Зеленый Крест | Неисчерпаемые источники энергии для Ленинградской области
Зеленый Крест | Неисчерпаемые источники энергии для Ленинградской области
2804
single,single-post,postid-2804,single-format-standard,ajax_updown_fade,page_not_loaded,

Неисчерпаемые источники энергии для Ленинградской области

 

Неисчерпаемые источники энергии для Ленинградской области

Добавил Natalia в Публикации 15 Июн 2016

На недавнем заседании Общественного экологического Совета при Губернаторе Ленинградской области обсуждали возможности использования неисчерпаемых источников энергии для Ленинградской области

 
Толчок к обсуждению темы развития альтернативных источников энергии послужила работа члена Совета, Анны Гаркуши, о возможности использования топлива из коммунальных отходов в котельных Лужского района. Выяснилось, что выбор любого топлива влечет за собой негативные последствия для природы – что топлива из отходов, что угля, что газа, для прокладки труб по доставке которого нужно прорубать просеки по территории заказника…

 

Если бы  каждое поселение стояло перед задачей самостоятельно добывать себе энергию без опоры на центральные власти, то решить эту задачу могло бы  так:

  • перерабатывать вторичные ресурсы на топливо – от навоза на биогаз до резиновых шин на солярку
  • ставить системы, получающие энергию из природных процессов – гидроэлектростанции, в том числе и безнапорные, тепловые насосы и иные системы использовани
  • геотермальной энергии, солнечные батареи, ветряные генераторы, прибойные электростанции
  • использовать забытые источники энергии – торф, топливную щепу, древесный уголь
  • добывать растительный топливный спирт (этанол).

 

Наиболее перспективным на заседании Совета было признано массовое применение тепловых насосов и иное использование тепла земных недр.

 

Сегодня в мире в качестве альтернативного источника отопления тепловые насосы очень широко применяются. Но Россия в этом вопросе находится едва ли не на самом последнем месте. Тепловой насос преобразует природную низкопотенциальную теплоту, а также тепловые отходы в теплоту более высокой температуры, пригодную для теплоснабжения. В мире сегодня эксплуатируется  более 130 млн. тепловых насосов. По данным Международного Энергетического Агентства доля теплоснабжения к 2020 году в развитых странах тепловыми насосами будет составлять 75 %.  По данным Финской Ассоциации тепловых насосов (SULPU) к 2020 году в Финляндии планируется установить более миллиона тепловых насосов, которые будут производить 8 млрд. кВт∙ч возобновляемой энергии . Одним из главных преимуществ теплонасосной технологии безусловно является ее автономность в работе, что особенно важно для населенных пунктов, где есть нехватка традиционных источников энергии или их потребление слишком дорого и неэффективно.

 

Принцип действия теплового насоса известен более ста лет. Он заключается в передаче внутренней энергии от энергоносителя с низкой температурой к энергоносителю с более высокой температурой. Так как по второму закону термодинамики тепловая энергия переходит от более низкого температурного уровня к более высокому, то для достижения теплонасосного цикла необходимо использовать внешнюю приводную энергию. Рабочим телом в тепловом насосе является вещество, кипящее при низкой температуре, некий хладагент. Энергоноситель, отбирающий необходимую теплоту с источника низкой потенциальной энергии, попадает в испаритель. В испарителе тепло передается хладагенту и жидкий хладагент обращается в пар. Далее пары всасываются компрессором и сжимаются в нем до высокого давления. При сжатии температура паров растет, что создает возможность отдачи тепла теплоприемнику. Пары хладагента при высоком давлении и высокой температуре поступают в конденсатор, где происходит съем теплоты с помощью энергоносителя, который является приемником тепла. Конденсируясь, пар хладагента отдает тепловую энергию, переходя в жидкую фазу. Далее жидкий хладагент проходит через регулирующий вентиль и поступает обратно в испаритель. В регулирующем вентиле давление жидкого хладагента снижается до давления в испарителе.
Финансовые затраты на отопление тепловым насосом ниже по сравнению с другими способами отопления. Тепловые насосы, применяемые для жилого малоэтажного строительства, малошумны, компактны и автономны. В летний период их можно переключить в режим охлаждения, подключая систему «холодный потолок» или фанкойлы. Срок окупаемости установки около 20 лет. К  недостаткам можно отнести относительно невысокую температуру нагрева воды до +60 градусов Цельсия.
Тепловые насосы – удачное решение для отдельно стоящего дома, к которому подведено электричество. Если же нам нужно обогреть целый поселок, то можно использовать более глубокие слои Земли для добычи энергии.

