Солнце греет, ветер крутит

   Одной из составляющих программы, над которой работает Энергоцентр ЕС в Бурятии, является разработка способов использования возобновляемых источников энергии. Уже определены объекты, где предполагается установка солнечных батарей, а также ветрогенераторов. Ставится вопрос о сравнительно небольших гидроэлектростанциях на горных речках. Они были у нас в свое время, но в связи с централизованным электроснабжением были заброшены.

   Преимущества возобновляемых источников энергии, прежде всего, в их экологичности. Затем, в дешевизне вырабатываемой энергии, поскольку не требуется ни уголь, ни мазут, ни газ. Но все виды топлива, как известно, имеют конечный ресурс, невозобновляемы, между тем, солнце, ветер и вода, пока стоит мир, неиссякаемы.

   В предполагаемой статье дается разъяснение проблемы, связанной с возобновляемыми источниками энергии. Кроме того, на 27-29 апреля намечен семинар по линии ТАСИС, где будут представлены конкретные расчеты и экономические выкладки по данному вопросу.

    В ОСНОВЕ производства всех товаров лежит энергия. Поэтому кажется очевидным, что богатство страны напрямую зависит от количества энергии, которую она вырабатывает. Однако это лишь на первый взгляд. На самом деле количество произведенной энергии не превращается прямо в высокое ка-чество жизни людей. Так, в бедной энергетическими ресурсами Дании уровень жизни несравненно выше, чем в изобилующем ими бывшем Советском Союзе. 

   Нам постоянно твердят, что в настоящее время пока нет альтернативы атомной энергии и энергии, производимой станциями, работающими на угле и газе. Но пример зарубежных стран показывает, что существует много других возможностей получать энергию. Разработано немало способов использования возобновляемых видов энергии: солнечной энергии, энергии ветра, энергии морских волн, термальных источников и так далее.

   Особенно важным является тот факт, что использовать возобновляемые источники энергии можно в тех местах, где других источников энергии нет. Это отдаленные районы, районы с низкой плотностью населения, передвижные или сезонные объекты. Если у вас есть источник недорогой электроэнергии или тепла, то, например, фотобатареи или установки, нагревающие воду за счет энергии солнца, не будут конкурентоспособными. Владельцу частного дома в пригороде не стоит устанавливать фотоэлектрическую систему для обеспечения дома энергией и отключаться от сети (хотя технически это возможно). С другой стороны, если есть потребность в энергии, но нет ее источника, солнечные элементы или ветроэлектрическая установка могут оказаться вполне конкурентоспособными.

   Самое распространенное использование солнечного тепла - это нагревание воды. Установка состоит из одного или нескольких коллекторов, в которых происходит нагрев жидкости солнцем, и резервуара для горячей воды, где вода нагревается жидкостью, поступающей из солнечного коллектора. В Северной Европе такая установка может обеспечить 50-70 % потребности в горячей воде, а в Южной Европе - 70-90. Солнечные водонагреватели очень распространены в Греции и Израиле. Сейчас они постепенно внедряются в Северной Европе, например, в той же Дании, где и правительство, и энергетические компании вложили много сил в программы по использованию солнечного тепла в домах на одну семью.

   Срок окупаемости солнечной водонагревательной установки в Северной Европе составляет 3-4 года.

  Летом используется много простых систем, которые нагревают воду в солнечные дни. Такие системы используются, например, для туристов или маленьких летних домиков.

   Солнечный коллектор, который нагревает воздух, можно использовать как дешевый источник тепла для высушивания сельскохозяйственных культур. Воздух, пройдя через солнечный коллектор, нагревается, а затем продувается через растение. Сырой дом или комнату тоже можно просушить продуванием в них горячего воздуха через солнечный коллектор. Если использовать фотоэлектрический воздуходув, воздух будет проходить через дом, только когда солнечно. Такие установки обычно используются в летних домиках в Дании и Швеции, где они сохраняют дом сухим в течение года.

