ПРОБЛЕМЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ АЛЬТЕРНАТИВНЫХ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ В ИНДИВИДУАЛЬНОМ ЖИЛИЩНОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ

Аннотация. Нарастающее использование альтернативных источников энергии как в индустрии, так и в индивидуальном жилищном строительстве связаны с наступающим мировым экономическим кризисом, а также со все большим дефицитом, а значит и удорожанием традиционных источников энергии. Одновременно с широкой рекламой преимуществ альтернативных источников энергии, существуют серьезные проблемы, связанные с оценкой самих возможностей использования оборудования для получения энергии из этих источников на тех или иных территориях, а также экономической эффективностью и экологичностью их производства, использования и утилизации. В статье освещены вопросы использования солнечных батарей, коллекторов и ветрогенераторов в ИЖС.

Ключевые слова: альтернативные источники энергии, ветрогенерация, солнечные панели, солнечные коллекторы, индивидуальное жилищное строительство (ИЖС).

В настоящее время, как на уровне мирового общественного мнения, так и на уровне отдельных государств, корпораций и даже частных лиц обсуждаются две проблемы: надвигающийся экономический кризис и глобальное потепление. Оба явления в той или иной степени связывают с использованием традиционных источников энергии: нефть, газ, в меньшей  степени атомная энергетика подвергаются критике в связи с их все более увеличивающейся дороговизной, а также описываемым вкладом выбросов от их использования в создание парникового эффекта. Тенденция движения мировой экономики к кризису, порождает множество идей и предложений о том, как можно максимально эффективно пройти непростые времена, и использование альтернативных источников энергии, в частности при жилищном строительстве и эксплуатации зданий частного сектора, является одним из самых обсуждаемых вариантов.

В настоящий момент в мире распространено представление о том, что так называемые альтернативные источники энергии являются панацеей от надвигающегося ресурсного кризиса, что породило огромное количество различных – зачастую противоположных – мнений об экономической эффективности, в частности экономичности, а также экологичности использования альтернативных источников питания не только в производстве, но и в частных домах. При этом серьезных научных разработок в этих областях до сих пор нет. В настоящий момент в Европе и других странах мира использование альтернативных источников энергии является приоритетным с точки зрения государственной политики: технологические разработки и производство оборудования, связанные с ними, активно дотируются государствами, что повышает их экономическую эффективность. Однако статистика их использования, а также отзывы о проблемах, связанных с эксплуатацией и ее экологическими последствиями, не говорит в пользу того, что данный вид получения энергии в ближайшем будущем станет ведущим.

Именно поэтому изучение возможностей и проблем, связанных и использованием альтернативных источников энергии, будет актуальным в ближайшие годы. Особенно это относится к использованию  альтернативных источников энергии в индивидуальном жилищном строительстве.

Цель статьи: описать использования альтернативных источников питания в индивидуальном жилищном строительстве.

Задачи:

- описать принципы работы оборудования при использовании альтернативных источников энергии;

- указать на достоинства и выявить проблемы, связанные с использованием солнечных панелей, солнечных коллекторов, ветрогенераторов в ИЖС;

- описать возможности использования солнечных панелей, солнечных коллекторов, ветрогенераторов в частных домах.

Альтернативный источник энергии — это явление природы, которое посредством специального оборудования преобразуется в электрическую или тепловую энергию. К таким природным явлениям относят: солнечный свет и тепло, ветер, приливная волна, подводные течения, биоресурсы и др. [1].  В настоящий момент в индивидуальном жилищном строительстве наиболее развиты технологии, позволяющие использовать возможности, предоставляемые Солнцем и ветром: это приводит к удешевлению расходов на электропитание, и, следственно, к более эффективной эксплуатации зданий [2]. В мире существует несколько домов, в которых здание полностью обеспечивает себя энергией и даже отдает ее городу, в котором расположено.

