mat. IX mezhd. nauch.-prakt. konf. «Sovremennye nauchnye dostizhenija-2013», Praga,
27.01 - 05.02 2013 g. - Praga, 2013. - S. 92-96
13. Bespalov, V. I. Klassifikacionno-metodicheskie osnovy borby s zagrjazneniem okruzhajushhej sredy tverdymi othodami potreblenija [Tekst] / V. I. Bespalov, O. N. Paramonova // Sb. nauch. tr. SWorld. Mat. mezhd. nauch.-prakt. konf. «Nauchnye issledovanija i ih prakticheskoe primenenie. Sovremennoe sostojanie i puti razvitija 2012». - Odessa: Kuprienko, 2012. - Vyp. 3. - T. 9 - 89 s.
14. Bespalov, V. I. Fiziko-jenergeticheskaja koncepcija opisanija processov zagrjaznenija i snizhenija zagrjaznenija
okruzhajushhej sredy tverdymi othodami potreblenija [Jelektronnyj resurs] / V. I. Bespalov, O. N. Paramonova //
Naukovedenie. - 2013. - Vyp. 5 (18). - URL: http://naukovedenie.ru/PDF/33trgsu513.pdf
15. Bespalov, V. I. Opredelenie kriteriev vybora metodov utilizacii tverdyh bytovyh othodov. Problemy geologii, planetologii, geojekologii i racional'nogo prirodopol'zovanija [Tekst] / V. I. Bespalov, O. N. Paramonova // Sb. tez. i st. Vseros. Konf., g. Novocherkassk, 26-28 oktjabrja 2011 g. / Juzh.-Ros. gos. tehn. un-t (NPI). - Novocherkassk: LIK, 2011. - 384 s.
Бубенчиков А.А.1, Артамонова Е.Ю.2, Дайчман Р.А.2, Файфер Л.А.2, Катеров Ф.В.2, Бубенчикова А.А.2
'Кандидат технических наук, 2магистр,
Омский государственный технический университет
ПРИМЕНЕНИЕ ВЕТРОЭЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК С КОНЦЕНТРАТОРАМИ ВЕТРОВОЙ ЭНЕРГИИ В
РЕГИОНАХ С МАЛОЙ ВЕТРОВОЙ НАГРУЗКОЙ
Аннотация
В данной статье рассмотрены ветроэнергетические установки с концентраторами ветровой энергии для применения в регионах с низкой удельной плотностью воздушного потока и зависимостью от природных условий.
Ключевые слова: ветроэнергетическая установка, концентратор энергии ветра, эффект Вентури.
Bubenchikov A.A.1, Artamonova E.J.2, Dajchman R.A.2, Fajfer L.A.2, Katerov F.V.2, Bubenchikova T.V.2.
1PhD in Technical Sciences, 2master,
Omsk State Technical University
THE USE OF WIND TURBINES WITH A HUB OF WIND ENERGY IN REGIONS WITH LOW WIND LOAD
Abstract
This article describes the wind turbines with wind energy hub for use in region with low specific density of the air flow and dependence on the natural environment.
Keywords: wind turbine, a hub of wind energy, a Venturi effect.
Во многих странах мира ветровая энергетика получила столь широкое развитее что позволяет ей конкурировать с основными видами энергии. Особенно широко это проявляться в странах Европы, а так же в странах Юго-Восточной Азии в частности в Китае [1]. В частности, в Дании и Испании энергия полученная с помощью возобновляемых источников существенно больше той энергии которой получена традиционным путем.
Ветровая энергетики является наиболее привлекательным способом решения энергетических проблем развивающихся стран, в частности таких как неустойчивые цены на энергоносители, загрязнение окружающей среды. Более того ветровые ресурсы присутствуют практически во всех странах мира, является бесплатными и легко доступными что позволят в кратчайшие сроки нарастить энергетический потенциал страны.
Среди проблем государственного значения, решаемых с помощью внедрения возобновляемых источников энергии можно выделить такие как: повышение энергетической безопасности страны, независимость от изменения цен на энергоресурсы, обеспечение энергоснабжения в автономных зонах электроснабжения, уменьшение себестоимости вырабатываемой электроэнергии, развитие высоких технологий, улучшение экологической обстановки в стране.
В последнее время в России развитию данной отрасли уделяется все больше внимания, чему свидетельствуют ряд законодательных актов, в которых развитие ветроэнергетики в России выделяется как приоритетное [2-8]. По данным атласа ветров России наиболее благоприятными районами, с точки зрения развития этой отрасли, со среднегодовой скоростью больше 6 м/с являются побережья морей Омская, Новосибирская области, Алтайский, Красноярский край и ряд других областей [9-11].
К причинам препятствующим широкому использованию ветроэнергетических установок можно отнести низкую удельную плотность воздушного потока и зависимость от природных условий (ветровые затишья).
Одним из путей решения данных проблем является разработка ВЭУ с концентраторов ветровой энергии. Концентраторы потока представляют собой конфузорные или диффузорные устройства, устанавливаемые в непосредственной близости от рабочего колеса энергоустановки.
Все ныне существующие концентраторы ветровой энергии основаны на следующих принципах [12]. Эффект Вентури заключается в падении давления, когда поток газа протекает через суженную часть трубы. В соответствии с законом Бернулли, уравнение (1), сумма статического и кинетического давления или потенциальной и кинетической энергий в идеальном несжимаемом газе будет постоянной:
31
