Энергоустановки на альтернативных источниках энергии

Для сельскохозяйственных зданий.

Традиционно широко применяется солнечная энергия в различного рода теплицах, парниках и лимонариях, сельскохозяйственных производственных помещениях, в строительстве. Здесь улавливаемая и концент­рируемая теплота солнечного излучения непосредственно используется в технологии выращивания сельскохозяйственных культур, для сушки сельскохозяйственной продукции, выращивания и пере­работки хлореллы на корм скоту, опреснения воды, обеспечения горячей водой и кондиционирования воздуха для животноводческих помещений.

В Грузии, Узбекистане и Таджикистане работают и соз­даются новые установки с использованием солнечной энергии и теплоты морской воды для сушки ви­нограда, плодов и чая, активного вентилирования кормовых трав, гелиосушильные установки для каракулевых смушек, овощехранилища с гелиохолодоснабжением. В Ростовской области и ряде других мест созданы и эксплуатируются гелиоводонагревательные установки для доильных площадок крупного рогатого скота. В той же Ростовской области институт ВНИИТИМЭСХ проводит режимные исследования системы гелиотеплохолодоснабжения свинарника-маточника.

Научно-производственным объединением «Солнце» Академии наук Туркмении впервые в отечественной практике построен энергетически автономный овцеводческий гелиокомплекс, орга­низовано на базе гелиотехнологии промышленное производство вещества хлореллы.

Научный и практический интерес представляет возможность использования солнечной энергии в строительстве: особенно для ускорения твердения бетона вместо традиционного пропаривания изделий. Это позволяет сократить цикл пропаривания, увеличить оборачиваемость форм, получить бетон высокого качества. В настоящее время эксплуатируются про­мышленные гелиополигоны на Ташкентском заводе ЖБИ, экспери­ментальном заводе железобетонных изделий, Чиназском комбинате строительных материалов и на сельхозпредприятиях.

Весьма перспективным оказалось создание комбинированных солнечно-топливных котельных. Здесь два пути — создание новых, в основном блок-модульных, максимальной заводской готовности солнечно-топливных котельных и реконструкция действующих котельных на органическом топливе с введением в их технологическую схему гелиоустановок, как это предусмотрено, например, в котель­ной одного из кварталов Ашхабада или в проектируемой районной солнечно-топливной котельной в Алуште. В одном из кварталов Ашхабада по проекту ЦНИИЭП инженерного оборудования рекон­струирована существующая котельная с переводом ее в гелиотопливный режим. Установка солнеч­ных коллекторов с баками-аккумуляторами обеспечивает покрытие нагрузок горячего водоснабже­ния в летний и переходный периоды и подпитку тепловой сети за счет использования солнечной энер­гии. При этом достигается экономия топлива в размере 120 т условного топлива в год. Технико-эконо­мическая оценка предложенного решения показала, что удельные капитальные вложения, связанные с устройством солнечной установки, находятся в прямой зависимости от стоимости 1 м² солнечного коллектора и вида замещаемого топлива. Госстроем Туркмении определены для строительст­ва в Туркмении четыре гелиотопливных котельных.

Блок-модульная автоматизированная котельная установка теплопроизводительностью 3,2 Гкал/ч на жидком топливе эксплуатируется в колхозе им. Калинина Крымской области. Она ра­ботает вместе с гелиоустановкой, позволяющей экономить до 35% жидкого топлива и полностью обеспечивать горячей водой потребности коммунального хозяйства колхоза. Установка имеет 600 плоских солнечных коллекторов общей площадью 480 м², ориентированных под наиболее выгодным утлом к солнцу, бак-аккумулятор, блок управления и циркуляционную систему. Общая площадь, занимаемая гелиоустановкой, составляет 1200 м².

Перспективным для энергосбережения является устройство на кровлях промышленных, энер­гетических и коммунальных зданий различного рода теплиц с использованием вторичных энерго­ресурсов в сочетании с солнечной энергией. Ряд промышленных и коммунальных предприятий Москвы, Ленинграда, Тулы, Алма-Аты и других городов используют покрытия зданий для устрой­ства таких теплиц, а автозавод им. Ленинского комсомола планирует устройство теплиц на кровле зданий площадью 13 тыс. м².

