при Губернаторе Ленинградской области
— геотермальная энергия;
— энергия потоков воды;
— энергия окисления биомассы растений и продуктов, получаемых из неё, в том числе – энергия торфа и биогазов;
— энергия ветра;
— солнечная энергия.
Сегодня в мире в качестве альтернативного источника отопления тепловые насосы очень широко применяются. Но Россия в этом вопросе находится едва ли не на самом последнем месте. Тепловой насос преобразует природную низкопотенциальную теплоту, а также тепловые отходы в теплоту более высокой температуры, пригодную для теплоснабжения. В мире сегодня эксплуатируется более 130 млн. тепловых насосов. По данным Международного Энергетического Агентства доля теплоснабжения к 2020 году в развитых странах тепловыми насосами будет составлять 75 %. По данным Финской Ассоциации тепловых насосов (SULPU) к 2020 году в Финляндии планируется установить более миллиона тепловых насосов, которые будут производить 8 млрд. кВт∙ч возобновляемой энергии. Одним из главных преимуществ теплонасосной технологии безусловно является ее автономность в работе, что особенно важно для населенных пунктов, где есть нехватка традиционных источников энергии или их потребление слишком дорого и неэффективно.
Принцип действия теплового насоса известен более ста лет. Он заключается в передаче внутренней энергии от энергоносителя с низкой температурой к энергоносителю с более высокой температурой. Так как по второму закону термодинамики тепловая энергия переходит от более низкого температурного уровня к более высокому, то для достижения теплонасосного цикла необходимо использовать внешнюю приводную энергию. Рабочим телом в тепловом насосе является вещество, кипящее при низкой температуре, некий хладагент. Энергоноситель, отбирающий необходимую теплоту с источника низкой потенциальной энергии, попадает в испаритель. В испарителе тепло передается хладагенту и жидкий хладагент обращается в пар. Далее пары всасываются компрессором и сжимаются в нем до высокого давления. При сжатии температура паров растет, что создает возможность отдачи тепла теплоприемнику. Пары хладагента при высоком давлении и высокой температуре поступают в конденсатор, где происходит съем теплоты с помощью энергоносителя, который является приемником тепла. Конденсируясь, пар хладагента отдает тепловую энергию, переходя в жидкую фазу. Далее жидкий хладагент проходит через регулирующий вентиль и поступает обратно в испаритель. В регулирующем вентиле давление жидкого хладагента снижается до давления в испарителе.
Финансовые затраты на отопление тепловым насосом ниже по сравнению с другими способами отопления. Тепловые насосы, применяемые для жилого малоэтажного строительства, малошумны, компактны и автономны. В летний период их можно переключить в режим охлаждения, подключая систему «холодный потолок» или фанкойлы. Срок окупаемости установки около 20 лет. К недостаткам можно отнести относительно невысокую температуру нагрева воды до +60 градусов Цельсия.
Тепловые насосы – удачное решение для отдельно стоящего дома, к которому подведено электричество. Если же нам нужно обогреть целый поселок, то можно использовать более глубокие слои Земли для добычи энергии.
В городе Эспоо через два года будет запущена первая в Финляндии геотермальная электростанция. Финские инженеры планируют использовать естественное тепло земных недр для обогрева зданий. и если эксперимент будет успешным, то подобные теплоцентрали можно возводить повсеместно, например, в Ленинградской области. При погружении на каждые 100 метров вглубь земли, температура пород повышается в среднем на 3 градуса. В среднем — это значит, что есть места на планете, где температура повышается на полградуса, а где-то — и на 15 градусов. Температурный градиент, разумеется, увеличивается неравномерно. Финские специалисты рассчитывают достичь на глубине 7 км. зоны, в которой температура пород составит 120 градусов Цельсия, притом, что температурный градиент в Эспоо примерно 1,7 градуса на 100 метров, а это даже ниже среднего уровня. и, тем не менее, это уже достаточная температура для запуска геотермальной теплоцентрали.
Суть системы, в принципе, проста. Бурятся две скважины на расстоянии в несколько сот метров друг от друга. Между ними в нижней части нагнетают под давлением воду, чтобы разорвать пласты и создать меж ними систему проницаемых трещин. Технология отработана: подобным способом сейчас добывают сланцевую нефть и газ.
Затем в одну из скважин закачивают воду с поверхности, а из второй — наоборот, откачивают. Вода идет по трещинам среди раскаленных пород, и затем поступает по второй скважине на поверхность, где передает тепло обычной городской теплоцентрали.
