Альтернативные источники энергии

       Также биореактор освобождает от необходимости  искать способы утилизации отходов. Кроме газа биогазовые установки позволяют изготовить удобрения, ускорив процесс, который в естественных условиях длится три года. Ещё одним важным плюсом биогазовых установок является отсутствие характерного запаха и блокирование токсичных веществ, которые в обычных условиях загрязняют окружающую среду и приводят к заболеваниям людей и животных. 

       Рисунок 8 Биогазовая установка [10]. 

       Коэффициент полезного действия (КПД) биогазовых электростанций, достигает до 90% и позволит сократить расходы на электроэнергию, а также обеспечить полностью независимое производство экологически чистых удобрений и тепловой энергии [10]. Биогазовые электростанции полностью окупаются в течение четырех лет, по истечению которых достигается значительная экономия на тепло- и электроэнергии и производстве удобрений, а также на плате за утилизацию органических отходов 3, 4 классов опасности (рис. 9). Использование экологически чистой электростанции дает возможность уменьшить выбросы метана (который в 21 раз вреднее СО₂) в атмосферу, предотвратить загрязнения почвы и грунтовых вод, радикально сократить использование минеральных удобрений и гербицидов и выпускать полностью экологически чистую продукцию, сократив закупку минеральных удобрений в этих хозяйствах [10]. 

       Рисунок 9 Схема биогазовой установки по утилизации органических отходов [10]. 

       Количество  биогаза, которое может быть получено при анаэробном сбраживании отходов животноводства в Алтайском крае (до 44% уходит на собственные нужды – обогрев метантенков) - 2.5 млрд.нм, что эквивалентно 2 млн. т.у.т. (рис. 10, 11) [10]. Этот валовый потенциал может быть реализован с помощью биогазовых установок различного типа. Исследования приведены с помощью индивидуальной биогазовой установки, предназначенная для использования на крестьянском подворье (разработчик – «НИЦ Биомасса» АО ЭКОН).

       Установка имеет следующие характеристики:

- максимальная  загрузка органических отходов (при влажности 85%), 300 кг/сут. 
- максимальный выход биогаза, 3 12 нм 
- выход жидких удобрений, до 200 кг/сут [10].

       Одна  установка сможет обеспечить семью из 4-5 человек биогазом для бытовых нужд. Кроме того, эта установка позволяет перерабатывать появляющиеся в хозяйстве органические отходы, получать высококачественные удобрения. 

       Рисунок 10 Наглядная схема биогазовой установки сбраживания отходов животноводства [10]. 
 

       Рисунок 11 Упрощенная схема биогазовой установки сбраживания отходов животноводства [10]. 

       На  основе проведенных исследований зависимости  выхода биогаза от температуры анаэробного  сбраживания и химического состава  исходного сырья показана высокая энергетическая и экономическая эффективность системы анаэробной переработки отходов крупного животноводческого комплекса. На собственные нужды (обеспечение технологии анаэробного сбраживания) затрачивается 6% электрической и 44% тепловой энергии, произведенной при сжигании биогаза. Срок окупаемости капитальных вложений около 19 месяцев [10].

       Лесозаготовки являются источниками значительного количества биомассы, пригодной для получения в местах потребления дешевого экологически чистого топлива.

       Основной  неутилизированный источник лесозаготовок  – неконди-ционная древесина, ветки, кора, остающиеся на лесосеке (рис. 12, 13). При существующей технологии лесозаготовок на лесосеке остается около 50% всего заготавливаемого объема биомассы. Для Алтайского   края  это составляет 500 тыс.м³ в год [11].  

       Рисунок 12 Отходы лесозаготовки [11]. 

       Переработка отходов в газогенераторах позволит получить генера-торный газ в количествах, соответствующих не менее 122 тыс. т.у.т. [11] 

       Исследования  проводились на испытательном стенде на основе термохимического генератора для переработки твердой биомассы в газообразное топливо (разработчик ТОО «Энерготехнология», г. Санкт-Петербург). 

       Рисунок 13 Отходы на лесосеке [11]. 

       Газогенератор имеет следующие характеристики:

- номинальная тепловая мощность, 100 кВт 
- низшая теплота сгорания генераторного газа, 3 4-5 МДж/нм 
- химический КПД, 70 % 
- габаритные размеры, 1880х550х550 мм. [11]

       Система очистки очищает генераторный газ  до кондиции, позволяющей использовать его в двигателях внутреннего  сгорания. Экспериментальные и теоретические  исследования показали высокую эффективность  технологии термической газификации древесных отходов в целях получения генераторного газа (к.п.д. преобразования до 86%), который может служить удобным топливом как для котлов различного назначения, так и для дизельных моторов-генераторов.  

       Рисунок 14 Газогенератор для переработки отходов древесины [11]. 

       В настоящее время разработаны и более крупные генераторные установки мощностью 600 кВт, с механизированной системой подачи топлива (рис. 14) [11]. 

2.4.1 Биогазовая установка  как ядро сельскохозяйственного кластера 

       При комплексном использовании биогазовых установок вопрос рентабельности не является проблемой — станция окупается уже за 3–5 лет [10]. Однако существуют трудности с финансированием таких проектов — ни фермер, ни сельскохозяйственный кооператив не в состоянии предоставить обеспечение по столь масштабным кредитам. В таких условиях целесообразно создание сельскохозяйственных кластеров на основе крупнейших (как показывает российская практика, и наиболее платежеспособных) компаний отрасли и софинансирование таких проектов со стороны региональных органов исполнительной власти (см. приложение).

