CC BY
281Мирошниченко Алексей Александрович Miroshnichenko Alexey Alexandrovich
Аспирант Graduate student Кулганатов Аскар Зайдакбаевич Kulganatov Askar Zaydakbaevich
Магистрант Master student Ковалёв Антон Александрович Kovalev Anton Alexandrovich
Аспирант Graduate student
Южно-Уральский Государственный университет
South Ural State University
ВНЕДРЕНИЕ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ:
ИСТОРИЧЕСКИЙ АСПЕКТ
THE INTRODUCTION OF RENEWABLE ENERGY SOURCES:
A HISTORICAL ASPECT
Аннотация. На сегодняшний день, возобновляемые источники энергии занимают значительную часть в выработке электроэнергии во всем мире. Зеленая энергетика решает не только проблему электроснабжения, но также ее применение благоприятно сказывается на экологии в отличии от традиционных источников энергии. В данной статье авторами была проанализирована история развития различных возобновляемых источников энергии, таких как. солнечная энергетика, ветроэнергетика, геотермальная энергетика и т.п.
Abstract: Today, renewable energy sources occupy a significant part in the generation of electricity around the world. Green energy not only solves the problem of electricity supply, but also its use has a beneficial effect on the environment, in contrast to traditional energy sources. In this article, the authors analyzed the history of the development of various renewable energy sources, such as: solar energy, wind energy, geothermal energy, etc.
Ключевые слова. История развития возобновляемых источников энергии, солнечная энергетика, ветроэнергетика, геотермальная энергетика.
Key words: History of development of renewable energy sources, solar energy, wind energy, geothermal energy.
УДК 62
Альтернативная энергетика представляет собой перспективные способы генерации энергии из природных явлений и возобновляемых ресурсов (энергия ветра, солнечного излучения, движущихся потоков воды, геотермальных источников, энергию биотоплива, мирового океана и т.д.). Дополнительными преимуществами возобновляемой энергетики является отсутствие негативного влияния на окружающую среду и здоровье человека.
В условиях постепенного истощения и, как следствие, удорожания ископаемого топлива на первый план выходит необходимость использовать альтернативные источники энергии. Во многих странах мира с этой целью используют горючие фракции твердых бытовых отходов, которые в зависимости от назначения могут быть переработаны в синтез-газ, синтетическое дизельное топливо, а также ветровую энергию, используют солнечных батареи, тепловые насосы и др.
Однако, несмотря на ряд преимуществ, альтернативная энергетика до сих порт не получила распространение в нашей стране по причине отсутствия экономических стимулов и недостаточной изученности технологий и их апробации, в отличие от Европы, США, Китая и др.
ПРИРОДНАЯ АЛЬТЕРНАТИВНАЯ ЭНЕРГЕТИКА
Началом использования нефти принято считать конец 18 - начало 19 века, когда человек впервые обнаружил ископаемое топливо. С этого момента началось разделение мира на страны, владеющие природными богатствами, и страны, бедные такими ресурсами. Это привело к осложнению политических и экономических отношений между государствами и более того, к ухудшению общемировой экологической обстановки, вследствие добычи ископаемых источников энергии.
В целом, переходы от одного источника энергии к другому произошли два раза за всю историю человечества: переход от дерева к бурому углю и от китового жира к нефти. Эти изменения были вызваны истощением основного источника топлива.
"Золотой век" экономики, которая была основана на ископаемых ресурсах, продолжался до первого кризиса в 70-тые годы 20 века (так называемый «нефтяной шок»). Страны, которые зависели от импорта нефти, попытались найти другие энергоресурсы. Результатами таких поисков послужила атомная энергетика, гидроэнергетика, использование энергии ветра и солнца, а также развитие биотопливной энергетики и использование низкопотенциального тепла.
СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГЕТИКА
Несмотря на неисчерпаемость и общедоступность данного источника энергии, его используют не так активно, по сравнению с энергией ветра ввиду того, что существующие солнечные батареи имеют довольно низкий коэффициент полезного действия и дороги в производстве.
Вместе с этим, солнечная энергетика на сегодняшний день весьма интенсивно развивается и занимает заметное место в топливно-энергетическом балансе ряда стран, таких как Германия, Дания, Норвегия, Швеция. Например, в Германии принят ряд законов на государственном уровне, которые дают существенную поддержку развитию возобновляемых источников энергии и, в частности, солнечной энергетике. Без принятия указанных законодательных актов использование данных источников энергии было бы практически невозможно, особенно на начальных этапах его становления [1].
