Альтернативные источники энергии

Постоянный рост цен на нефтепродукты, газ и соответствующее сырье заставляет многие страны и многих думающих жителей нашей страны обращать свое внимание на способы получения так называемой возобновляемой энергии (альтернативной), которая, несомненно, в скором времени понадобится для обретения энергонезависимости и восполнения нехватки традиционных видов топлива. 

Важно отметить, что «IQ engineering» активно занимается продвижением идеи использования альтернативных источников энергии, с той целью, чтобы в будущем максимально заместить ими использование малоэффективных источников энергии. Основными преимуществами альтернативной энергетики является абсолютная экологичность, простота в эксплуатации, длительное время работы систем, минимальное сервисное и техническое обслуживание.

Основными источниками энергии для такого типа систем являются энергия Солнца, ветра и энергия грунта поверхности Земли, геотермальных источников (подземные воды, реки, озера). Так же одним из основных источников альтернативной возобновляемой энергии является биотопливо:

• Биомасса
• Различные виды твердого топлива (гранулированные, брикетированные)
• Биогаз

В зависимости от возможностей и потребностей заказчика в получении альтернативной энергии можно определить следующие типы возобновляемых источников:

1. Системы генерации энергии солнца и ветра для выработки электричества;
2. Солнечные системы для выработки горячей воды на нужды горячего водоснабжения и отопления;
3. Системы альтернативного тепло-, холодоснабжения на базе тепловых насосов (вода-вода, воздух-вода, грунт- вода и т.д.)
4. Системы теплоснабжения с использованием возобновляемых источников энергии, таких как биотопливо.
5. Прочие системы альтернативной энергетики: солнечная труба, грунтовой теплообменник, установки отбора тепла от технологических систем, фасады нагревающие приточный воздух для систем вентиляции и пр.

Используя возобновляемые источники энергии, мы существенно влияем на экологию и энергетический кризис на Земле, а также получаем независимость от традиционных видов энергии, существенную экономию средств и уверенность в завтрашнем дне.

Фотовольтаика

В результате воздействия солнечного излучения, при определенных электрохимических конфигурациях можно получать электрическую энергию. Устройства для получения такого виде энергии называются фотовольтаическими элементами. Фотовольтаические панели (солнечные батареи) состоят из соединенных друг с другом и заключенных в общую раму солнечных ячеек. В свою очередь солнчная ячейка (солнечный элемент) – это небольшое полупроводниковое устройство преобразующее энергию света в электрическую, и состоит из кристаллов кремния. Чем больше поверхность такой панели, и чем выше интенсивность излучения, тем больше электричества мы получаем.

Солнечные элементы используют абсолютно бесплатную энергию, поэтому имеют очень небольшие расходы на эксплуатацию и помимо этого они очень надежны. Преимуществом фотовольтаики является то, что есть возможность просто прибавлять панели и таким образом увеличивать мощность всего устройства в зависимости от необходимости потребления энергии. Панели и остальные части переносные – следовательно, их, возможно, устанавливать в любом удобном месте. В основном размещают солнечные фотовольтаические панели на крыше, или фасаде здания, а установка солнечных панелей как части ограждающих конструкций в строительных объектах может существенно снизить расходы капитальные. При этом солнечные элементы на зданиях выглядят очень эстетично.

Солнечные панели выпускаются в большом количестве типоразмеров, которые влияют на мощность изделия. Мощность, передаваемая солнечными панелями переменная, и зависит от интенсивности солнечного света.
Существует три поколения фотоэлектрические преобразователей (ФЭП):

• ФЭП первого поколения. ФЭП первого поколения на основе кристаллических пластин на сегодняшний день получили наибольшее распространение. В последние два года производителям удалось значительно сократить себестоимость производства таких ФЭП, что обеспечило укрепление их позиций на мировом рынке.
• ФЭП второго поколения. Технология выпуска тонкопленочных ФЭП второго поколения подразумевает нанесение слоев вакуумным методом. Вакуумная технология по сравнению с технологией производства кристаллических ФЭП является менее энергозатратной, а также характеризуется меньшим объемом капитальных вложений. Она позволяет выпускать гибкие дешевые ФЭП большой площади, однако коэффициент преобразования таких элементов ниже по сравнению с ФЭП первого поколения.
• ФЭП третьего поколения. Идея создания ФЭП третьего поколения заключалась в дальнейшем снижении себестоимости ФЭП, отказе от использования дорогих и токсичных материалов в пользу дешевых и перерабатываемых полимеров и электролитов. В настоящее время основная часть проектов в области ФЭП третьего поколения находятся на стадии исследований.