       Использование биогазовых станций сельскохозяйственными производителями и предприятиями пищевой промышленности, участвующими в формах вертикальной кооперации, позволяет замкнуть производственную цепочку и сократить расходы на тепло- и электроэнергию, использование удобрений и утилизацию отходов. Именно утилизация отходов птицефабрик, свиноферм и КРС — наиважнейший стимул для развития биогазовой энергетики в Алтайском крае. Потенциальными потребителями биогазовых технологий также являются городские водоканалы, предприятия пищевой промышленности и лесоперерабатывающего комплекса области.

       Отдельным направлением развития биогазовой энергетики в области может стать сельское направление. Неиспользуемые поля могут быть засеяны специальными техническими культурами с высоким выходом биогаза. Там могут работать местные биогазовые комплексы, вырабатывающие газ, тепло и электроэнергию для нужд сельских поселений. 

2.5 Достижения Алтайского края: Первый в России энергоэффективный дом 

       Расчеты показывают, что нормативные условия  внутреннего микроклимата могут  быть обеспечены собственными возобновляемыми  источниками.

       Создание  энергоавтономного здания требуют  несколько больших (на 30%) первичных затрат энергии однако через 2-3 года энергозатраты сравниваются, а через 50 лет после начала эксплуатации суммарные затраты первичной энергии необходимой для создания и эксплуатации здания от 2,3 до 4,9 раз превосходят затраты на создание и эксплуатацию экспериментального энергоавтономного здания [7].

       Современный 19-квартирный жилой дом расположен по-особенному - не фасадом к проезжей части, а углом (рис. 15). По расчетам теплоэнергетиков, это увеличит поступление тепла по ходу движения солнца и позволит по максимуму использовать возможности 22 солнечных батарей, которые установлены на крыше и боковом фасаде (рис. 16) [7].  

       Рисунок 15 Первое в России энергоавтономное жилое здание [7]. 

       Чтобы тепло не покидало дом, здесь применяется  система "мокрого фасада". Суть в том, что используются специальные материалы, которые могут блокировать потоки холодного воздуха и способствуют установлению оптимальной температуры и влажности в помещениях. 

       Рисунок 16 Фасад энергоавтономного жилого здания с «солнечными батареями» [7]. 

       В каждой квартире, прямо на входе, установлены регуляторы температуры. Жильцы могут в любое время установить температуру, которую считают для себя комфортной. Рамы на окнах деревянные,  покрытые специальным раствором, который аккумулирует тепло, и укомплектованы теплоотражающими стеклопакетами, изготовленными с применением нанотехнологий.

       Помимо  солнечных батарей систему теплоснабжения составляет газовая котельная и  подземная геотермальная установка, которая позволяет использовать тепло поверхностных слоев земли.

       Этот  дом построили за 5 месяцев. По словам строителей, себестоимость квадратного  метра - 44 тысячи рублей [7]. По расчетам специалистов, экономия для населения на оплате услуг жилищно-коммунального хозяйства (ЖКХ) - за счет применения энерго- и теплосберегающего оборудования - составит около 50%. В планах - начать возведение подобных домов во всех районах края [7].

Заключение 

       Энергия – это движущая сила любого производства. Тот факт, что в распоряжении человека оказалось большое количество относительно дешевой энергии, в значительной степени способствовало индустриализации и развитию общества. Однако в настоящее время при огромной численности населения и производство, и потребление энергии становится потенциально опасным. Наряду с локальными экологическими последствиями, сопровождающимися загрязнением воздуха и воды, эрозией почвы, существует опасность изменения мирового климата в результате действия парникового эффекта.

       Человечество  стоит перед дилеммой: с одной  стороны, без энергии нельзя обеспечить  благополучия людей, а с другой – сохранение существующих темпов ее производства и потребления может привести к разрушению окружающей среды, серьезному ущербу здоровья человека.

       Сегодня около половины мирового энергобаланса  приходится на долю нефти, около трети - на долю газа и атома (примерно по одной шестой) и около одной пятой - на долю угля. На все остальные источники энергии остается всего несколько процентов. Совершенно очевидно, что без тепловых и атомных электростанций на современном этапе человечество обойтись не в состоянии, и все же по возможности там, где есть, следует внедрять альтернативные источники энергии, чтобы смягчить неизбежный переход от традиционной энергетики к альтернативной. Тогда будет жизненно важно, сколько солнечных батарей успеет вступить в действие, сколько заработает “мини-ГЭС” и приливных станций, открывающих дорогу тысячам других, сколько цепочек ветряков встанет по горам и сколько цепочек волновых буйков закачается у побережий.

       Однако, главная проблема энергетики – не истощение минеральных ресурсов, а угрожающая экологическая обстановка: еще задолго до того, как будут использованы все мыслимые ресурсы, разразится экологическая катастрофа, которая превратит Землю в планету, совершенно не приспособленную для жизни человека.

     В последние годы в Алтайском крае не только изменилась система регионального управления, но и была существенно откорректирована инвестиционная политика. Для этого были созданы правовые предпосылки: в одном из первых регионов России здесь принят закон о поддержке инновационной деятельности. Постоянно совершенствуются механизмы государственной поддержки реального сектора экономики. Ставка делается на крупные инвестиционные проекты.