Книга служит цели информирования специалистов в области устойчивого развития городов, устойчивого проектирования и строительства.
Скачать 4.74 Mb.
|
Экологичность энергокомплекса. Проблемы энергетики состоят не только в исчерпаемости большинства современных ресурсов (сейчас доля в общемировой выработке первичной энергии нефти - 37 %, угля - 27 %, газа -18 %, дров и другого биотоплива -15 %, ГЭС и АЭС - 3 %), но и в ограниченности получаемой энергии по тепловому лимиту биосферы. Этот лимит близок к 140 -150 х 1012 Вт, причем нужно учитывать также разницу между охлаждающим и отепляющим антропогенными воздействиями, составляющую около 40...50 х 1012 Вт. Поэтому будущая энергетика должна быть недобавляющей (то - есть не добавлять тепла в атмосферу сверх установленного предела), а также - биопозитивной (использовать для производства энергии только возобновимые ресурсы, применять для производства энергии близкие к природным технологии, выбрасывать в окружающую среду перерабатываемые ею загрязнения в объеме, близком к природному, и др.). В то же время и при использовании возобновимых источников энергии нужно учитывать, что нет абсолютно безопасных и экологически чистых источников. Обе проблемы - исчерпаемости большинства современных энергоресурсов и недобавления тепла - чрезвычайно сложны для решения и одновременно очень актуальны. К ним добавляется еще одна нерешенная проблема, возникшая недавно как следствие роста цены энергоносителей и их исчерпаемости: это - экономия энергии и энергоносителей. Экономия достигается проектированием энергоэкономичных объектов техники и технологий, созданием новых технологий получения энергии. Перспективы использования известных энергоресурсов приведены в табл. 7.2.[48]. Таблица 7.2.
Из таблицы следует вывод о наличии достаточной напряженности в использовании традиционных энергоресурсов и их скорой исчерпаемости, а также о необходимости переориентации на новое ресурсосберегающее и ресурсовоспроизводящее мышление, которое позволит в дальнейшем сберегать ресурсы для будущих поколений (можно сопоставить эти выводы с предложениями в концепции «инвайронментального пространства»). Для анализа экологичности энергокомплекса интересно сопоставление природных и технических принципов производства и потребления энергии (табл. 7.3.). Таблица 7.3. Природные и технические принципы в энергетике
На основе использования принципов биопозитивности, основных направлений совершенствования сложившегося энергокомплекса, анализа состояния энергоресурсов можно предположить направления постепенного создания экологичной, биопозитивной энергетики (табл. 7.4). По-видимому, будет наблюдаться существенное энергосбережение в новых приборах, установках и технологиях, разумное использование недобавляющих альтернативных источников, миниатюризация энергоустановок, применение другого более экологичного и широко представленного на Земле топлива, а также, возможно, и нового ранее неизвестного источника энергии. Среди перспективных источников - электрохимические элементы. Таблица 7.4. Биопозитивная городская энергетика
Топливные элементы - это устройства, в которых происходит непосредственное превращение химической формы энергии в электричество. В качестве топлива может быть использован газ (водород, генераторный газ, насыщенные углеводороды и др.), в качестве окислителя - кислород, хлор. В топливных элементах используются пористые электроды, контактирующие с горючим и окислителем. Проникающий в поры электродов газ становится электрохимически активным и переходит в электролит в виде ионов. Электрод, соприкасающийся с горючим, приобретает отрицательный заряд, а электрод, контактирующий с окисляющим газом - положительный. Весьма перспективно использование принципов создания света в живых организмах: в светящихся органах светляков, морских животных, бактерий свет выделяется при почти полном превращении энергии химических соединений в кванты света. В основе этого "холодного" света - химические реакции с участием вещества люциферина, которое под влиянием фермента люциферазы разлагается, что вызывает испускание квантов света. К. Эрвин, изобретатель из США, создал ботинки с внутренним обогревом от пьезокристаллов, вмонтированных в подошву и изгибающихся при ходьбе с выработкой электроэнергии. Наконец, бионические принципы целесообразны при накоплении энергии. В живых организмах преобразование энергии сопряжено с биохимическими реакциями, среди которых наибольшую роль играют реакции окисления и восстановления. Накопление энергии предполагает наличие особых высокомолекулярных структур в виде мембран клетки с функциями разделения сильноокисленных от восстановленных веществ, создания местных градиентов электропотенциалов, локального повышения концентрации водородных ионов и др. Энергосбережение. Ограниченность запасов традиционных энергоносителей, огромные потери энергии при ее производстве, транспортировании и использовании, неэкономичность энергопотребления привели к идее энергосбережения. Уже получены впечатляющие результаты за счет применения новых технологий во многих отраслях хозяйства - от металлургии и до бытовой техники. Среди последних разработок, например, новые стандарты на энергоэкономичную бытовую технику в США, применение которой в