Необходимо понимать, что преобразование солнечной энергии в электрическую не заключается только в установке фотовольтаических панелей, эта система требует не меньших знаний и опыта ,чем любая другая инженерная система. Для получения электроэнергии от энергии солнца необходимо собрать сложную инженерную систему которая состоит из солнечных модулей, инверторов тока, аккумуляторов и прочих элементов электрической и механической подсистем.

Зимой количество приходящего солнечного света меньше, чем летом и следовательно панели имеют меньшую электро-производительность. Срок службы солнечных фотовольтаических панелей составляет 20 лет и даже больше.

В зависимости от области применения различают следующие виды инсталляций солнечных систем:

• частные станции малой мощности, размещаемые на крышах домов;
• коммерческие станции малой и средней мощности, располагаемые как на крышах, так и на земле;
• промышленные солнечные станции, обеспечивающие энергоснабжение многих потребителей.

Компания «IQ engineering» предлагает комплекс услуг, от расчета и проектирования солнечных фотовольтаических систем, до монтажных работ и наладки системы на объектах любой сложности.

Гелеосистемы

Гелеосистемы, или как еще их принято называть – солнечные коллекторы представляют собой систему, которая поглощая энергию солнца, и преобразовывает ее в тепловую энергию.

Тепловая энергия сгенерированная солнечными коллекторами успешно применяется на протяжении многих лет в бытовых и промышленных целях.

По режиму использования гелеосистемы можно разделить на:

• Сезонные (использование этих систем целесообразно при постоянной (круглогодичной) положительной температуре окружающей среды)
• Круглогодичные (используются без ограничений по температуре окружающей среды)

Сезонные гелеосистемы представляют собой модульную (моноблочную) конструкцию все элементы которой находятся на улице и подвержены непосредственному влиянию окружающей среды. Поэтому такие системы пригодны к использованию с весны по осень, когда температура выше 0⁰С.

Системы состоят из закрепленных на металлической раме солнечного коллектора и соединенного с ним бака-накопителя. В качестве теплоносителя в таких системах используется вода контура горячего теплоснабжения. Такие системы еще называют «термосифонными системами». И хотя их использование возможно лишь в теплое время года, они обладают рядом преимуществ : простота конструкции, компактность, доступная цена и легкий монтаж.

Применяются термосифонные системы для обеспечения горячей водой объектов курортной инфраструктуры (санатории, базы отдыха, пансионаты). Благодаря модульной конструкции имеется возможность наращивания производительности системы. 

Сезонные системы бывают закрытые (работающие под давлением) и открытые (без давления).

Круглогодичные гелиосистемы не зависят от температурных показателей окружающей среды. Главным условием их работы является яркое солнечное освещение. Эти системы состоят из трех основных элементов: размещенного на улице солнечного коллектора, насосной станции и бака-накопителя с теплообменником, расположенного в помещении, так же возможно другое вспомогательное оборудование позволяющее интегрировать гелиосистему в общую систему теплоснабжения объекта.

Круглогодичная гелиосистема позволяет полностью покрыть потребность в горячем водоснабжении с апреля по октябрь, а также дает возможность экономить до 60% энергоносителей на подогреве воды зимой.

Круглогодичные системы в свою очередь подразделяются на три типа:

• Гелиосистемы на вакуумных гелиоколлекторах
• Гелиосистемы на плоских солнечных коллекторах
• Гелиосистемы на гибридных гелиотермально-фотоэлектрических коллекторах, которые позволяют одновременно вырабоатывать электричество и нагревать горячую воду

Компания «IQ engineering» имеет большой опыт в проектировании, монтаже и обслуживании солнечных систем (гелиосистем систем, солнечных батарей) применяемых для различных потребностей в зависимости от нужд Заказчика (нагрев ГВС, подогрев или поддержание температуры бассейна, и даже использование для нужд отопления). Наши специалисты могут не только спроектировать гелиосистему, в составе обшей системы теплоснабжения, но и разработать такую гелиосистему, которая просто и надежно сможет дополнить уже существующую систему теплоснабжения.

Тепловые насосы

Тепловой насос- это решение сразу нескольких теплотехнических задач: отопления и кондиционирования, нагрева горячей воды и бассейна, охлаждения купели и пр.

Использую тепловой насос можно существенно сократить расходы на отопление и на кондиционирование. Тепловой насос имеет чрезвычайно большой срок службы, не наносит вреда окружающей среде, и полностью взрыво- пожаробезопасен.