2.3. Комплексное использование традиционных источников энергии, вторич­ных разнопотенциальных энергоресурсов, всевозможных возобновляемых источников энергии и рас­сеянной в природе низкопотенциальной теплоты.

Системный подход к проблеме ставит задачу шире — для комплекса зданий, какого-то поселе­ния, района или целого города комплексно используются традиционные источники энергии, вторич­ные разнопотенциальные энергоресурсы, всевозможные возобновляемые источники энергии и рас­сеянная в природе низкопотенциальная теплота. Здесь одними из предпосылок энергоснабжения являются минимизация бесполезных энергетических потерь и принятие оптимизированных норм и стандартов энергопотребления. В этом случае примат энергетических целей повлияет на плани­ ровку данного поселка или жилого образования, а система энергообеспечения органически вклю­чит все возможные в данном конкретном случае приемы и способы экономии энергии и получение ее с помощью энергоактивных зданий или их элементов, сочетающихся с генераторами теплоты и дру­гих видов энергии на традиционных и возобновляемых энергоресурсах. Вполне вероятен вариант образования избыточной энергии, тем или иным способом передаваемой в энергосистему или за­пасаемой.

Интересны в этом отношении работы Киевского политехнического института, проводимые под руководством проф. Г. И. Денисенко. Системные научные исследования, в которые наряду с круп­ными учеными вовлечены студенты и аспиранты одного из крупнейших вузов страны, позволили не только продвинуть вперед современные представления об интегрированном использовании возобновляемых энергоисточников и энергоэффективных технологий, создать методическую и рас­четную основу конструирования и проектирования энергоактивных зданий и поселков-энергокомп­лексов, но и дали реальные и достаточно бесспорные данные по эксплуатации опытно-промышлен­ной установки (полигона) на возобновляемых источниках. Энергокомплекс (полигон «Десна» в Черниговской обл.) состоит из нескольких зданий, ветроэнергоустановок, гелиотеплицы, энерге­тической лаборатории — автономного жилого дома, круглогодично обеспечиваемого энергией за счет использования теплоты воды, солнца и ветра. Здесь применены термосифонные солнечные кол­лекторы, выносные солнечные коллекторы с различными концентраторами солнечной энергии, батарея солнечных фотопреобразователей и две ветроустановки, два тепловых насоса (компрес­сионный и полупроводниковый).

Полигон функционирует в течение ряда лет, исследования в натурных условиях позволили сде­лать ряд ценных научных и практических выводов, которые легли в основу реального проектирова­ния в Киевской области и на Черноморском побережье объектов отдыха и сельскохозяйст­венных поселков с интегрированными системами энергообеспечения. Следует обратить внимание на то, что «энергетический максимализм» построенного и проектируемых комплексов сочетается в данном случае еще и с «экологическим максимализмом» и предусматривает решение ряда вопро­сов жизнеобеспечения объектов — получение пресной воды, полив сельхозугодий, удовлетворение нужд тепличного хозяйства, что намного расширяет первоначально поставленную задачу.

В Херсонской области построен комплексный энергетиче­ский узел на базе студенческого пансионата «Маяк» Киевского политехнического института. По­ставлена задача автономного энергообеспечения конкретных объектов при комплексном использо­вании возобновляемых источников энергии — солнца, ветра, теплоты морской воды — и отработки в натурных условиях новых технологических решений. На этой основе должны быть разработаны практические рекомендации по использованию энергетических агрегатов и энергоактивных конст­рукций, а также методика и принципы технико-экономического обоснования комплексного исполь­зования энергии возобновляемых источников в народном хозяйстве.