Отцами солнечной энергетики по праву можно считать французского физика Беккереля, открывшего фотогальванический элемент и электрика-изобретателя из Нью-Йорка Чарльза Фриттса, а также знаменитого физика Альберта Эйнштейна [2].
Мнения ученых по данному вопросу расходятся: одни считают, что именно с момента изобретения фотоэлемента следует отсчитывать новую ступень, новый виток развития человечества, другие же, напротив, считают, что открытие теории относительности послужило толчком к развитию возобновляемых источников энергии. Хотя, именно за изучение явления фотоэффекта Эйнштейн
удостоился Нобелевской премии, тем самым он доработал идеи Беккереля и привел их к научно-обоснованному заключению.
Спустя некоторое время Чарльзу Фриттсу удалось спроектировать первый модуль для использования солнечной энергии, основой для которого стал селен, который был покрыт тончайшим слоем золота. Ученый установил, что такое сочетание элементов позволяет, хоть и на минимальном уровне (около 1%), преобразовывать энергию солнца в электрическую энергию [3].
В 30-х годах прошлого века отечественные учёные под руководством академика А.Ф. Иоффе разработали первые солнечные сернисто-таллиевые элементы. КПД их тоже был низок, но, тем не менее, работы над солнечными батареями активно продолжались, создавались все новые и новые покрытия, элементы, которые непрерывно тестировались. Работа проводилась, как и в нашей стране, так и за рубежом.
В начале 50-х годов ХХ века, в США, учёные Пирсон, Фуллер и Чапин установили, что кремний с определённым покрытием заметно более чувствителен к солнечному свету, чем селен. В итоге была разработана солнечная ячейка с коэффициентом полезного действия около 6%. С этого момента началась эра развития солнечной энергетики.
Также, немногим позже, в СССР был запущен первый искусственный спутник с применением фотогальванических элементов, а в Соединенных Штатах произвели запуск искусственного спутника Explorer 1 с солнечными панелями. С этого времени солнечные батареи с кремниевыми ячейками стали основным источником энергии для космических кораблей и орбитальных станций, применяемых и в наши дни.
Во время нефтяного кризиса 70-х годов несколько стран запустили программы по использованию фотоэлементов, что привело к установке и опробованию свыше трех тысяч фотоэлектрических систем только в Соединенных Штатах. Многие из них до сих пор находятся в эксплуатации [4].
Повышение интереса к чистому природному энергоресурсу со стороны космической отрасли перешел в сферу теплоэнергетического комплекса, что
было обусловлено тем количеством энергии, которые возможно было получить от солнца. Основными достоинствами солнечной энергетики являются распространенность и неисчерпаемость источника, а также, практически полная безопасность для окружающей среды. Тем не менее, существует вероятность того, что глобальное внедрение солнечной энергетики может изменить свойство отражательной (рассеивающей) способности земной поверхности и привести к постепенному, но необратимому изменению климата.
Также не стоит забывать один значительный недостаток солнечной энергетики - это зависимость от погоды и времени суток. Отсюда возникает проблема накапливания (аккумуляции) энергии в специальных устройствах, для предотвращения перебоев в работе генерирующих станций и обеспечения необходимым электричеством потребителей. Помимо этого, солнечные лучи попадают на Землю в рассеянном виде, что вызывает необходимость концентрирования их на определённых поверхностях.
ВЕТРОЭНЕРГЕТИКА
Использование энергии ветровых потоков является одним из решений мировых энергетических проблем. Данный процесс не загрязняет окружающую среду и не зависит от ископаемого топлива. Кроме того, ветровые ресурсы -неисчерпаемый источник, который способен покрыть растущий спрос на электроэнергию.
Использование движущихся воздушных потоков представляет собой преобразование кинетической энергии воздушных масс в атмосфере в электрическую, механическую, тепловую или в любую другую форму энергии. Это преобразование можно осуществить с помощью ветроэнергетических установок или ветряных мельниц. Ветер возникает из-за неравномерного нагрева Солнцем поверхности земли.
Энергия ветра приводит в движение лопасти ветровых турбин. Вращение лопастей преобразуется с помощью электрического генератора в электрический ток. В старых ветряных мельницах энергия ветра была использована, чтобы
выполнять механическую работу, например, дробление зерна или перекачки воды.