Как же он работает? Второе начало термодинамики гласит: «Теплота самопроизвольно переходит от более нагретых тел к менее нагретым». Тепловой насос может представлять собой парокомпрессионную холодильную установку, которая состоит из следующих основных компонентов: компрессор, конденсатор, терморегулирующий вентиль и испаритель. Газообразный хладагент поступает на вход компрессора. Компрессор сжимает газ, при этом его давление и температура увеличиваются. Горячий газ подается в теплообменник, называемый конденсатором, в котором он охлаждается, передавая свое тепло воздуху или воде, и конденсируется — переходит в жидкое состояние. Далее на пути жидкости высокого давления установлен расширительный вентиль, понижающий давление хладагента. Компрессор и расширительный вентиль делят замкнутый гидравлический контур на две части: сторону высокого давления и сторону низкого давления. Проходя через расширительный вентиль, часть жидкости испаряется, и температура потока понижается. Далее этот поток поступает в теплообменник (испаритель), связанный с окружающей средой (например, воздушный теплообменник на улице).

При низком давлении жидкость испаряется (превращается в газ) при температуре ниже, чем температура наружного воздуха или грунта. В результате часть тепла наружного воздуха или грунта переходит во внутреннюю энергию хладагента. Газообразный хладагент вновь поступает в компрессор — контур замкнулся.

Можно сказать, что работа компрессора идет не столько на «производство» теплоты, сколько на ее перемещение. Поэтому затрачивая всего 1 кВт электрической мощности на привод компрессора, можно получить теплопроизводительность конденсатора около 5 кВт. Тепловой насос несложно заставить работать в обратном направлении, то есть использовать его для охлаждения воздуха в помещении в летнее время.

Основные типы тепловых насосов делятся на группы, в зависимости от вида теплоносителя:

• Воздух-воздух
• Воздух- вода
• Грунт-вода
• Вода- вода

Так же тепловые насосы разделяются и в зависимости от источника отбора тепла. Основные типы:

• Геотермальные, к которым можно отнести грунт-вода и вода-вода
• Воздушные, к которым относятся воздух-воздух, воздух вода
• Использующие производное (побочное) тепло (например, тепло трубопровода центрального отопления).

Подобный вариант является наиболее целесообразным для промышленных объектов, где есть источники паразитного тепла, которое требует утилизации. Геотермальные тепловые насосы работают за счет отбора тепла от грунта либо воды.

Отбор тепла от грунта

Отбор тепла от грунта предусматривают Самые эффективные, но и самые дорогие схем, чья температура не меняется в течение года уже на глубине нескольких метров. Это делает установку практически независимой от погоды. Эффективность такая же, как при отборе тепла из скважины. Специальной подготовки почвы не требуется. Но желательно использовать участок с влажным грунтом, если же он сухой, контур надо сделать длиннее.

Ориентировочное значение тепловой мощности, приходящейся на 1 м трубопровода: в глине — 50-60 Вт, в песке — 30-40 Вт для умеренных широт, на севере значения меньше. Таким образом, для установки теплового насоса производительностью 12 кВт необходим земляной контур длиной 360—460 м, для укладки которого потребуется участок земли площадью около 400 м² (20х20 м). При правильном расчёте контур мало влияет на зелёные насаждения. 

Отбор тепла от водоёма

При использовании в качестве источника тепла близлежащего водоёма контур укладывается на дно. Глубина не менее 2 метров. Коэффициент преобразования энергии тепловым насосом такой же, как при отборе тепла от грунта. Ориентировочное значение тепловой мощности на 1 м трубопровода — 30 Вт. Таким образом, для установки теплового насоса производительностью 12 кВт необходимо уложить в озеро контур длиной 320 м. Чтобы трубопровод не всплывал, на 1 пог. м устанавливается около 5 кг груза. Промышленные образцы: 70 — 80 кВт*ч/м в год.

Если тепла из внешнего контура всё же недостаточно для отопления в сильные морозы, практикуется эксплуатация насоса в паре с дополнительным генератором тепла (в таких случаях говорят об использовании бивалентной схемы отопления). Когда уличная температура опускается ниже расчётного уровня (температуры бивалентности), в работу включается второй генератор тепла — чаще всего небольшой электронагреватель.

Специалисты компании «IQ engineering» успешно применяют тепловые насосы в исполняемых проектах на протяжении нескольких лет. Главным принципом нашей работы является предоставление качественно выполненного проекта, создание комплекса внутренних и внешних инженерных систем, дальнейшая автоматизация и обслуживание данных систем.

Биотопливо

Биотопливо является одним из альтернативных видов топлива, как твердого, так и жидкого, которое производится из сырья растительного или животного происхождения. В целом современное биотопливо можно разделить на биоэтанол (получаемый на спиртзаводах), биодизель (из рапса, подсолнечника, соломы), твердое топливо (пелеты, брекеты, щепа из различных растительных отходов) и биогаз (продукт разложения органики).