Энергоузел включает в себя выполненные в модульной компоновке теплонасосную установку мегаваттной мощности, фотоэлектрическую станцию и ветроэнергетическую установку киловаттного класса мощности. В энергокомплексе предусмотрена станция утилизации морской воды произ­водительностью 25 м³/ч с опреснительными установками трех типов — термической, вакуумной и с использованием обратного осмоса. Предусмотрено получение минеральных удобрений и извле­чение редких металлов при опреснении морской воды. Решение этих побочных задач резко улуч­шает экономические показатели энергокомплекса.

На практике уже сейчас решается ряд крупномасштабных задач создания интегрированных систем использования различных источников энергии. Разработанная Белорусским отделением ВНИПИэнергопрома схема теплоснабжения Большой Ялты будет воплощена в жизнь с комбинированным использованием солнечной энергии, теплоты мор­ской воды (тепловые насосы), вторичных энергоресурсов и источников теплоты на органическом топливе. Приоритетная задача этого решения — максимальная экологическая чистота этого уди­вительного уголка Крыма, всесоюзной здравницы.

В России и ряде других стран возводятся или вступили в строй первые солнечные электростанции (СЭС). Следующая ступень в развитии сол­нечных объектов состоит в разработке гелиопоселков и гелиокомплексов, а в перспективе — многофункциональных гелиокомплексов, где реализуется прин­цип перераспределения энергии между объектами при объединении всех гелио­установок в одну энергосистему или солнечная энергия непосредственно участ­вует в технологическом процессе.

Многофункциональные промышленные предприятия имеют ряд особенно­стей, которые значительно усложняют формирование ансамбля. В отличие от ансамблей жилых и общественных зданий, которые состоят из композиционно связанных между собой объектов, сохраняющих, однако, внутреннюю завершен­ность и независимость, промышленное предприятие представляет собою систе­му, каждый элемент которой —/шшь звено в технологической цепи. Производ­ственный процесс имеет заранее определенные компоненты: здания основного и вспомогательного назначения, административно-бытовые и складские здания, сооружения инженерных служб. Более того, направление грузопотоков, соци­альная и техническая инфраструктура, а также проблемы, связанные с гелио-энергетикой предприятия, диктуют определенную последовательность и взаим­ное расположение объектов. Чем ярче выражена функциональная взаимосвязь элементов многофункционального промышленного комплекса, тем легче он воспринимается как единое целое. объекты располагаются в различных уровнях (рис. 5.13)', включая подземные пространства (тоннели в многофункциональных научно-производственных гелиокомплексах).

2.4. Энергоактивные здания

В России разработано архитектурно-техническое решение эксперименталь­ного энергоактивного промышленного здания с гелиотеплицами. Это решение повышает эффективность и универсальность использования солнечной энергии при одновременном улучшении длительных экспуатационных характеристик отражателя.

Энергоактивное здание содержит блок, объединяющий коллектор с солнеч­ной ловушкой, и аккумулятор. Коллектор снабжен отражателем, состоящим из поворотных панелей, которые шарнирно прикреплены одним из торцов к верши­не так, чтобы был возможен поворот в пределах угла между гранями коллекто­ра. Коллектор выполнен ломаным в поперечном сечении с образованием вогну­того по ходу солнечных лучей двугранного угла. Одна из граней коллектора наклонна и расположена на наклонной грани аккумулятора, обращенной к солн­цу. Другая грань коллектора горизонтальна.

Солнечная ловушка содержит не менее двух селективно прозрачных остек­ленных граней, образующих в поперечном сечении выпуклый по ходу солнечных лучей двугранный угол с вершиной, обращенной к солнцу. Число светопрозрачных граней солнечной ловушки может быть больше двух с преимущественным образованием между ними выпуклых углов. Призматическая конфигурация ловушки должна обеспечивать беспрепятственный поворот панелей отражателя вокруг шарнира в пределах полного угла от наклонной до горизонтальной граней коллектора. Коллектор содержит гелиоприемник с поглотителем солнеч­ной энергии и теплообменником, чаще всего трубчатого типа, сообщенным по теплоносителю с аккумулятором и через каналы — с потребителем энергии в здании.

