Стратегическая задача, поставленная Президентом и Правительством России перед обществом и государством, заключается в том, чтобы определить пути более эффективного использования природных энергетических ресурсов как важнейшего национального достояния страны для существенного повышения производимого социально-ориентированного внутреннего валового продукта (ВВП) и качества жизни населения при снижении удельных энергетических и, как следствие, материальных затрат общества на свое развитие.
Владимирская область не имеет собственных источников традиционных энергетических ресурсов. В настоящее время во Владимирской области газ в топливно-энергетическом балансе занимает более 90 %. При существующем уровне научно-технического прогресса энергопотребление может быть покрыто лишь за счет использования органического топлива (уголь, нефть, газ), гидроэнергии и атомной энергии. Однако, по результатам многочисленных исследований органическое топливо к 2020 году может удовлетворить запросы мировой энергетики только частично.
Остальная часть энергопотребности может быть удовлетворена за счет других источников энергии — нетрадиционных и возобновляемых [1]. В ближайшие десятилетия возобновляемые источники энергии составят достойную конкуренцию потребляемым традиционным ресурсам и будут вносить существенный вклад в мировой энергетический баланс, обеспечивая тем самым замещение истощающихся запасов органического топлива и экологическое оздоровление окружающей среды.
На сегодняшний день во Владимирской области нетрадиционные возобновляемые источники энергии используются в меньшей степени, чем в Московской. В настоящее время нетрадиционные возобновляемы источники энергии занимают малую часть в топливно-энергетическом балансе области. Внедрение технологий позволяющих использовать возобновляемые источники энергии в значительной мере позволит сократить объемы потребления традиционных источников энергии. Каково положение с традиционными возобновляемыми источниками на территории Владимирской области, ниже приведен анализ.
Солнечная энергетика. Солнечная энергия рассматривается сегодня как наиболее технологически доступный и экономически целесообразный вид возобновляемой энергии, использование которой для теплоснабжения сооружений было бы неверно ограничивать районами только с теплым климатом и достаточными с общепринятых позиций числом безоблачных дней солнечного сияния, а также величиной солнечной радиации.
Согласно метеоданным по Владимирской области, среднегодовая инсоляция на горизонтальную поверхность составляет 2,9 кВт/(м2⋅сут.). С мая по сентябрь среднесуточная инсоляция на горизонтальную поверхность составляет 4,6 кВт/(м2⋅сут.) [3]. Исходя из этого можно сделать вывод, что при установке солнечных коллекторов общей площадью 10 м2, в летнее время можно обеспечить горячей водой восьми человек [5]. В зимний период года для поддержания бесперебойного горячего водоснабжения и отопления недостаточно.
При совмещении гелиосистем с традиционными источниками теплоснабжения (отопительные котлы работающих на природном газе, дровах, мазуте, пеллетах), использованием современных теплоизоляционных материалов в конструкции дома. Применение этих методов позволит значительно сократить затраты на отопление и горячее водоснабжение в зимний период года.
Ветроэнергетика. Возможность использования энергии ветра давно привлекает внимание человека. Ветровая энергия по своей сути является энергией Солнца, преобразованной в кинетическую энергию движущихся воздушных масс. Она широко использовалась еще в древности в Египте и на Ближнем Востоке для привода мельниц и водоподъемных устройств. В США на рубеже XIX–XX веков для перекачки воды, привода различных механизмов и выработки электроэнергии использовалось около 6 млн ветровых установок [4].
В Европе ветряная мельница появилась еще во времена крестовых походов (начало XII века). В России количество ветряных мельниц к началу XX века стало весьма значительным, и их использование приобрело государственное значение [4]. Развитие ветроэнергетики в мире набирает обороты, что в значительной мере определяется заботой большинства стран о своем экологическом благополучии. Возобновляемые источники энергии (такие, как ветроэнергетические установки) обладают положительными качествами — неисчерпаемостью и экологической чистотой.