Основным элементом биотоплива, который используется в теплоснабжении является биогаз. В качестве рабочей биомассы могут выступать свалочные, сельскохозяйственные отходы, а также отходы животноводства. Способ добычи биогаза идентичен технологии, применяемой на станциях аэрации, и дает возможность получить горючий газ с теплотворной способностью 5 000 ккал/м3. Учитывая то, что во многих населенных пунктах нашей страны (особенно в сельской местности) нет достаточного обеспечения природным газом, но в избытке сырье для биогаза, данное решение альтернативной энергетики представляется весьма универсальным. Подобные установки по добыче биогаза в Украине весьма перспективны и в качестве очистительных сооружений, поскольку дают возможность перерабатывать отходы и предотвращают скопления гниющих отвалов вблизи крупных производств, естественное брожение которых приводит к выделению газов и возникновению пожаров. Переработка отходов сопровождается выбросом энергии, которую можно использовать для бытового газоснабжения и преобразования в электрическую или тепловую энергию. Проекты по производству биогаза и его дальнейшего использования в качестве источника энергии способны не только повысить рентабельность аграрных холдингов, позволяя экономить на утилизации отходов и зарабатывая на производстве излишков тепла и электроэнергии, но и превращают до недавнего времени разрозненные производственные процессы и энергообеспечение в единый технологический цикл.

Так же большой популярностью и спросом в Украине пользуется древесная или растительная биотопливная продукция. Такой альтернативный вид твердого топлива чаще всего применяется в котельных частных домовладений. Топливные гранулы, или брикеты - это универсальное топливо, которое представляет собой прессованное под высоким давлением натуральное сырье растительного происхождения в форме цилиндрических гранул, или прямоугольных брикетов стандартного размера. Сырьем для их производства является кора, опилки, щепа и другие отходы лесозаготовки, а также отходы сельского хозяйства (лузга подсолнечника, солома и др.). Поскольку твердотопливное сырье преимущественно производятся из безвредных для человека и окружающей среды материалов, подлежащих утилизации, они являются экологически чистым топливом; при этом стоимость таких гранул выгодно отличается от цены угля, жидкого топлива или дров.

В связи с последними событиями в стране, повышением цены на природный газ, перебоями с поставками угля и общим ухудшением его качества, все более острым вопросом становится переход на альтернативные виды топлива. Наиболее популярными видами такого топлива используемыми для объектов бытового и полупромышленного типа является твердое топливо: пелеты, брикеты, щепа. Основной из причин применения этого вида биотоплива являются относительно небольшие капитальные затраты для перехода на этот вид топлива. Зачастую переход на биотопливо требует всего лишь доукомплектации оборудования некоторыми компонентами, такими как пелетная горелка, бункер для хранения топлива и шнек для подачи топлива в горелку.

Компания «IQ engineering» имеет опыт как проектирования и монтажа новых тепловых установок для сжигания биотоплива, так и большой опыт в реконструкции существующих котельных и адаптации существующих котельных для сжигания биотоплива. В связи с наличием очень большого количества сырья для производства биотоплива – процесс перехода потребителей с природного газа на биотопливо в Украине с каждым годом будет только увеличиваться. Сжигание биогаза – э то не только шаг на встречу сохранению экологии нашей планеты, но и значительная экономия собственных средств заказчика. Погоня за независимостью в потреблении энергоресурсов и постоянная борьба за экологию планеты приводит к тому что все больше промышленных и производственных предприятий стараются уйти от использования природного газа и перейти на более экономичные процессы производства и потребления энергоресурсов. Так же как и в бытовом сегменте, на промышленных и производственных объектах очень распространено использование твердого биотоплива, но некоторые предприятия аграрного и сельскохозяйственного сектора пошли несколько дальше чем использование биотоплива. Из-за специфики своего производства они имеют возможность устройства биогазовых установок и получения биогаза как основного и независимого источника энергоснабжения. В зависимости от различных схем и потребностей потребителя возможно получение от биогаза тепла пара или электроэнергии.

Компания «IQ engineering» считает? что использование возобновляемых источников для собственных нужд в производстве тепла или электроэнергии должно быть приоритетом любого заказчика - будь это строительство частного дома, или система энергоснабжения производства. Не смотря на видимые высокие капитальные затраты при правильном устройстве инженерных систем с альтернативными источниками энергоснабжения, их реальные сроки окупаемости не превышают 5-7 лет.