В то время как основными поставщиками энергии в современных развитых государствах являются специализированные организации, занимающиеся генерацией и распределением электроэнергии, многие люди в процессе осуществления ИЖС все чаще принимают решение об установке на свои строения оборудования для использования альтернативных источников энергии. Основные достоинства альтернативных источников питания при принятии решения об использовании  альтернативных источников энергии в ИЖС:

- независимость от централизованного распределения электричества;

- относительная обеспеченность стабильным электроснабжением в ситуации отсутствия централизованного или перебоев с ним;

- независимость от тарифов, установленных государством и генерирующими и распределяющими организациями;

- относительная экологичность: в глобальных масштабах выбросы от электростанций, использующих уголь, продукты переработки нефти, в меньшей степени газ или потенциальные риски, связанные с атомной энергетикой, оцениваются как довольно серьезные.

С точки зрения использования энергии Солнца наиболее развитыми и популярными технологиями являются солнечные панели и солнечные коллекторы, а энергию ветра преобразуют с помощью ветряных генераторов.

Солнечная панель (или батарея) - это группа фотоэлементов, преобразующих энергию Солнца в электрическую энергию постоянного напряжения, что происходит путем перевода световых фотонов в электрический  заряд [2].

Солнечный коллектор – это оборудование, позволяющее преобразовывать энергию Солнца в тепловую путем нагрева теплоносителя, который отдает тепло на нагревание воды в системе отопления, горячего водоснабжения. Также возможна выработка электричества путем подключения парового котла. В настоящий момент существуют приборы, позволяющие совмещать солнечные панели и солнечные коллекторы [3].

Ветровой генератор – это устройство, позволяющее путем кручения лопастей, по типу мельницы, преобразовывать энергию ветра в электрическую [4].

Реклама оборудования для использования альтернативных источников энергии говорит о таких плюсах использования технических решений, как экономичность, высокая окупаемость, экологичность, безопасность, простота использования и т.д.

Вместе с тем, существуют недостатки, порождающие проблемы, свойственные как всем видам оборудования, так и каждому индивидуальному виду альтернативных источников энергии.

1. Для всех видов технологий преобразования энергии на сегодняшний день существует проблема нестабильности ее генерации.

1.1 Для солнечной генерации не решены следующие вопросы:

- Солнце активно только днем, а ночью генерация невозможна в принципе;

- яркость природного света снижает облачная погода, туманы и другие явления;

- Солнце движется по небу в течение суток, так что освещенность тех или иных поверхностей земли в течение дня неоднородна;

- эффективность эксплуатации солнечного света падает при продвижении по территории страны с юга на север, т.к. уменьшается и количество солнечного света, и количество солнечных дней, и количество светлых часов в сутках;

- эффективность эксплуатации солнечного света падает также из-за  загрязнения панелей снегом, пылью, песком, инеем. Это не только вынуждает тратить ресурсы на очистку панелей, но и снижает ресурс их эксплуатации.

1.2. Ветряная энергия имеет следующие недостатки:

- она рассеяна в пространстве,

- потоки ветра непредсказуемы – в течение дня ветер может многократно менять свое направление,

- потоки ветра нестабильны: безветренные периоды могут сменяться ураганами, способными повредить оборудование.

Нестабильность генерации при эксплуатации оборудования в ИЖС может быть решена следующими путями.

а) Использование аккумуляторов избыточной энергии в течение активной работы оборудования солнечной и ветряной генерации, которые накапливают энергию в период ее избытка и отдают в периоды дефицита. Однако в настоящий момент технологии создания объемных, энерго- и экономически эффективных аккумуляторов в мире отсутствуют, что признано одним из самых серьезных технических препятствий в расширении использования альтернативных источников энергии. Также сами по себе аккумуляторы, подвергающиеся постоянной эксплуатации, быстро выходят из строя, что делает их использование экономически маловыгодным. Одновременно, как производство, так и утилизация использованных аккумуляторов при современных технологиях в настоящий момент несет в себе серьезные риски загрязнения окружающей среды.

б) При отсутствии возможности генерации – безветренные пасмурные дни, в осенне-зимний период – необходимо предусмотреть возможность иметь источник электропитания от сетевых линий. В странах Европы предусмотрена возможность для частных домохозяйств передавать,  продавать выработанное с помощью  альтернативных источников питания энергию в общую сеть: например, днем домохозяйство потребляет энергию альтернативных источников энергии и передает избыток в общую сеть, а ночью – потребляет ее из общей сети. В России в настоящий момент не выработаны ни юридические, ни финансовые процедуры, ни механизм подобного рода взаимодействия частных домовладельцев и государства.