быту сделает ненужными 22 крупные электростанции; создание нового стирального порошка, активно действующего в воде комнатной температуры; использование новых компактных ламп дневного света с 4 -кратным снижением энергопотребления по сравнению с лампами накаливания; достижение экономичности работы двигателей автомобилей за счет использования бортового компьютера, и др. Учитывая, что около 40% энергии в промышленно развитых странах уходит на снабжение жилых домов, особенно актуальна идея создания массовых энергосберегающих зданий. Энергосберегающие здания сейчас конструируют с учетом следующих новых решений: -Архитектурно - планировочные решения, исключающие сквозное проветривание, резко сокращающие кратность воздухообмена, повышающие нагрев южной стены и снижающие охлаждение с северной стороны, позволяющие использовать пассивный солнечный нагрев и др. -Строительные изделия, снижающие теплопотери через наружные стены и проемы: энергоэкономичные стены, окна, двери, форточки, жалюзи, кровельное покрытие. -Решения вентиляции, позволяющие утилизировать все тепло выбрасываемого воздуха. -Тепловые насосы, утилизирующие все тепловыделения приборов в здании. -Автоматическое поддержание минимально необходимой температуры в помещениях и автоматическое включение и выключение освещения. Очень большим источником экономии энергии является модернизация технологий. В Японии за 10 лет энергоемкость производства сократилась более чем в 2 раза. Создана бытовая аппаратура с сокращенным в 2 раза энергопотреблением. Контактные лампы дневного света, выпускаемые во многих странах, требуют в 4 раза меньше электроэнергии, чем лампы накаливания: двадцатипятиваттная лампа светит как стоваттная, а время работы больше в 5-10 раз. Возобновляемые источники энергии. К ним относят все природные постоянно возобновимые ("альтернативные") источники: гелиоэнергетика (тепло и электричество), ветроэнергетика, биоэнергетика (биогаз, биосинтез водорода, получение жидкого биотоплива - этанола и др., тепло мусоросжигания и др.), гидро - и геоэнергетика, в том числе и миниатюрные ГЭС, и др. К альтернативным относят также источники вторичной энергетики (использующей сбросное тепло), энергетику на основе использования разности температур, космическую энергетику. Солнечная энергия - один из самых доступных источников, но ее плотность низка, а излучение - прерывисто и зависит от метеорологических условий. Ее можно использовать для непосредственного преобразования в электрическую с помощью солнечных батарей, для нагрева теплоносителя и преобразования его энергии в электрическую, для нагрева теплоносителя и снабжения горячей водой, для нагрева массивных конструктивных элементов зданий, а также в качестве источника энергии для получения других видов возобновимой энергии - биоэнергетических установок, тепловых насосов. Ветровая энергия также относится к энергии низкой плотности, поэтому требуются значительные площади для ее выработки. Ветер как носитель кинетической и тепловой энергии направлен в сторону понижения атмосферного давления, причем на формирование ветровых потоков существенное влияние оказывают местные факторы - рельеф, водоемы, лес и др. Энергия ветра зависит от солнечной энергии, часть которой преобразуется в ветровую. Ветровая энергия при ее очень большом потенциале (около 40 ТВт при современном полном энергопотреблении около 10 ТВт) распределена по поверхности Земли крайне неравномерно: имеются сравнительно устойчивые и меняющиеся потоки. Благоприятной для использования является скорость ветра 3...10 м/сек при повторяемости около 60...90 %. Ветровую энергию преобразуют в электрическую, механическую, тепловую с помощью ветроагрегатов, основным рабочим органом которых является ветроколесо с горизонтальной или вертикальной осью вращения. Имеется большое число вариантов ветроколес, хотя в практике нашли наибольшее применение агрегаты пропеллерного типа с 3 лопастями. Гидро- и геотермальная энергии также относятся к низкопотенциальным источникам, но они имеют слабое сезонное и суточное колебания температуры и энтальпии. В первую очередь это-энергия геотермальных вод, залегающих на сравнительно небольшой глубине в ряде регионов Земли - в Исландии, США (Калифорния), Японии, России (Камчатка). Скважины в этих регионах дают водяной пар с температурой 200...400 0С, используемый для получения электроэнергии, и пароводяную смесь с температурой 100...120 0С для применения в системе теплоснабжения. Другой способ использования тепла недр - бурение глубоких скважин, достигающих пород с высокой температурой, и отбор этого тепла с помощью воды - теплоносителя. Применяется и использование теплоэнергоресурсов верхнего слоя грунта вблизи зданий, причем подбирается грунт, способный аккумулировать тепло в летнее время на глубине до 3 м (учитывается геологическое строение пород, водосодержание, теплоемкость и теплопроводность, сезонные изменения температуры грунта, экологически безвредное количество извлекаемого тепла. В последние годы все более широкое распространение получает малая гидроэнергетика - миниатюрные устройства, помещаемые даже в небольшие ручьи и каналы для полива при очень малой скорости течения воды. Известно много решений рабочих органов этих устройств - от различных