 

В городе Эспоо через два года будет запущена первая в Финляндии геотермальная электростанция. Финские инженеры планируют использовать естественное тепло земных недр для обогрева зданий. И если эксперимент будет успешным, то подобные теплоцентрали можно возводить повсеместно, например, в Ленинградской области. При погружении на каждые 100 метров вглубь земли температура пород повышается в среднем на 3 градуса. В среднем — это значит, что есть места на планете, где температура повышается на полградуса, а где-то — и на 15 градусов. Температурный градиент, разумеется, увеличивается неравномерно. Финские специалисты рассчитывают достичь на глубине 7 км зоны, в которой температура пород составит 120 градусов Цельсия, притом что температурный градиент в Эспоо примерно 1,7 градуса на 100 метров, а это даже ниже среднего уровня. И, тем не менее, это уже достаточная температура для запуска геотермальной теплоцентрали.
Суть системы, в принципе, проста. Бурятся две скважины на расстоянии в несколько сот метров друг от друга. Между ними в нижней части нагнетают под давлением воду, чтобы разорвать пласты и создать меж ними систему проницаемых трещин. Технология отработана: подобным способом сейчас добывают сланцевую нефть и газ.
Затем в одну из скважин закачивают воду с поверхности, а из второй — наоборот, откачивают. Вода идет по трещинам среди раскаленных пород, и затем поступает по второй скважине на поверхность, где передает тепло обычной городской теплоцентрали.
Интересные места для строительства подобных геотермальных электростанций есть и в Ленинградской области. Скальный щит под нашими ногами  неоднороден: он испещрен разломами, по некоторым из которых поднимается наверх тепловой поток.
Первыми на это явление обратили внимание ботаники, которые нашли на Карельском перешейке и на Ижорском плато островки тепла, где произрастают растения либо с высокой скоростью воспроизводства, либо относящиеся к более южным ботаническим подзонам. А под Гатчиной и вовсе обнаружена ботаническая аномалия — растения альпийско-карпатской флоры. Растения существуют благодаря тепловым потокам, идущим из-под земли.
Исследованиями с применением дистанционной геотермии, использующей материалы тепловой космической съемки, было показано, что в пределах Восточно-Европейской платформы в узлах пересечения разломов земной коры из-за значительных скоростей вертикального подъема подземных вод может наблюдаться высокий (десятки Вт/м2) конвективный вынос тепла из земных недр ( ранее считалось, что эта геологическая структура не является геотермически активной и тепловые потоки не превышают 80-100 мВт/м2). Эндогенные потоки тепла в десятки Вт/м2, поступающие к земной поверхности, в климатических условиях Северо-Запада сопоставимы со среднесуточными значениями солнечной радиации, падающей на эту поверхность (порядка 200 Вт/м2) В результате в местах естественного геотермального подогрева повышается среднегодовая температура почвы, наблюдается опережающее снеготаяние и создаются более благоприятные условия для земледелия. К настоящему моменту на территории Ленинградской области по данным дистанционной геотермии выявлено несколько мест с аномально высоким тепловым потоком, где плотность его достигает 50 Вт/м2.
По результатам бурения в районе Пулково на глубине 1000 метров температура кристаллических пород составила плюс 30 градусов, то есть в среднем она повышалась на 3 градуса каждые 100 метров. Это «средний» уровень температурного градиента, но он почти в два раза больше, чем в районе Эспоо, в Финляндии.

 

Вторым по значению потенциальным источником энергоносителей является всем надоевший борщевик Сосновского. Борщевик содержит 17-31% сахаров от фазы бутонизации до фазы цветения, урожайность зеленой массы варьирует от 50 т/га у дикорастущего и до 250 т/га у культивируемого, что сопоставимо с сахарным тростником (урожайность – 65 тонн на гектар, содержание сахара – 15%). А сахарный тростник давно применяется в Бразилии для изготовления моторного топлива. Есть и патент, и технологии переработки борщевика на топливо, созданные российскими учеными.
На торфе успешно работает  котельная  принадлежащая компании «Фарт», которая занимается добычей торфа в Гатчинском районе. Есть котельные , работающие на топливной щепе – но в основном и топливная щепа, и, разумеется, пеллеты, уходят за рубеж, нам ими топить дорого.

 

Солнечная и ветровая энергии пока применяются для освещения автобусных остановок – на трассах Ленинградской области мы часто видим стоящие столбы с мощной энергосберегающей лампой-прожектором, питаемой от на тех же столбах укрепленных солнечной батареи и ветряка. Но вообще Северо-Запад России является регионом, в котором присутствуют необходимые условия для широкого применения ветроэнергетических установок. Анализ ветрового режима проводился по 79 метеостанциям региона на территории, ограниченной координатами: 27-36 градусов восточной долготы и 58-62 градуса северной широты.