в) Проблему движения Солнца и перемещения ветряных потоков решают с помощью установки подвижного оборудования, которое осуществляет поворот генерирующих поверхностей в зависимости от направления потока энергии.

Таким образом, с точки зрения эффективности использования эксплуатация оборудования солнечно и ветрогенерации эффективна:

- в условиях отсутствия центрального энергоснабжения при наличии аккумуляторов,

- в условиях более ими менее стабильной генерации природной энергии: на территориях, где большое количество солнечных дней, малооблачно, и поток энергии достаточно плотный в течение дня – это в основном южные территории России (Краснодарский и ставропольский края, Астраханская, Волгоградская и  Ростовская области, а также новые присоединенные территории Крыма, Херсонской и Запорожской областей).

2. При принятии решения об установке на объектах ИЖС собственных источников энергии в настоящий момент люди принимают во внимание вопросы, связанные с экологичностью тех или иных технических решений, и этот аспект имеет серьезное значение в современном мире. В данном вопросе оборудование, позволяющее использовать альтернативные источники энергии, нельзя назвать «чистым».

2.1. Процесс эксплуатации солнечных панелей, ветряков и других систем может нести в себе технические и экологические риски. В частности, для ИЖС можно выделить следующие часто возникающие вопросы.

а) Оборудование громоздко, солнечные панели занимают много места и их установка должна производиться на открытых пространствах. Даже при установке на крыше, которые в ИЖС чаще всего имеют скаты, качество освещения в течение дня меняется, и со временем панели начинают закрывать выросшие деревья.

б) Оборудование в процессе эксплуатации нагревается, под солнечными панелями возникает парниковый эффект, что приводит к разрушению поверхностей, на которых они установлены [3]. Для устранения этого недостатка в современном оборудовании совмещают солнечные панели и коллекторы, что позволяет при перегреве панелей отводить лишнее тепло, охлаждая батарею.

с) Лопасти ветрогенераторов представляют опасность для птиц и насекомых. Также они создают шум и вибрации, которые разрушительно воздействуют на  поверхности, на которых установлены. Одновременно создаваемые воздушные потоки нарушают прохождению радио и других типов волн, что мешает работе связи и телекоммуникации.

2.2. Производство оборудования для эксплуатации альтернативных источников энергии является в настоящий момент серьезным фактором загрязнения окружающей среды, т.к. и в компоненты панелей и лопастей ветряков входят химические элементы, производство которых крайне неэкологично: технология производства кремния для солнечных панелей предполагает использования высокотоксичных катализаторов, и в результате одним из получаемых продуктов является соляная кислота. Само производство такого оборудования требует также большого количества энергии, которая получается традиционным путем.

2.3. Проблема утилизации устаревшего и вышедшего из строя оборудования также в настоящий момент не решена: технология его создания такова, что утилизация убыточна и неэкологична (при переработке выделяются такие тяжелые металлы как свинец, селен и кадмий), а захоронения приводят к выводу из эксплуатации множества полезных участков земель.

Таким образом, при принятии решения о том, стоит ли использовать оборудование  альтернативных источников энергии при строительстве частного жилья, необходимо учитывать риски техническим и экосистемам при эксплуатации и утилизация данного вида оборудования [5]. 

Несмотря на наличие плюсов использования технологий получения энергии из альтернативных источников, реклама которых активно ведется на рынке, при принятии решения об эксплуатации  данного вида оборудования в ИЖС необходимо обращать внимания и на экологические и эксплуатационные проблемы. Данный вид оборудования эффективен при отсутствии подключения к централизованному распределению энергии или на территориях с нестабильным подключением. Солнечные батареи и коллекторы эффективны на южных и солнечных территориях России, ветрогенераторы – в условиях более-менее стального потока воздуха средней мощности (морские побережья, горные районы). При этом также необходимо принимать во внимание вопросы экологии и технического обслуживания и утилизации данного оборудования