В строительстве энергоактивного здания используются бетон, железобетон, кирпич, дерево, алюминий, стекло, пластмассы, а также неорганические или по­лимерные утеплители и герметики. Гелиотехническая система здания работает следующим образом. При необходимости ускоренной подачи тепловой энергии потребителю в начале периода облучения солнечной радиацией, после ночи или ряда бессолнечных дней поворотные панели экрана устанавливают в вертикаль­ное положение или под иным углом, обеспечивающим максимальную подачу до­полнительной солнечной энергии к горизонтальным панелям коллектора, связан­ным по теплоносителю непосредственно через канал с потребителем в здании, минуя аккумулятор. В дальнейшем панели экрана переводят в горизонтальное положение и обеспечивают подачу дополнительной солнечной энергии на гелио­приемник наклонными панелями коллектора, непосредственно объединенными с аккумулятором, и в зависимости от потребностей здания в энергии подают теплоту к потребителю или накапливают энергию в аккумуляторе впрок.

Энергоактивное здание обеспечивает повышение эффективности и универ­сальности использования солнечной энергии за счет более гибкого регулирова­ния и переключения подачи энергии непосредственно потребителю или в аккуму­лятор. Кроме того, в таком здании в течение длительного времени сохраняются высокие эксплуатационные качества отражателя, поскольку его высокочувстви­тельный направленно отражающий слой, обычно выполняемый из полирован­ного металла, например напыленного в вакууме слоя алюминия, защищен от за­грязняющего и разрушающего воздействия внешних факторов.

По предварительным данным, это техническое решение повышает энергети­ческую экономичность здания на 16—23% по сравнению с подобными зданиями, в которых применялись нерегулируемые экраны, и вдвое уменьшает число про­филактических мероприятий по обслуживанию и ремонту отражателей в системе коллектора солнечной энергии.

2.5. Многофункциональные гидрогелиокомплексы.

Многофункциональные гидрогелиокомплексы. Гидроузел является крупным промышленным сооружением, имеющим ком­плексное назначение. Он позволяет получать гидроэлектроэнергию, проклады­вать глубоководный путь на значительном протяжении реки, осуществлять забор воды из реки и отвод ее по каналам для орошения, обводнения и водоснаб­жения и т. д. Поскольку гидроэлектростанции не имеют вредных отходов, они не требуют создания санитарно-защитной зоны. ГЭС представляет сложный техно­логический комплекс гидротехнических сооружений, расположенный на терри­тории, окруженной водой, и является относительно экологически чистым. Эти факторы, а также наличие плотин, которые встречаются во всех системах гидро­энергетических узлов, во многих случаях создают идеальные условия для наде­ления гидроузла еще одной функцией, а именно, образования на его базе много­функционального гидрогелиокомплекса.

Состав и тип гидрогелиоэнергетических сооружений, их размеры, форма, конструктивные особенности, стоимость и условия работы зависят от их назначе­ния, а также от топографических, гидрологических, инженерно-геологических и природно-климатических условий района возведения. Поскольку конкретные природные условия в совокупности практически не повторяются, объемно-пространственной композиции каждого отдельного гидрогелиокомплекса свой­ственна глубокая индивидуальность, определяющая своеобразие его архитек­турного решения.

Важным и ответственным элементом гидрогелиоэнергетического узла явля­ется плотина — подпорное сооружение, поднимающее воду на необходимую вы­соту и подвергающееся воздействию различных сил, среди которых основной яв­ляется горизонтальная сила давления воды. Конструкции плотин по принципу работы бывают гравитационные, в которых сопротивление действию горизон­тальных сдвигающих сил оказывает в основном лишь собственный вес сооруже­ния, и облегченные — арочные и контрфорсные плотины, в которых горизон­тальная нагрузка от воды передается почти полностью берегам и основанию сооружения.

В отличие от большинства промышленных предприятий, где строительная часть образует пространство для размещения различного технологического оборудования, конструкции и основное оборудование гидросолнечной электро­станции составляют нераздельное целое. В каждом конкретном случае создается индивидуальная конструктивная система, запроектированная в соответствии с принятыми типами основного оборудования — турбинами и генераторами, где тело плотины может являться также основанием для поярусной установки гели­остатов. Это высотное сооружение с солнечным парогенератором, включающее турбины генератора, системы автоматического слежения за солнцем и системы теплового аккумулирования.