Первые простейшие ветряные двигатели применяли в глубокой древности в Египте и Китае. В Египте (в районе Александрии) сохранились остатки каменных ветряных мельниц барабанного типа, построенных ещё во 2-1 веках до н.э. В 7 в. н.э. персы строили ветряные мельницы уже более совершенной конструкции - крыльчатые. В древности, для получения муки, израильтяне, как и другие народы, мололи зерно «в жерновах». Ветряные мельницы использовались для размола зерна в Персии уже в 200-м году до н. э. Мельницы такого типа были распространены в исламском мире и в 13-м веке принесены в Европу крестоносцами [5]. В 19-20 веках научно-технический прогресс, набиравший обороты огромными темпами, кардинально изменил технологическую картину мира. Сталь, нефть, газ, сталь, новые материалы, полученные путём химического производства, приняли первостепенное значение по сравнению с достижениями сотен лет человеческой цивилизации.
Самые первые теоретические разработки ветряного двигателя относят к периоду Первой Мировой войны. Русский ученый В. Залевський интересовался разработками в сфере ветряных мельниц и в тоже время авиацией. Он приступил к разработке развернутой теории ветряной мельницы и вывел некоторые теоретические положения, которым должна отвечать ветроустановка. Первоначальное распространение ветротурбины получили в сельском хозяйстве, а потом уже стали применяться для более сложных конструкций, например - в судостроении.
Один из первых экземпляров ветряного двигателя с роторами (цилиндрами) на четырех крыльях, диаметром 20 метров, был установлен в 1926 г. в Берлине на башне высотой 15 метров. Его крылья были изготовлены из легкого металла - лоталя [6]. Тогда же начали предприниматься попытки создать силовые установки на основе ветротурбин для морских и речных судов. Эти работы были основаны на эффекте Магнуса (при вращении цилиндра в набегающем на него потоке воздуха появляется поперечная сила, действующая
на него), которые со временем были свернуты [7]. В 20 веке знаменитый океанограф Жак-Ив Кусто построил судно, работающий на принципе Магнуса, доказав тем самым работоспособность этой идеи [8].
Ветровая энергетика обладает следующими достоинствами по сравнению с использованием ископаемого топлива:
- энергия ветра загрязняет окружающую среду, т.к. при выработке не происходит химических процессов, как например, в результате сжигания природного топлива и отсутствуют вредные побочные продукты взаимодействия;
- ветроэнергетические установки могут быть построены вблизи береговой линии без возможности загрязнения вод;
- доступность, повсеместное распространение и неисчерпаемость ресурсов.
Но, несмотря на очевидную экологичность, у данного возобновляемого источника энергии есть несколько существенных недостатков, которые затрудняют его использование. Один из них - это непостоянство во времени, переменчивость в скорости и направлении, что может вызвать сбои в генерации энергии; Второй недостаток - создание шумового и вибрационного загрязнения. Третий - вращающиеся лопасти отражают радиоволны, создавая помехи для работающего вблизи оборудования. Если проанализировать состав оборудования, используемого для изготовления и строительства ветроэлектростанций, то можно прогнозировать негативное воздействие, которое характерно в целом для энергетического машиностроения, электротехнической, металлургической, полимерной индустрии, промышленности строительных материалов [9]. Следует отметить тот факт, касающийся гибели птиц, летучих мышей, которые наиболее активны ночью при небольших скоростях ветра попадающийся в лопасти ветровой турбины. Вследствие этого, в некоторых регионах было принято ограничить работу установок на низких скоростях ветра, что негативно повлияло на уровень генерации электричества.
ЭНЕРГИЯ НИЗКОПОТЕНЦИАЛЬНОГО ТЕПЛА ЗЕМЛИ
Тепловой насос - это современный и высокотехнологичный прибор для отопления и кондиционирования воздуха. История создания теплового насоса начинается с 19 века. Принцип теплового насоса вытекает из работ Карно (1824 г.). В 1852 г. Томсон предложил практическую теплонасосную систему, которую назвал «умножителем тепла», использующую воздух в качестве рабочего тела. В 20-м веке, в 1930 г. Холдэйн описал испытание домашнего теплового насоса, предназначенного для отопления и горячего водоснабжения, использующего тепло окружающего воздуха. Первая крупная теплонаносная установка в Европе была введена в действие в 1938-1939 гг. В ней использовались тепло речной воды, ротационный компрессор и хладагент. Она обеспечивала отопление ратуши водой с температурой 60°С при мощности 175 кВт. В летние месяцы установка работала на охлаждение. Тепловые насосы для отопления, забирают тепло из почвы, грунта, грунтовых вод и самого воздуха.