   Можно привести пример экономии энергии в быту с использованием солнечных установок. Шведская семья из 4 человек потребляет 50 литров горячей воды на человека. Установив солнечный коллектор, рассчитанный на такой расход, и резервуар для хранения воды, они получают годовую экономию 5000 кВт/ч, что эквивалентно 500 литрам нефти. Такой бытовой солнечный нагреватель в Европе окупается в течение года.

   Фотоэлектрические элементы используются для производства электричества, тогда как ранее упоминавшиеся солнечные установки производят тепло. Фотоэлектрические элементы можно использовать для различных целей. Но в районах со стабильным электроснабжением их использование все еще экономически неконкурентно по сравнению с другими источниками энергии. Их можно использовать в домах, расположенных в удаленных районах, для обеспечения освещения, кондиционирования, связи привода электронасосов для подъема воды из скважин, зарядки аккумуляторов, работы небольших холодильников и так далее.

   Основные разработки в области технологии фотоэлектрических элементов принадлежат США, Японии и Германии. Именно в Японии огромные средства вкладываются в совершенствование фотоэлектрических элементов, и в последние годы Япония захватила большую часть рынка США. Германия достигла замечательных результатов и высокой эффективности благодаря лабораторным экспериментам. Фотоэлементы одинаково надежно работают при низких температурах, при ярком солнце и при не очень пасмурной погоде, во многих случаях необязательны системы слежения за солнцем. Единственное, что требуется для обслуживания, - периодически удалять грязь с их поверхности.

   Фотоэлементы обычно используются в сочетании с аккумуляторами, которые ночью отдают запасенную за день электрическую энергию на освещение, и инверторами- преобразователями постоянного тока в стандартное бытовое напряжение в 220 вольт. Установка для летнего домика может, например, состоять из двух фотоэлектрических модулей общей мощностью 100 ватт и аккумуляторной батареи на 100 ампер/часов. Такое устройство может вырабатывать достаточно энергии для освещения, работы телевизора, маленького холодильника и насоса для полива в летние месяцы.

   Западные эксперты полагают, что в течение ближайших 15 лет мы станем свидетелями большого увеличения использования фотоэлектрических панелей. Срок окупаемости солнечных фотоэлектростанций составляет на западе 7-8 лет, при этом нужно учитывать, что срок их службы до 30 лет.

   Один из самых древних способов использования ветровой энергии - это ветряные мельницы. Например, в 1920 роду на фермах одной только Дании их было примерно 30000. Они в основном обеспечивали энергией сельскохозяйственные машины. Интерес к применению ветряной энергии возродился во время Второй мировой войны и после нее в связи с дефицитом энергии. Развитие этого направления достигло своего пика, когда в 1957 году была изготовлена ветряная турбина мощностью 200 кВт. Энергетический кризис 70-х годов положил начало созданию небольших ветрогенераторов для домашнего хозяйства. Развитие этого процесса  привлекло много изобретателей и сторонников. Ветрогенераторы находились как в единоличной, так и в кооперативной собственности. Они были как индивидуальными, так и могли отдавать излишки производимой электроэнергии в общую энергосеть.

   В Европе обычно объединяются 5-10 семей и совместными усилиями устанавливают ветрогенератор, образуя так называемые "ветряные фермы" с 10-30 ветроустановками. Именно малые ветроустановки, предназначенные для использования в домашнем хозяйстве, положили начало развитию этой отрасли в 70-х годах. Позднее был осуществлен переход к большим ветроустановкам, подключенным к энергосети, и совершенствование малых и индивидуальных ветроустановок приостановилось. Однако в последние годы интерес к использованию и разработке таких ветроустановок возродился. Они называются малыми ветрогенераторами, имеют мощность 1-20 кВт и могут как подключаться к сети, так и работать автономно. Кроме того, существуют небольшие ветроустановки для накачивания воды.

   Ветроэнергетические установки конструируются в расчете на номинальную мощность при скорости ветра от 8 до 12 метров в секунду. Средняя продолжительность эксплуатации ветроэнергетических установок составляет от 5000 до 7000 часов в год, из них от 1000 до 2000 часов в год с полной мощностью.