крыльчаток и до двигателя с использованием лопастей типа жалюзи. Начато использование энергии приливов и волн. Устройства для отбора энергии волн делятся на два основных типа: поплавковые (на поверхности воды имеется поплавок, связанный вертикальными связями с анкером на дне и перемещающийся относительно него при движении волн) и шарнирно сочлененные плоты, поворачивающиеся относительно друг друга при волновом воздействии. Мощным аккумулятором солнечной энергии является биомасса - материалы растительного и животного происхождения (трава, деревья, кустарники, водоросли, отходы сельскохозяйственного производства, животноводства, промышленные и бытовые отходы, сточные воды). Биомасса может быть использована как исходный продукт для образования биогаза или жидкого топлива, причем пригодна биомасса - продукт фотосинтеза (растения) и биомасса в отходах производства. Отходы - один из перспективных в ближайшие годы источников биогаза: на одного человека в год в развитых странах приходится до 5т сухих отходов в год, а в США и России - около 2,4 млрд. т. сухих отходов, что после переработки в биогаз даст около 1 млрд. т. условного топлива. Биогаз получают в установках, основной частью которых является реактор - метантенк, играющий роль бродильной камеры, в которую ежесуточно загружают свежий субстрат (биомассу), обеспечивая нужную температуру брожения, равномерное перемешивание массы, опорожнение от шлама, освобождение реактора от биогаза. Указанные выше источники возобновимой энергии все шире используют в развитых странах мира, причем расширение их использования связано также и с осознанием нереальности очень низкой цены невозобновимых энергоресурсов, не отражающих действительных затрат и по сути дела кредита на эти ресурсы у будущих поколений. Так, в США гелионагреватели поставлены на 1,5 млн. домов. Там же есть несколько солнечных электростанций, имеющих мощность от 0,3 до 6,5 МВт и включенных в энергосистему. В настоящее время ведутся работы по удешевлению получения солнечного кремния высокой чистоты для солнечных элементов. Небольшие солнечные электростанции могут найти чрезвычайно широкое применение в связи их экономичностью и надежностью. Например, необычным и широко внедряемым в настоящее время в практику решением является использование размещенной на крыше автомобиля солнечной батареи для питания кондиционера системы охлаждения салона во время стоянки. Известно, как сильно нагревается салон в летнее время. Простое и не требующее никаких затрат энергоносителей решение позволяет автоматически поддерживать нужную температуру в автомобиле. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Похожие:
 | Устойчивого развития умных городов Международная конференция «Информатизация и технологическая модернизация образования» в содружестве XXXIII- международной конференции... | | Отчет о результатах оценки соответствия Проекта Канкунской гэс критериям... Методика оценки соответствия гидроэнергетических Проектов критериям Устойчивого развития |
 | В. И. Вернадский Значение и место России и ноосферного русского образования... Ества их жизни, а также для сохранения всех форм жизни на планете Земля. В новом веке наступает эпоха ноосферного устойчивого развития... | | Информационно-управляющие системы Благодаря этому интересу возникли секции нашей конференции в разных регионах России и других странах. Проблема устойчивого развития... |
| Вопросы теории раздел Базовые положения теории устойчивого развития (УР) 48 Российской Федерации каждый имеет право на благоприятную окружающую среду, каждый обязан сохранять природу и окружающую среду, бережно... | | Рабочая программа по дисциплине «Экологический туризм основа устойчивого развития региона» Рабочая программа по дисциплине «Экологический туризм – основа устойчивого развития региона» составлена в соответствии с требованиями... |
| Обеспечение устойчивого сбалансированного развития региона на основе... Автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования Ленинградской области | | Рабочая программа дисциплины «Корпоративная социальная ответственность» А. Цели дисциплины: освоение студентами концептуальных и практических основ формирование корпоративной социальной ответственности... |
| Информация по исполнению мероприятий долгосрочной областной целевой... Волгоградской области в целом. Обеспечение необходимого уровня пожарной безопасности и минимизация потерь вследствие пожаров является... | | Урок Тема: Географические открытия XVII-XIX веков По 1-й линии развития – осознание роли географии в познании окружающего мира и его устойчивого развития |
| Информация о развитии и поддержке субъектов малого и среднего предпринимательства... ... | | Республики башкортостан доклад Создание условий для устойчивого развития сельских территорий |
| Фермерские хозяйства – основа устойчивого развития «Совершенствование социально-нравственных ориентиров, общечеловеческих ценностей» | | 1. Формирование концепции Устойчивого развития 6 Панельные данные как метод исследования влияния различных факторов на уровень выбросов 24 |
| 1. Формирование концепции Устойчивого развития 6 Панельные данные как метод исследования влияния различных факторов на уровень выбросов 24 | | 6 Вопросы терминологии 206 ... |