 

Часть рассмотренных площадок имеет высокое число часов использования (выше 3000 ч.), достигая в отдельных случаях 4000-4500 часов в год. Большой интерес представляет использование побережья и мелководных акваторий Финского залива и Ладожского озера, где небольшая глубина 2-10 м и высокие среднегодовые скорости ветра создают благоприятные условия для сооружения ветроустановок. Общая установленная мощность региона восточной части Финского залива с учетом мелководных акваторий глубиной до 10 м может составить 11250 Мвт. Годовая выработка электроэнергии может составить около 25 млрд. кВт•ч/год.

 

Гидроэнергетический потенциал Санкт-Петербурга и Ленинградской области оценивается примерно в 480-500 млн. кВт•ч; на территории Ленинградской области сооружены 6 крупных ГЭС: Волховская на р. Волхов; Нижне-Свирская и Верхне-Свирская на р. Свирь; Лесогорская и Светогорская на р. Вуокса; Нарвская на р. Нарва.

 

В настоящее время используется незначительная доля (~0,2%) потенциальных гидроэнергетических ресурсов малых рек региона, в то время, как в годы расцвета малой гидроэнергетики (50-60 годы 20 века) на территории области эксплуатировалось несколько десятков малых ГЭС, которые затем в условиях сплошной сетевой электрификации были выведены из эксплуатации и заброшены. Они могут быть реконструированы, восстановлены и технически перевооружены. На ряде малых ГЭС сохранились гидротехнические сооружения и бьефы, которые используются в рекреационных и мелиоративных целях, что упрощает задачу восстановления объектов и снимает ряд задач, связанных с экологией. При пуске 100 малых ГЭС (до 1МВт) и микроГЭС (до 100 кВт) можно рассчитывать на получение в год до 0,15 млрд. кВт.ч. электроэнергии, что составит 5-10% от электропотребления в сельском хозяйстве области и существенно повысит стабильность энергообеспечения сельского хозяйства. Примером в этом направлении может явиться разрабатываемый проект реконструкции и восстановления Андреевской малой ГЭС в Выборгском районе Ленинградской области мощностью 700 кВт.

 

Особое внимание, мне кажется, следует уделить безнапорным ГЭС, которые не влияют на гидрологический режим рек и дают хотя и не слишком много электроэнергии, но достаточно для обеспечения работы тепловых насосов в поселке на 1000 человек населения.

 

Одним из перспективных источников энергии может стать биогаз, образующийся при разложении твердых бытовых отходов (ТБО). В отличие от технологий сжигания ТБО, получение и использование биогаза является экологически чистой технологией. В среднем одна тонна коммунальных отходов выделяет 100-200 м3 биогаза. Ориентировочный объем запасов метана при разложении органического вещества свалочных масс только двух действующих полигонов “Южный” и “Новоселки” оцениваются в размере около 1 млрд. м3 .

 

Хорошим источником энергоносителя могут стать системы получения пиролизного газа или жидкого топлива фактически из любой органики. Так, компания «Турмалин» в Киришах смогла создать пиролизный котел непрерывного действия по переработке резиновых шин в синтетическое топливо, по характеристике не уступающему солярке. Срок окупаемости установки – один год.

 

Что касается солнечной энергии, то для Санкт-Петербурга и Карельского перешейка удельные технические гелиоресурсы в зависимости от варианта ( приемная площадка наклонена на юг под углом 60 град. или приемная площадка непрерывно следит за Солнцем) составляют 680 — 1070 кВт-ч./кв.м при использовании теплового коллектора и 160 — 220 кВт-ч./кв.м при использовании фотоэлектрических преобразователей.

 

Разработанные в ФТИ им. А.Ф.Иоффе концентраторные фотоэнергоустановки нового поколения обеспечивают существенное снижение стоимости получаемой электроэнергии за счет высокой эффективности наногетероструктурных каскадных солнечных элементов (КПД 35-40%), слежения за Солнцем и снижения в сотни раз площади солнечных элементов. Такие установки экономически рентабельны уже сейчас для обеспечения электроэнергией автономных потребителей в ряде регионов России.

 

Для широт региона также возможно использование солнечной энергии для низкотемпературных процессов, таких как нагрев воды до температур ~80град.С с помощью солнечных тепловых коллекторов для систем горячего водоснабжения с сезонным циклом использования. При обеспечении семьи из 4 человек горячей водой в объеме 200 л/сутки система солнечного теплоснабжения площадью 10 кв.м дает экономию от 300 до 900 литров топлива (мазут) в год.

 

Материалы и предложения Совета будут переданы в Комитет по топливно-энергетическому комплексу Ленинградской области.

 

Так что, несмотря на отсутствие залежей энергетических полезных ископаемых в Ленинградской области, все равно наш регион обладает фактически неисчерпаемыми и экологически «чистыми» источниками энергии для производства и тепла, и электричества.

Юрий Шевчук, «Зеленый Крест»

Отправить комментарий