Взаимодействие неразрывно связанных между собой строительной части и оборудования ГЭС и солнечной электростанции (СЭС) обеспечивает получе­ние электрической энергии. Таким образом, система ГЭС — СЭС в целом пред­ставляет собой сложный механизм, преобразующий механическую энергию паде­ния воды в электрическую и осуществляющий термодинамическое преобразова­ние солнечной энергии в электрическую или прямое преобразование солнечных лучей в электричество (фотогальванический метод). Здесь две системы взаимо­дополняют друг друга.

Планировочное решение гидрогелиокомплекса теснейшим образом связано с особенностями природно-климатических условий. При разработке архитек­турно-планировочных решений необходимо придерживаться следующих общих принципов. Каждое сооружение в составе гидроэлектростанции должно наи­лучшим образом выполнить свои функции и не мешать работе других соору­жений.

При определении мест расположения основных сооружений комплекса не­обходимо учитывать размещение потребителя энергии, возможности последую­щей реконструкции и расширения, размещения подсобно-вспомогательных предприятий, постоянных и временных жилых поселков, целесообразность использования напорных сооружений в качестве несущей конструкции для со­здания промышленно-селитебного гелиокомплекса (рис. 5.47), а также для раз­мещения высотных теплиц с энергоактивными элементами (рис. 5.48), использо­вание тела плотины для размещения при благоприятных условиях гелиотехни­ческих сооружений — установки блоков зеркал, образующих поверхность гипер­болического параболоида (концентратор солнечной энергии) и поярусной установки гелиостатов, образующих гелиостатное поле.

Специфика гидротехнических сооружений, обусловленная комплексным характером использования водных ресурсов, местоположением и конструкциями гидроузлов, позволяет выделить их в особую область промышленных сооруже­ний. Местоположение и типы сооружений гидроузла, как правило, обосновываются функционально-технологическими соображениями, которые являются исходными данными для решения гелиотехнических и архитектурных задач. Поэтому архитектор также является лицом, определяющим основной технологи­ческий и конструктивный замысел непосредственно гидрогелиоэлектростанции.

Различие природно-климатических условий, разнообразие используемых строительных материалов и гелиотехнических сооружений делают архитектур­ный облик даже сходных по своим основным параметрам гидрогелиокомплексов неповторимым. Многофункциональный гидрогелиокомплекс оказывает большое влияние на формирование окружающего района, вместе с тем архитектурно-художественный облик комплекса оказывает огромное эмоциональное воздейст­вие на человека. Все эти особенности создают достаточную свободу для проявле­ния творческой индивидуальности архитектора, без чего невозможно создание архитектурного облика многофункционального комплекса.

В основе любого архитектурного проекта ГЭС—СЭС должен лежать общий замысел объемно-пространственной композиции. Выбор композиции зависит от назначения отдельных сооружений и группы сооружений, входящих в состав комплекса. Уникальность сооружений многофункционального гидрогелиокомплекса на базе гидроузла, гигантский масштаб строительства, количество сил и средств, вложенных народом, сама идея покорения стихии воды и солнца чело­веком — все это будет оказывать огромное влияние на сознание людей. Облик таких комплексов будет влиять на формирование общественного сознания и вкуса. Весь ансамбль гидрогелиокомплекса должен являться могучим средством монументальной пропаганды.

Экономический эффект гидрогелиокомплексов достигается путем повышения технологичности, улучшения основных эксплуатационных качеств, экономич­ности и снижения приведенных затрат за счет более стабильной выработки элек­троэнергии, сокращения длины технологических коммуникаций, упрощения конструктивных решений, уменьшения количества строительных материалов для них и высвобождения больших территорий при блокировке и органичном слиянии различных функций на базе гидроузлов.

Дата добавления: 2014-01-07