К достоинствам тепловых насосов можно отнести:
• Использование современных энергосберегающих технологий, обеспечивающих экономическую эффективность работы. При затратах на функционирование системы в 1 кВт электроэнергии вырабатывается от 3-х до 4-х кВт тепловой энергии.
• Экологичность. Аппарат при работе не сжигает топливо, а значит, не выбрасывает вредные вещества в окружающую среду. Ни в воздухе, ни в почве не накапливаются опасные для здоровья людей и природы соединения.
• Возможность повсеместного использования. Если не вода, то земля и воздух есть повсюду, что позволяет использовать тепловые насосы в разных уголках Земли.
- Многофункциональность. Тепловые насосы, оснащенные реверсивным клапаном, способны не только обогреть дом и обеспечить его горячее водоснабжение, но и охладить воздух в летний период.
- Безопасность. При работе агрегата нет открытого огня, и не выделяются опасные смеси и газы. Узлы системы не прогреваются выше 90°С.
Недостатки тепловых насосов:
- Высокая стоимость. Является главным недостатком тепловых насосов.
- Низкие температуры. Эффективность преобразования выше тогда, когда разница температур теплоносителя в системе и отопительном контуре минимальна.
За рубежом теплонасосная техника находит широкое применение для целей теплоснабжения жилых и офисных зданий уже более 30 лет. Толчком для ее массового применения стал энергетический кризис 1970-х годов. Лидерами по установке ТНУ данного типа являются США и Швеция.
Опыт использования тепловых насосов в странах СНГ пока невелик, однако условия для их внедрения есть. Так применение тепловых насосов в нашей стране давно стало актуальным и значимым. Не так давно очень активно обсуждались вопросы использования тепловых насосов в строительстве жилищно-коммунальных объектов, а также их применения для повышения эффективности существующих котельных.
ЭНЕРГЕТИКА ВОДНЫХ РЕСУРСОВ
Сейчас уже сложно определить, когда именно человеку удалось подчинить себе энергию воды. Первые упоминания приходятся на 4 тысячелетие до н. э.
Многообразие задач, которые были подвластны водяной мельнице, сложно сосчитать. С ее помощью изготавливали бумагу и ковали железо, пилили бревна и варили пиво. Например, в Англии и Франции одна водяная мельница приходилась на каждые 250 жителей. Родоначальник монашества Бенедикт Нурсийский даже предписывал каждому монастырю иметь водяную мельницу.
Дальнейшим шагом в гидротехнике стало изобретение водяной турбины. Впервые ее представил французский инженер Бенуа Фурнерон в 1834 году. Через три года, независимо от него, турбину сконструировал русский мастер Игнатий Сафонов. Она была установлена на Нижне-Алапаевском заводе и
развивала вдвое большую мощность, чем использовавшееся ранее водяное колесо.
Строительство крупных ГЭС первоначально получило наибольшее развитие в Северной Америке, затем распространилось в другие регионы: СССР, Китай, Индию, Турцию, Иран, Ирак и др. По словам учёного В. А. Ясинского: «Латинская Америка, Северная Америка и Европа имеют значительный гидроэнергетический потенциал, большая часть которого уже израсходована. Но в Восточной и Южной Азии, а также Африке гидроэнергетика еще недостаточно развита и требует значительных капиталовложений, развитие научной и технической базы» [10].
Потенциал развития гидроэнергетической отрасли зависит от наличия и степени разработанности соответствующих технологий и, в конечном счёте - от себестоимости получаемой энергии. Несмотря на то, что электрическая энергия, вырабатываемая на крупных ГЭС, является одной из самых дешевых, во многих странах, особенно развитых, рост мощностей крупной гидроэнергетики в последние годы был небольшим по ряду объективных причин. К ним можно отнести необходимость привлечения внушительных и долгосрочных инвестиций, высокие затраты на компенсационные природоохранные и социальные мероприятия, длительный срок строительства, полное исчерпание технически доступного и экономически обоснованного гидроэнергопотенциала.
ГЕОТЕРМАЛЬНАЯ ЭНЕРГИЯ
Если говорить о геотермальной энергии, которая уже длительное время привлекает людей и служит местом отдыха, получения тепла и приготовления пищи, то в настоящий момент она развивается сугубо локально, так как это связано с определенными ограничениями.
