Альтернативные виды энергообеспечения и энергосбережения в ЖКХ

Традиционная архитектура жилых комплексов, как правило, зависит от климатической зоны строительства. На юге России архитектура зданий намного богаче и колоритнее, и причина здесь не столько в том, что она соответствует пышности природы, а в том, что эксплуатационные затраты на энергообеспечение, особенно зимой, намного меньше, чем в более высоких географических широтах, в частности в условиях резкоконтинентального климата Западной Сибири. Повысить архитектурную привлекательность (в первую очередь за счет увеличения площади и этажности) возводимого в средней полосе России малоэтажного жилья можно в том случае, если для обеспечения гарантированного минимума энергоснабжения жилого фонда в зонах централизованного энергоснабжения и обеспечения устойчивого электро- и теплоснабжения в зонах децентрализованного энергоснабжения использовать возобновляемые источники энергии (В�Э). Практикуемое исполнительной властью всех уровней обеспечение микроклимата малоэтажных жилых комплексов требует применение мощных котельных и крупных электрических станций, огромного количества теплотрасс и линий электропередачи, которые очень дороги в эксплуатации. В новой экономической ситуации в нашей стране нарастает строительство особняков, коттеджей и усадеб с единым источником энергоснабжения. Это приводит к тому, что владельцы традиционных энергосистем, являясь монополистами, устанавливают необоснованно высокие тарифы на энергию и услуги по ремонту и содержанию теплотрасс и линий электропередачи с их инфраструктурой. Одним из выходов из данной ситуации, дающих возможность возводить жилье в живописных местах, является применение индивидуального источника энергообеспечения с использованием окружающей нас энергии, что должно повысить интерес к индивидуальной застройке. Что же это такое и в чем преимущество индивидуальных источников по отношению к традиционным системам энергоснабжения? Традиционные системы базируются на использовании органического топлива, запасы которого ограничены. Уже сейчас мы, вырубив леса в обжитых регионах, добываем в три раза больше нефти, чем дает разведка новых ресурсов. По газу расход также превышает прирост разведанных ресурсов. Кроме того, известно, что в процессе добычи, производства, транспортировки, хранения, потребления органических энергетических ресурсов, на всех перечисленных последовательных этапах продвижения энергии первичных источников и на всех ступенях использования энергии в материальном производстве и сфере услуг в целом теряется около 90% энергии по сравнению с первоначальным уровнем. Все это приводит к запредельному потреблению топливно-энергетических ресурсов и расходу средств на борьбу с загрязнением окружающей среды и связано оно в первую очередь с большим количеством технологических переделов, которым подвергаются органическое топливо и генерируемые виды энергии на пути к потребителю, ведущих к тому же к резкому удорожанию традиционного энергоснабжения. Рассмотрим качественные и количественные потери энергии сопровождающиеся к тому же тратами на поддержание экологической безопасности при организации, например, водоснабжения любого жилого объекта, производства или сферы услуг. Современные технологии водоснабжения основываются на широчайшем использовании электроприводных водяных насосов, КПД которых напрямую зависит от их производительности — типоразмеров. Чем меньше насос и его электродвигатель, тем ниже их КПД (составляет всего 50% и менее), и наоборот. А ведь используемая для их привода электрическая энергия вырабатывается на тепловых электростанциях со средним КПД, не превышающим 40%. Следовательно, без учета потерь: органического топлива в процессе транспортировки, обогащения, переработки, хранения, сжигания; электрической энергии на собственные нужды электростанций, в линиях электропередачи, на трансформаторных подстанциях; от утечек воды в магистральных трубопроводах, вентилях, предохранительных и перепускных клапанах, эффективный КПД преобразования теплоты топлива в энергию потока воды составляет около 20%, а общий, с учетом перечисленных выше потерь — 10%. Примерно таким же КПД, а значит и экологическим воздействием обладают системы централизованного производства тепла, искусственного холода, кондиционирования, сжатого воздуха, аспирации. Столь низкая эффективность использования органического топлива, а значит и высокая стоимость используемой потребителем энергии (продукта) объясняется в первую очередь тем, что до совершения необходимой потребителю работы преобразуемая энергия органического топлива подвергается не только эволюционным технологическим переделам, но и инволюционным. Преобразование потенциальной энергии топлива и возобновляемых источников энергии в теплоту воды и пара, энергию потока рабочего