   Конечно, производство ветрогенераторов требует затрат, но после этого они производят энергию без загрязнения окружающей среды в отличие от тепловых станций, использующих ископаемое топливо. Срок окупаемости ветроустановки с хорошим местоположением составляет менее полугода. Таким образом, ветроэнергетика может считаться одним из наиболее чистых способов получения энергии, существующих в настоящее время.

   Однако внедрение ветрогенераторов не полностью исключает влияние на окружающую среду. Главная проблема для окружающей среды, связанная с ветроустановками, - это шум при их работе. В Европе существуют законы в области окружающей среды, которые определяют, какой уровень шума допустим для ветрогенераторов и какому уровню шума могут подвергаться люди, живущие неподалеку. Из них следует, что отдельно расположенная ветроустановка может находиться на расстоянии примерно 150 метров от ближайшего жилого дома и при этом генерировать шум с максимальным уровнем 45 децибел. Но это небольшой, и к тому же практически единственный недостаток ветроустановки, особенно если учесть, что срок ее службы обычно весьма продолжителен и составляет 10-15 лет при минимальном техническом обслуживании.

   В нашей стране разработки оборудования, преобразующего энергию ветра и солнца в электрическую энергию и в энергию горячей воды, начались в то же время, что и за рубежом. Но интенсивные разработки промышленных серийных образцов начались только 10-15 лет назад. Солнечные установки различной мощности уже эксплуатируются в Туркмении, Узбекистане, на Украине, в Крыму, Дагестане. В Крымской области внедрены ветроэнергетические комплексы, включающие в себя ветрогенераторы и солнечные коллекторы для нагрева воды.

   Но не нужно думать, что в сибирских условиях это не применимо, а если и применимо, то очень дорого. Можно привести такой пример. Автономная установка для обеспечения электрической энергией небольшого дома, удаленного от всех коммуникаций и источников энергоснабжения, может состоять из ветроэлектрической установки, солнечного фотоэлемента, аккумуляторов для сохранения выработанной фотоэлементом и ветроустановкой электроэнергии и преобразователя для подключения стандартной бытовой аппаратуры с рабочим напряжением 220 вольт. Такой комплект оборудования мощностью до 0,3-0,5 кВт, выпускаемой российскими заводами, может стоить от 2 до 3,5 тысячи долларов или 12-20 тысяч рублей. Это цена изрядно подержанного автомобиля. Портативная бензо- или дизельная электростанция такой же мощности при расходе бензина примерно 0,7 литра в час и при работе не 24 часа, а хотя бы 10 часов в сутки, _съест_ за год бензина на 4-5 тысяч рублей. В этих условиях экологически чистая установка окупает себя через 3-4 года! При этом следует еще раз напомнить, что срок службы ветро- и фотоустановки составляет как минимум 10-15 лет практически без обслуживания.

   Комплект оборудования такой мощности может обслуживать переносной телевизор, радиоприемник, магнитофон, небольшой холодильник, несколько энергоэкономичных флюоресцентных ламп, насос для накачки воды из колодца или скважины и создавать дополнительный комфорт хозяину, который может пользоваться электробритвой, небольшим бытовым вентилятором, рацией и многими другими электробытовыми приборами небольшой мощности.

   Солнечные коллекторы, которые при размерах 1 кв. м нагревают в весенне-осенний период от 70 до 100 литров воды в течение светового дня до температуры 60 градусов, стоят вместе с термоизолированными баками-накопителями нагретой воды примерно от 500 до 1000 рублей, обеспечивая вас горячей водой практически полгода.

   Учитывая тот факт, что отдаленные районы Бурятии остро нуждаются в электрической энергии, использование возобновляемых источников энергии на сегодняшний день является одним из самых доступных способов повысить уровень и комфортабельность жизни людей уже сегодня.

Д. Кнауб.

Эксперт Бюро ЕС 

по поддержке "Байкалэнергоцентра".
10 апреля 1998 г. 
Газета "Бурятия"