Эти два качества и послужили причиной бурного развития ветроэнергетики за последнюю треть века. Климат Владимирской области определяется ее географическим положением, от которого зависит поступление солнечного тепла, и движение воздушных масс разного происхождения, как морских и континентальных умеренных широт, так и арктических (с территорий Западной Европы, Средней и Северной Азии и акваторий Атлантического и Северного Ледовитого океанов) [2].
Для Владимирской области средняя годовая скорость ветра составляет 3,5 м/с [6]. Такая скорость характерна для ровных, относительно открытых мест лесной зоны. В среднем за год по всей территории несколько чаще других наблюдается ветер юго-западного и западного направлений. Основным фактором, определяющим режим ветра в холодный период года, является западно-восточный перенос, обусловленный общей циркуляцией атмосферы.
Зимой направление ветра определяется юго-западной периферией сибирского антициклона. В теплую половину года наблюдаются ветры разного направления с преобладанием северных и северо-западных ветров. Применение ветровой энергии на сегодняшний день нецелесообразно для области из-за малой средней скорости ветра (3,5 м/с) на территории области [6].
Энергия воды. В соответствии с общепринятой международной классификацией к микро-ГЭС относят гидроэнергетические агрегаты мощностью до 100 кВт, а к малым от 100 кВт до 10 МВт. В последние годы достигнут значительный технический прогресс в разработке малых гидроагрегатов, в том числе в России, что открывает новые возможности для возрождения малой гидроэнергетики.
Разработанное оборудование удовлетворяет повышенным техническим требованием, в том числе: обеспечивает возможность работы установок, как в автономном режиме, так и на местную электрическую сеть, полностью автоматизировано и не требует постоянного присутствия обслуживающего персонала, обладает повышенным ресурсом работы (до 40 лет, при межремонтных периодах до 5 лет) [1].
Основные реки области Клязьма и Ока. По территории области протекают сотни больших и малых рек, общей протяженностью более 8,6 тыс. км (их количество вместе с ручьями доходит до 560). Клязьма впадает в Оку на юго-восточной окраине по границе с Нижегородской областью. Крупнейшие притоки Клязьмы: Шерна (с притоком Молокча), Киржач (с притоками Большой и Малый Киржач), Пекша, Колокша, Нерль, Судогда, Уводь, Лух, Суворощь, притоки Оки: Гусь, Унжа и Ушна, близ Александрова берет начало приток Волги река Дубна.
Река Ока в пределах области судоходна на всем протяжении (157 км). Реки области имеют равнинный характер течения, широкие долины и извилистые русла. Водный режим рек характеризуется высоким весенним половодьем, низкой летне-осенней меженью с отдельными паводками в период сильных дождей [2]. При соответствующем анализе водных источников, в частности, малых рек (шириной от 1,5 до 3 м), минии микро-гидроэлектростанции возможно использовать на территории области для энергоснабжения отдельных микрорайонов области.
Рациональное использование биомассы. Возможность экономии традиционных топлив может быть достигнута в ближайшее время и на перспективу за счет утилизации отходов лесной, деревообрабатывающей, гидролизной, сельскохозяйственного производства (животноводства и птицеводства), осадков сточных вод, органических отходов ряда отраслей промышленности, в том числе пищевой, мясомолочной, а также твердых отходов коммунального хозяйства.
Владимирская область не располагает большими залежами полезных ископаемых. Основными минеральными ресурсами области являются известняк, торф, строительные пески и камни, огнеупорные и кирпичные глины. По запасам торфа область занимает одно из ведущих мест в России — 59 млн тонн [7]. В настоящее время интенсивные исследования в области газификации биомассы (древесные и растительные отходы, лигнин, твердые бытовые отходы) и разработки газогенераторов различных типов ведутся в Лесотехнической Академии, Академии коммунального хозяйства.
Целевой программой «Экологически чистая энергетика» как одно из приоритетных направлений предусмотрена разработка и организация серийного выпуска газогенераторов [7]. Использование энергии биомассы может конвертироваться в технически удобные виды топлива или использоваться для получения энергии путем термохимической (сжигание, пиролиз, газификация) и (или) биологической конверсии.