интересные места для строительства подобных геотермальных электростанций есть и в Ленинградской области. Скальный щит под нашими ногами неоднороден: он испещрен разломами, по некоторым из которых поднимается наверх тепловой поток.
Первыми на это явление обратили внимание ботаники, которые нашли на Карельском перешейке и на ижорском плато островки тепла, где произрастают растения либо с высокой скоростью воспроизводства, либо относящиеся к более южным ботаническим подзонам. А под Гатчиной и вовсе обнаружена ботаническая аномалия — растения альпийско-карпатской флоры. Растения существуют благодаря тепловым потокам, идущим из-под земли.
исследованиями с применением дистанционной геотермии, использующей материалы тепловой космической съемки, было показано, что в пределах Восточно-Европейской платформы в узлах пересечения разломов земной коры из-за значительных скоростей вертикального подъема подземных вод может наблюдаться высокий (десятки Вт/м2) конвективный вынос тепла из земных недр (ранее считалось, что эта геологическая структура не является геотермически активной и тепловые потоки не превышают 80-100 мВт/м2). Эндогенные потоки тепла в десятки Вт/м2, поступающие к земной поверхности, в климатических условиях Северо-Запада сопоставимы со среднесуточными значениями солнечной радиации, падающей на эту поверхность (порядка 200 Вт/м2) В результате в местах естественного геотермального подогрева повышается среднегодовая температура почвы, наблюдается опережающее снеготаяние и создаются более благоприятные условия для земледелия. К настоящему моменту на территории Ленинградской области по данным дистанционной геотермии выявлено несколько мест с аномально высоким тепловым потоком, где плотность его достигает 50 Вт/м2.
По результатам бурения в районе Пулково на глубине 1000 метров температура кристаллических пород составила плюс 30 градусов, то есть в среднем она повышалась на 3 градуса каждые 100 метров. Это «средний» уровень температурного градиента, но он почти в два раза больше, чем в районе Эспоо, в Финляндии.
Борщевик содержит 17-31% сахаров от фазы бутонизации до фазы цветения, урожайность зеленой массы варьирует от 50 т/га у дикорастущего и до 250 т/га у культивируемого, что сопоставимо с сахарным тростником (урожайность – 65 тонн на гектар, содержание сахара – 15%). А сахарный тростник давно применяется в Бразилии для изготовления моторного топлива. Есть и патент на получение биоэтанола из борщевика RU 2458106, и технологии переработки борщевика на топливо, созданные российскими учеными, и специальные комбайны для механизированной уборки борщевика, минимизирующие риск для здоровья людей.
Второй по актуальности является технология, на основе которой производится биоуголь из смеси в равных долях биомассы борщевика Сосновского и древесных отходов (щепы низкого качества) апробирована в Германии. Биоуголь – экспортное сырье, хорошо раскупаемое в ЕС. При этом процессе в виде отхода производится значительное количество тепла и водяного пара. Такую установку можно сделать на базе угольной котельной после незначительной реконструкции, а отходы тепла и горячей воды использовать для снабжения ими населения.
Часть рассмотренных площадок имеет высокое число часов использования (выше 3000 ч.), достигая в отдельных случаях 4000-4500 часов в год. Большой интерес представляет использование побережья и мелководных акваторий Финского залива и Ладожского озера, где небольшая глубина 2-10 м. и высокие среднегодовые скорости ветра создают благоприятные условия для сооружения ветроустановок. Общая установленная мощность региона восточной части Финского залива с учетом мелководных акваторий глубиной до 10 м может составить 11250 Мвт. Годовая выработка электроэнергии может составить около 25 млрд. кВт•ч/год.
В настоящее время используется незначительная доля (~0,2%) потенциальных гидроэнергетических ресурсов малых рек региона, в то время, как в годы расцвета малой гидроэнергетики (50-60 годы 20 века) на территории области эксплуатировалось несколько десятков малых ГЭС, которые затем в условиях сплошной сетевой электрификации были выведены из эксплуатации и заброшены. Они могут быть реконструированы, восстановлены и технически перевооружены. На ряде малых ГЭС сохранились гидротехнические сооружения и бьефы, которые используются в рекреационных и мелиоративных целях, что упрощает задачу восстановления объектов и снимает ряд задач, связанных с экологией. При пуске 100 малых ГЭС (до 1МВт) и микроГЭС (до 100 кВт) можно рассчитывать на получение в год до 0,15 млрд. кВт.ч. электроэнергии, что составит 5-10% от электропотребления в сельском хозяйстве области и существенно повысит стабильность энергообеспечения сельского хозяйства. Примером в этом направлении может явиться разрабатываемый проект реконструкции и восстановления Андреевской малой ГЭС в Выборгском районе Ленинградской области мощностью 700 кВт.