тела, механическую энергию, а затем в электрическую необходимо отнести к эволюционным технологическим переделам, так как они повышают ее иерархию (потенциальный уровень). Преобразование же электрической энергии в механическую, поток воды и теплохладоносителя, тепловую энергию необходимо отнести к инволюционным технологическим переделам, так как энергия высшего порядка понижает свой потенциал — деградирует с негативными последствиями. Без совершения необходимой потребителю работы, которая совершается на последнем технологическом переделе у потребителя. Точно такие же эволюционные и инволюционные технологические переделы присутствуют во время подготовки и использования воды. Очистку воды от механических примесей, дезинфекцию можно отнести к эволюционным технологическим переделам, т. к. они повышают ее пригодность для удовлетворения не только внешних, но и внутренних физиологических потребностей человека. �спользование этой очищенной воды, например, для мытья посуды, влажной уборки, консервации продуктов питания, стирки можно также отнести к использованию по прямому назначению. А вот использовать ее для приготовления бетонных растворов, мытья машин, для домашних животных и птицы нежелательно. � уже совсем недопустимо использовать такую воду для промышленных нужд (энергетические затраты на промышленных предприятиях на подачу 1 м куб. питьевой воды составляют около 0,6 кВт-ч электроэнергии, а на подачу 1 м куб. промышленной — 0,31 кВт-ч). Не надо доказывать, что крайне нерационально вырабатывать централизованно для жилья дорогую и высоко ликвидную электрическую энергию, транспортировать ее во все «таежные» уголки с огромными издержками и загрязнением окружающей среды, а затем преобразовывать с многоступенчатой деградацией в потоки воды (рабочего тела), теплоносителя, хладагента (охлаждающей жидкости), тепла, т. е. в те менее ценные виды энергии, которые уже были в процессе производства электроэнергии. Это все равно, что выпекать хлеб, а затем скармливать его домашнему скоту (что и делали в ограниченных количествах в бывшем СССР в 70—80 гг. прошлого века) или это все равно, что сжигать в котлах дизельное топливо или высокооктановый бензин вместо мазута. Также очевидно, что рассеивание энергии, не использованной в термодинамических циклах преобразователей в окружающую среду, также очень не выгодно в России и опасно. Кроме того, что преобразование электрической энергии в другие, низшие виды энергии очень не выгодно, например, в механическую энергию, в поток воды, холод, теплоту с энергетической точки зрения, это требует еще применение дорогого и сложного преобразующего оборудования — электродвигателей, насосов, холодильников и т. д. Рассмотрим возможность и актуальность энергосбережения при строительстве, обслуживании и ремонте техники любого назначения, организации труда, отдыха и досуга россиян за счет изменения принципов, последовательности и ограничения количества технологических переделов, которым подвергается преобразуемая энергия на пути к конечному потребителю, за счет тепловых приводов, за счет использования как существующего в природе, так и созданного искусственно градиента (перепада) температур, за счет резкого ограничения рассеивания в окружающую среду низко потенциальной теплоты. Прежде чем перейти к рассмотрению предлагаемых энергогенерирующих систем, определимся по приоритетным направлениям в сфере энергосбережения — технологическим переделам, гарантирующим высокую эффективность преобразования энергии органического топлива, а значит и энергосбережения. �звестно, что каждый процент сэкономленных в России энергоресурсов дает прирост национального дохода на 0,35—0,4%. Это выводит на 1 место актуальность поисковых работ по повышению эффективности (КПД) первого этапа преобразования тепловой энергии — в термодинамических циклах, так как в них эффективный КПД несмотря на большие температурные напоры обычно составляет 30—40%, в то время как в котлах при нагреве воды, генерации пара он достигает 90% и более. �менно низкими КПД термодинамических циклов в основном объясняется тот факт, что стоимость 1 кВт-ч электроэнергии, как правило, в 3—5 раз выше стоимости 1 кВт-ч тепловой энергии, например, системы центрального отопления. �сходя из соотношения цен на эти виды энергии, следует, что повышение КПД термодинамического цикла при преобразовании тепловой энергии, например, в электрическую на 1% эквивалентно повышению КПД котлов, в первом приближении, на 3—5%. А поскольку эффективный КПД котлов близок к теоретически возможному, то остается единственный путь (поиск путей) — повышение КПД термодинамических циклов энергогенерирующих технологий и ограничение использования электрической энергии. По своему прямому назначению, без деградации (понижения иерархии) используется только тепловая энергия. Электрическая