При этом используются древесные и другие растительные, а также органические отходы, в том числе городской мусор, отходы животноводства и птицеводства [4]. При биологической конверсии конечными продуктами являются биогаз и высококачественные экологически чистые удобрения. Это направление имеет значение не только с точки зрения производства энергии. Пожалуй, еще большую ценность оно представляет с позиций экологии, так как решает проблему утилизации вредных отходов.
Энергия теплоты земли. На сегодня известны два источника это геотермальные воды и энергия раскаленных камней. При современном развитии науки и техники пока использование этой энергии на территории области нецелесообразно.
Низкопотенциальная теплота. Определенная роль в решении проблем использования нетрадиционных возобновляемых источников энергии (НВИЭ) принадлежит теплонасосным установкам (ТНУ), обеспечивающим эффективную утилизацию низкопотенциальной теплоты окружающей среды, промышленных и бытовых стоков. В настоящее время ведутся разработки об использовании низкопотенциальной теплоты от бытовых канализационных и промышленных стоков.
Использование теплового насоса получило интенсивное развитие в мире в последние годы в связи с энергетическими и экологическими проблемами. Тепловой насос — машина, переносящая теплоту с более низкого на более высокий температурный уровень, затрачивающая при этом меньшее количество энергии, чем переносимая тепловая энергия. Он способен во многих случаях обеспечивать экономию топлива и уменьшать тепловое загрязнение окружающей среды.
С помощью ТНУ природную теплоту и тепловые отходы можно использовать для различных целей теплоснабжения. Отечественные ТНУ по достигаемому коэффициенту преобразования (отношение тепловой энергии, отданной потребителю, к энергии, затраченной на привод ТНУ) не уступают лучшим мировым образцам. При эффективном применении ТНУ обеспечивается экономия топлива в сравнении с прямым электрообогревом до 270 кг у.т. и в сравнении с котельными до 55 кг на 1 МВт⋅ч тепловой энергии [4].
Экономическая целесообразность применения ТНУ в значительной степени определяется отношением стоимости электроэнергии к стоимости топлива в перерасчете на его теплотворную способность. Для нашей страны характерно завышенное в три-четыре раза по сравнению с западными странами значение данного отношения, что сдерживает широкое распространение ТНУ.
Важным резервом экономии топлива и защиты окружающей среды является использование таких источников энергии, как воздух, вода и грунт, температура которых изменяется во времени под воздействием различных природных и антропогенных факторов. При огромной суммарной мощности эти низкопотенциальные источники могут рационально использоваться многочисленными малоэнергоемкими потребителями, удаленными от систем энергоснабжения.
Если в здании установлены холодильные и морозильные камеры (магазинов, ресторанов и др.) с водяным конденсатором, можно подключить их в общий контур тепловых насосов. Это позволяет полезно использовать теплоту конденсаторов и снизить годовое потребление тепла. Уменьшение первоначальных затрат инвестора Если площади сдаются в аренду, и арендаторы самостоятельно покупают для себя доводчики, то инвестору не нужно приобретать холодильное оборудование.
Снижение затрат инвестора может достигать 40 %, за счет перекладывания стоимости оборудования на арендаторов. Общая стоимость системы при этом меняется мало. Также актуально использовать ТНУ на Владимирской теплоэлектроцентрали, где перегретая вода перед выбросом в водоем охлаждается в градирнях. Малые масштабы использования ТНУ на территории Владимирской области объясняются высокой стоимостью на первоначальном этапе строительства.
На территории Владимирской области наиболее целесообразным является применение в качестве альтернативных источников: солнечную энергию, гидроэнергию, биоэнергию, а также проведение научно-исследовательского анализа по анализу оборудования и технологии по использованию низкопотенциальной теплоты, работа будет продолжена с последующей публикацией материалов.