Особое внимание следует уделить безнапорным ГЭС, которые не влияют на гидрологический режим рек и дают хотя и не слишком много электроэнергии, но достаточно для, к примеру, обеспечения работы тепловых насосов в поселке на 1000 человек населения.
Бесплотинные (безнапорные) Гидроэлектростанции (ГЭС) — гидроэлектрические станции, использующие естественную энергию потока воды без постройки сооружений (плотин), повышающих уровень воды над гидроагрегатом.
Перспективность и выгодность этого типа ГЭС обусловлена тем очевидным фактом, что мощность водного потока приблизительно в тысячу раз больше, чем ветрового потока при той же скорости. и если ветровая энергетика считается выгодной при скорости ветра около 7 м/сек, то гидроэнергетика выгодна уже при скорости потока воды около 1 м/сек.
К настоящему времени испытаны и прошли проверку реальной эксплуатацией следующие решения:
— Одиночный гидроротор — в воду просто опускается «рабочий орган» — водяное колесо или винт;
— Рукавная ГЭС — представляет собой трубу, которая забирает воду из потока и спускает ее на гидроагрегат, расположенный ниже точки забора воды, т.е. ниже по течению;
— Гирляндные ГЭС Блинова. В свое время было предложено насаживать вингроторы на трос, который исполнял роль гибкого вала и перетягивался с одного берега на другой берег. Расчеты показывают, что при скорости течения горного ручья 6,5 м/сек, для получения 100 квт с установки, потребуется около 15 метров троса толщиной 38 мм (почти 4 см) и 7 кв.м миллиметровой жести. Это менее 200 кг железа. из металлолома гидроагрегата СШГЭС весом 2691 тонну можно изготовить 14266 гирлянд, общей мощностью около 1426646 киловатт, около полутора тысяч мегаватт, что вдвое превышает мощность гидроагрегата СШГЭС. При этом нужно занять всего-навсего около 14 км длины русла средней шириной 10 м из имеющихся 300 тысяч километров горных речушек, впадающих в Енисей.
— Беслотинная ГЭС Ленева — высокоэффективное решение, которое представляет собой набор прямоугольных лопаток, собранных наподобие тракторных гусениц поперек реки и лежащих на боку, так, что лопатки, заменющие траки, расположены вертикально, и каждая лопатка под углом 45 градусов к набегющему потоку. Поток создает рабочее усилие как на передней к потоку ветви, так и на задней. Коэффициент использования энергии набегающего потока в данном устройстве может быть больше единицы, т.к. при определенных условиях устройство использует не только кинетическую энергию, но и потенциальную, подобно плотинной ГЭС.
(приемная площадка наклонена на юг под углом 60 град. или приемная площадка непрерывно следит за Солнцем) составляют 680 — 1070 кВт-ч./кв.м при использовании теплового коллектора и 160 — 220 кВт-ч./кв.м при использовании фотоэлектрических преобразователей.
Разработанные в ФТи им. А.Ф.иоффе концентраторные фотоэнергоустановки нового поколения обеспечивают существенное снижение стоимости получаемой электроэнергии за счет высокой эффективности наногетероструктурных каскадных солнечных элементов (КПД 35-40%), слежения за Солнцем и снижения в сотни раз площади солнечных элементов. Такие установки экономически рентабельны уже сейчас для обеспечения электроэнергией автономных потребителей в ряде регионов России.
Для широт региона также возможно использование солнечной энергии для низкотемпературных процессов, таких как нагрев воды до температур ~80град.С с помощью солнечных тепловых коллекторов для систем горячего водоснабжения с сезонным циклом использования. При обеспечении семьи из 4 человек горячей водой в объеме 200 л/сутки система солнечного теплоснабжения площадью 10 кв.м дает экономию от 300 до 900 литров топлива (мазут) в год.
исходя из вышеизложенного, можно с уверенностью сказать о большом потенциале энергоресурсов в Ленинградской области, вполне достаточном для самостоятельного энергообеспечения жизнедеятельности городских и сельских поселений.
Просим рассмотреть возможность создания программы постепенного внедрения энергообеспечения поселений Ленинградской области от местных источников энергоресурсов.
Председатель Общественного экологического Совета при Губернаторе Ленинградской области, председатель Северо-Западного Зеленого Креста, Ю.С. Шевчук