Первое упоминание прямого использования тепла земных источников принадлежит Помпеям (Италия), у которых вода из горячих источников отапливала несколько зданий. По некоторым данным, в 14 веке во французской деревне поступали аналогично. Когда была заселена Исландия, многочисленные горячие источники этой страны использовались для купания и стирки. Идея
использовать источники появилась в середине 18 века, когда были пробурены первые термальные скважины. Первая попытка масштабного использования геотермальной энергии в Исландии датируется примерно 1928 годом. В то время были пробурены новые термальные скважины, и в 1930 г. местная школа стала первым зданием, обогреваемым с помощью горячих источников. Сегодня прямое геотермальное нагревание используется для отопления большинства домов в Исландии.
Первая современная система геотермального отопления была разработана в США, в западном городе Боиз (шт. Айдахо). Бурение геотермальных скважин началось в 1890 г. К концу XIX века в Бойзе дома уже отапливались с помощью природных источников [11].
Несмотря на всю «безобидность» и природность геотермальной энергии, она причиняет существенный вред экологии. Ярким примером служит повышенный уровень шума на выходе из скважины, загрязнение водоемов при сбросе в них термальных вод с повышенным содержанием солей (термальные воды являются высокоминерализованными), загрязнение окружающего воздуха попутными газами (серосодержащие соединения, моноокись углерода, аммоний), повышение влажности воздуха за счет испарения в градирнях [12]. Помимо этого, при использовании данного источника энергии может возникнуть тепловое загрязнение среды, связанное со сбросом как охлаждающей, так и конденсационной горячей воды [13].
В нашей стране на сегодняшний день геотермальные ресурсы выполняют в большей степени рекреационную роль.
БИОМАССА И АНТРОПОГЕННАЯ ЭНЕРГЕТИКА
Продукты, получаемые из отходов, могут послужить привлекательной альтернативой ископаемому топливу. В большинстве случаев альтернативные виды топлива изготавливаются из отходов и побочных продуктов промышленного производства и сельского хозяйства (биомасса). Все эти продукты могут быть повторно использованы в качестве топлива и безопасно утилизированы без вреда для окружающей среды. Такой подход освобождает
общество от необходимости перерабатывать эти отходы и помогает сократить выбросы углекислого газа. Ученые предполагают, что в ближайшие годы самым распространенным возобновляемым источником энергии станет биомасса, что подтверждается увеличением доли замещения энергии из отходов на производственных комплексах в европейских странах.
Еще во время бурного развития автомобильной эры Рудольф Дизель предсказал использование растительного масла в качестве топлива: «Использование растительного масла в качестве топлива сегодня может показаться малозначимым, однако со временем оно будет так же важно, как нефть и угольные продукты».
Советский физико-химик, один из основоположников химической физики, Лауреат Нобелевской премии академик Николай Николаевич Семенов писал, что «быстрое исчерпание в будущем ресурсов обычного топлива и увеличения диоксида углерода в атмосфере настоятельно ставит перед человечеством проблему создания принципиально новой базы мировой энергетики. Времени на создание этой базы у нас мало, по-видимому, около ста лет» [14]. Таким образом, неугасающий интерес к использованию биотоплива как источника энергии -естественный процесс истории технологического развития, подобный переходу от дров к углю, от угля к нефтепродуктам и от нефтепродуктов к газу.
В СССР также началось освоение биотопливной индустрии, на примере гидролизно-спиртового завода в Череповце. Однако в этом случае спирт использовали для получения бутадиенового каучука, а не горючего топлива, так как задача заключалась в избавлении от необходимости получать спирт из хлеба и картофеля, а не заменить бензин.
Принято считать, что отправной точкой текущего цикла развития отрасли биотоплива явились 70-е годы 20-го столетия, когда Бразилия, находившаяся в значительной зависимости от внешних поставок нефти, начала успешное производство биоэтанола из сахарного тростника [15]. Как известно, в это же время был нефтяной кризис. К слову говоря, именно с него началось активный поиск и развитие мирового рынка альтернативной энергетики.
Другим исторически сложившимся рынком биотоплива можно считать США. «Соперничество» между бензином и этанолом уходит корнями в 1826 год, когда Самуэль Морей применил спирт в качестве топлива для работы первого прототипа двигателя внутреннего сгорания [15].
Другим видом альтернативного топлива, получившим популярность наравне с биоэтанолом, является биогаз. Его выработка происходит путем брожения биомассы без доступа кислорода, так называемое анаэробное сбраживание.
Были известны отдельные случаи использования биогаза еще до н.э. в Индии, Персии, Ассирии. Научные исследования биогаза и его свойств начались лишь в ХУШ веке. В 1764 г. Бенджамин Франклин описал эксперимент, в котором ему удалось поджечь поверхность заболоченного озера. После установления наличия метана в болотном газе и открытия его химической формулы европейские ученые предприняли первые шаги в изучении области практического применения биогаза.