же энергия, ее большая часть, подвергается последовательному преобразованию иногда недопустимое количество раз. �менно из-за повсеместного использования электрической энергии, в том числе при эксплуатации жилья, оборудования, при строительстве, обслуживании и ремонте техники с многоступенчатой деградацией при генерации у потребителя необходимых ему видов работ (услуг) возрастает дефицит энергоресурсов. Причем зимой традиционно энергетические ресурсы в России используются более рационально с высоким уровнем энергосбережения, т. к. на крупных теплоэлектроцентралях (ТЭЦ) параллельно с выработкой электрической энергии теплота, не использованная в термодинамических циклах, направляется на обогрев зданий посредством централизованных систем отопления. Летом же большая часть тепловой энергии, не использованная в термодинамических циклах, через градирни рассеивается в окружающую среду, что резко снижает эффективность использования топлива в целом по всей стране. Летом тепловой энергии на ТЭЦ принудительно рассеивается во много раз больше, чем теряется зимой из-за нарушений теплоизоляции тепловых сетей. Особенности российского климата диктуют поиск новых бездеградационных технологий генерирования необходимых российскому ЖКХ видов энергии с минимальным использованием электрической энергии, с дальнейшим совершенствованием термодинамических циклов — повышением их КПД, с ограничением безвозвратного рассеивания оставшейся после термодинамических циклов низко потенциальной тепловой энергии, с использованием существующего градиента температур. Поскольку электрическая энергия — это самый дорогой и высоко ликвидный вид искусственной энергии, то и расходоваться она должна в основном на освещение, гальванические процессы, сварку, очистку воды, работу различных электрических приборов и подвижных частей оборудования, для привода в работу электродвигателей оборудования, которое совершает разнообразные кратковременные силовые процессы: по механизации труда; приготовления бетонных растворов и столярных изделий; движения транспортных средств; и т. п., т. е. тех процессов, которые не были в процессе производства электрической энергии. При использовании электрической энергии для создания необходимой услуги необходимо, по возможности, ориентироваться на бездеградационную технологию ее использования. Ведь никто не использует на кормовые добавки скоту пшеницу «сильных» сортов — для этого используют фуражное зерно с низким содержанием клейковины (печь хлеб из такого зерна нельзя — булка получится тяжелой, как кирпич, а мякиш будет прилипать к ножу). �спользуют в качестве кормовых добавок также отруби, отходы технологических процессов изготовления хлеба. Также как гвозди забивают молотком, а не микроскопом, хотя последний намного тяжелее. �сходя из изложенного, в нашем понимании истинное энергосбережение — это прежде всего ограничение использования электрической энергии и отсутствие в энергогенерирующих установках и системах градирен или других каких бы то ни было систем рассеивания в окружающую среду неиспользованной, в первую очередь, в термодинамических циклах тепловой энергии. Централизованное производство электрической энергии с использованием ее для совершения у потребителя необходимых ему видов работ выгодно только при больших объемах потребления на месте производства и там, где значительная ее часть используется для совершения разнообразных длительных многофункциональных, ориентированных в пространстве силовых процессов (станочное оборудование, подвижной состав железнодорожного и городского транспорта, подъем и перемещение грузов, выплавка особо чистых сталей, алюминия и т. д. ) без дальнейшей деградации и частично при удовлетворении физиологических потребностей человека в условиях сверхплотной городской застройки. В процессе развития традиционной электроэнергетики, в период индустриализации, приоритет был отдан строительству больших ТЭЦ с параллельной выработкой тепловой энергии из-за относительно высоких КПД термодинамических циклов и преобразования механической энергии в электрическую (чем крупнее ТЭЦ, тем эти показатели выше). � это оправдало себя в период интенсивного производства средств производства, а особенно в период Великой Отечественной войны. Однако работа последних лет показала, что получать сверхвысокие КПД термодинамических циклов, соизмеримые с получаемыми на крупных ТЭЦ, можно и при низких температурных напорах в малых стационарных установках, если использовать в качестве рабочих тел фторуглероды алифатического ряда и оборудование оригинальной разработки. �сходя из специфической децентрализации малых объектов, КБАЭ «ВоДОмёт» для рассредоточенных зданий с небольшими объемами энергопотребления с 1994 года разрабатывает установки и системы проекта «Альтернативная энергетика» («АЭ»). Продолжение следует