Изучение влияния температуры на количество принадлежит русскому учёному Попову. Им было определено, что уже при температуре в 6°С речные отложения продуцировать биогаз, а с ростом температуры его количество увеличивается.
В конце 19 века европейские ученые провели ряд опытов по использованию биогаза при отоплении помещений и освещения улиц. С 1895 г. В городе Эксетер уличные фонари заправлялись газом, получаемом в результате брожения сточных вод.
Немецкие ученые в первой половине XX века усовершенствовали процесс получения биогаза, который заключалось в использовании постоянного подогрева емкостей с сырьем. Во время Первой мировой войны была ощутима нехватка топлива, что подтолкнуло к распространению биогазовых установок.
Одним из важнейших этапов в развитии биогазовых технологий стали эксперименты по комбинированию различных видов сырья для установок в 30-х гг. XX века.
В 1911 г. в Бирмингеме был построен завод для обеззараживания сточных вод города, а вырабатываемый биогаз использовался для производства электроэнергии.
Первая биогазовая установка для переработки твердых отходов объемом 10 м3 была разработана Неманом и Дюселье и построена в Алжире в 1938 году.
Во время Второй мировой войны для пополнения быстро истощающихся запасов энергоносителей в Германии велись разработки на получение биогаза из навоза. Во Франции в это время в эксплуатации находилось около 2 тыс. установок по производству биогаза, их опыт распространялся и в соседние страны. В Венгрии, например, как отмечали советские солдаты, освобождавшие страну, навоз не сваливали в кучи, а загружали в специальные ёмкости, из которых получали горючий газ.
После войны дорогие энергоносители, такие как природный газ, нефть вытеснили биоустановки. К ним вернулись лишь в 70-х гг прошлого столетия после энергетического кризиса [16].
На сегодняшний день биогазовые технологии стали стандартом очистки сточных вод, переработки отходов во многих странах мира.
Использование электричества и тепла, производимого с помощью бескислородной переработки биомассы, в Европе сосредоточено, главным образом в Австрии, Финляндии, Германии, Дании и Великобритании.
Согласно словам учёного Л. В. Назаренко: «Биотопливо занимает особое место в структуре возобновляемых источников энергии. Будучи одним из немногих видов альтернативного топлива в транспортном секторе, биотопливо рассматривается в качестве важного ресурса при выборе источников энергии и обеспечения энергетической безопасности, развития сельского хозяйства и сельских районов, а также для смягчения последствий изменения климата путем сокращения выбросов парниковых газов» [17].
Другая ситуация обстоит с системой управления твердыми бытовыми отходами. ТБО являются весьма перспективными источниками энергии благодаря своему специфическому морфологическому составу. Известно, что с
каждым годом доля образования отходов производства и потребления растет, и в связи с этим проблема переработки встает очень остро.
В начале 60-хх гг. в Германии начал развиваться система рециклинга. В 1961 году в ФРГ был создан Федеральный союз немецкой промышленности по удалению и обезвреживанию отходов «BDE». Позднее в ГДР появляется комбинат по сбору и переработки вторичного сырья и отходов «SERO» Система «SERO» производила сбор и заготовку бутылок, банок, бумаги, металлолома, кожи, резины, пластмассы, тряпья. По сравнению с системой «BDE» в ФРГ, система «SERO» достигла гораздо более высокую доходность и полноту возвращения вторсырья в хозяйственный цикл (до 30%) [18].
После серии «мусорных кризисов» в 80-е годы многие страны Европы пришли к выводу, что выходом из проблемы является переработка. Так появилось новое мышление в сфере управления отходами в Европе. С этого момента начинается новый этап в обращении с отходами.
Сегодня Германия по праву считается страной, добившейся наиболее значимых достижений в области переработки мусора.
В этой развитой во всех отношениях стране воспитательная работа с населением поставлена на невероятно высоком уровне. Данную работу проводят СМИ, более того, проведение подобных работ закреплено законами Германии. С самого раннего детства немцев учат уважать окружающих, заботиться об окружающей нас природе и, конечно же, о собственном здоровье. Более того, за соблюдением чистоты строго следят «мусорные полицейские», которые наказывают тех, кто выбрасывает мусор в неустановленных местах штрафами. И, стоит отметить, штрафы в Германии достаточно внушительные, причем, не только по нашим меркам.
В европейских странах прибегают к различным способам мотивации населения к тщательной сортировке мусора. Так, например, берлинские подростки, которые собирают мусор и сдают его на вторичную переработку, получают за это денежное вознаграждение. Власти Голландии выдают своим
гражданам, активно участвующим в программе раздельного сбора мусора специальные купоны экологической лояльности.
Благодаря отлаженной системе взаимодействия между органами власти и населением в Европе переработка отходов (получение топлива, вторсырья) отлично функционирует, и с каждым годом методы безопасной утилизации выходят на новый научный и технический уровень.
К сожалению, в нашей стране практически отсутствует система управления ТБО не только на социальном, но и экономическом и политическом уровнях. Попытки введения селективного сбора окончились провалом, что свидетельствует о низком культурном и экологическом уровне образования населения, отсутствии мотивации и заинтересованности граждан в улучшении экологической обстановки станы.
Касательно методов переработки, то в нашей стране реализуется «первичный, самый низший» метод - складирование на полигонах и захоронение, что приводит к необратимому отчуждению хозяйственных земель, загрязнению окружающей среды. Внедрение более современных, сложных с технической точки зрения способов происходит лишь локально в некоторых регионах и за счет поддержки иностранных специалистов и инвесторов. Собственных технологий в нашей стране нет, за исключением способа переработки в печи Ванюкова (сжигание в кипящем шлаковом расплаве), которую заимствовали из металлургической промышленности. Однако она не отвечает ни экологическим, ни экономическим критериям, а также процесс сложен в техническом исполнении.
Таким образом, Россия стоит на начальном этапе в области переработки твердых отходов в топливо, а именно, на стадии социальной мотивации, развития научной базы. Насколько успешным будет продвижение в решении этого вопроса - зависит от совместных действий правовой сферы, промышленности и населения.
Мобильные комбинированные установки
Одним из самых молодых направлений развития возобновляемых источников энергии является мобильные комбинированные энергоустановки.
На сегодняшний день мобильные комбинированные энергоустановки на базе возобновляемых источников энергии не распространены. В связи с тем, что зеленая энергетика еще не получила широкого применения в нашей стране, по сравнению со странами Европы, США, Китая и др., первостепенной задачей является массовое внедрение статичных элементов. Однако зарегистрированы частные случаи, в которых требуется временное электроснабжение, например, питание аварийных служб, полевых госпиталей, геологических партий, служб МЧС, строительных организаций, дорожных служб или в целом потребитель периодически меняет местоположение, например, объекты, обеспечивающие безопасность нашей страны. Безусловно, количество таких объектов незначительно по сравнению с количеством статичных децентрализованных объектов.
Но полностью отказаться от энергообеспечения временных или передвижных объектов нельзя. Основным объектом энергоснабжения в таких случаях стали генераторы на жидком топливе. Но их использование в большинстве случаев - вынужденная мера. Потребителям приходится игнорировать множество недостатков таких генераторов ввиду неимения достойных аналогов.
Отечественной разработкой является мобильная ветро-солнечная электростанция от компании «СНАБ СУРС» (см. рис. 4) [4]. Такие станции предназначены для энергоснабжения нагрузки на напряжении 220 В частотой 50 Гц переменного тока и 12...25 В на постоянном токе. При полностью заряженных аккумуляторных батареях и отсутствии генерации от возобновляемых источников возможна работа в течение нескольких часов только АКБ.
К достоинствам гибридных мобильных электростанций относят:
- мобильность и оперативность развертывания;
- бесперебойное и качественное энергоснабжение потребителей за счет дублирования генерирующих установок;
- высокий КПД за счет оптимизации режимов работы различных источников энергии;
- длительный срок службы (15.. .20 лет);
- незначительные затраты на обслуживание
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Добыча и транспортировка топливно-энергетических полезных ископаемых органического происхождения сопровождалась выбросами загрязняющих веществ в атмосферу, загрязнением водных объектов, образованием и размещением отходов.
Сокращение природных запасов энергоресурсов, неизбежное загрязнение окружающей поставили среды человечество перед необходимостью поиска и новых использования возобновляемых источников энергии.
Возобновляемые источники энергии (или «зеленая энергия») являются компонентами природных систем (ветер, вода и солнце), а также результатами антропогенной деятельности - твердые бытовые отходы.
Альтернативная энергетика приобрела популярность на основе исчерпания традиционных ископаемых видов топлива, и ее использование активно развивается за рубежом.
Основной целью развития нетрадиционной энергетики должно быть рациональное использование природных энергоресурсов с сохранением экологического равновесия и социальной стабильности.
Основные причины малой распространенности возобновляемых источников энергии (ВИЭ) в нашей стране является неразвитость нормативно -правовой базы, отсутствие государственной поддержки в отношении альтернативной энергетики, а так же отсутствие экономических стимулов к ее научно-техническому развитию.
Для эффективного развития альтернативных источников всегда требуется совместные усилия между правительством, промышленностью и потребителями.
Из-за масштаба вопроса производства энергии и ее влияния на экономику, государственные инвестиции и планирование имеют важное значение для успешного развития энергетического сегмента рынка.
Библиографический список:
1. Алехин, В. А. Области применения солнечной энергетики / В. А. Алехин // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. -2013. - № 12. - С. 3-8.
2. История развития солнечной энергетики [Электронный ресурс]. - 2013. -Режим доступа: http://www.energynow.ru/energys-917-1.html
3. Краткая история развития солнечной энергетики в России и за рубежом [Электронный ресурс]. - [2014]. - Режим доступа: http://sdelanounas.ru/blogs/14 467/
4. Безруких, П. П. Ветроэнергетика: справочное и методическое пособие / П. П. Безруких. - М. : ИД «Энергия», 2010. - 320 с.
5. Рылев, Ю. 6000 изобретений XX и XXI веков, изменившие мир / Ю. Рылев. - М. : Эксмо, 2013. - 880 с.
6. Мирошниченко, А.А. Обзор мировых рынков ветроэнергетики за 2017 год / А.А. Мирошниченко, А.З. Кулганатов, Е.М. Гордиевский, К.В. Романов, А.А. Ковалёв // Ростовский научный журнал. - 2019. - № 3. - С. 289-304.
7. Ветроэнергетика: перспективы [Электронный ресурс]. - 2014. -Режимдоступа: http://www.rosteplo.ru/Tech_stat/stat_shablon.php?id=690
8. Рыженков М.А. Экологические аспекты ветроэнергетики / Рыженков М.А., Ермоленко Б.В., Ермоленко Г.В. // Теплоэнергетика, 2011. - № 11. - с. 7279
9. Основы современной энергетики. В 2 тт. Т.2, 4-е изд., перераб. и доп. /под общ. ред. чл.-корр. РАН Е.В. Аметистова. - М. : ИД МЭИ, 2010 - 646 с.
10. Кулганатов, А.З. Внедрение комбинированных установок на базе ВИЭ в процессы нефтедобычи и геологоразведочных работ / А.З. Кулганатов, А.А. Мирошниченко, Е.М. Гордиевский, Е.М., В.И. Станчаускас, А.А. Берестинов,
Д.А. Марфицин // Материалы X Международной научной конференции «Передовые инновационные разработки. Перспективы и опыт использования, проблемы внедрения в производство». - 2019. - С. 245-248
11. Альтернативные источники энергии: геотермальные станции [Электронный ресурс]. - 2014. - Режим доступа: http://www.planetseed.com/ru/relatedarticle/al-tiernativnyie-istochniki- enierghii-ghieotiermal-nyie-stan
12. Магомедов, А. М. Нетрадиционные возобновляемые источники энергии / А. М. Магомедов. - Махачкала, Издательско- полиграфическое объединение "Юпитер", 1996. - 60 с.
13. Милошенко, О. В. Некоторые особенности развития геотермальной энергетики / О.В. Милошенко // Вестник Воронежского института высоких технологий, 2013. - № 10. - с. 33-40
14. Гарабаджиу, А. Перспективы индустрии биотоплива в России /Гарабаджиу А., Г. Козлов, В.Галынкин // Энергетика и промышленность России, 2014. - № 10
15. Мировая индустрия биотоплива: общая характеристика, история и факторы развития отрасли [Электронный ресурс]. - 2012. - Режим доступа : http://www.beintrend.ru/2012-10-03-15-15-51
16. Биогаз - альтернатива будущему [Электронный ресурс]. - 2012. - Режим доступа : http://pronedra.ru/alternative/2012/07/10/biogaz/
17. Назаренко, Л. В. Биотопливо: новые источники сырья / Назаренко, Л. В. // Вестник Московского городского педагогического университета. Серия: Естественные науки. - 2013. - № 11(1). - С. 19-30.
18. Entsorgung in der DDR (1945-1989) / Verlag: Edelhoff AG & Co, Iserlohn, 1996. - p.103
