Материалы

25июля
2012

Чрезвычайные ситуации и влияние энергетики возобновляемых источников энергии на качество жизни в период их прохождения (Альтернативная энергетика)

Осадчий Г.Б., инженер

ЧАСТЬ 1
СУЩЕСТВУЮЩИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ И УГРОЗЫ
ВОЗНИКНОВЕНИЯ ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЙ

Предпосылок возникновения чрезвычайных ситуаций, как в России, так и в мире в целом достаточно много — это землетрясения, сходы снежных лавин и оползни, разливы рек и пожары, сильные ветра и отсутствие осадков, волны жары и холода, град, снег и ливневые дожди. К категории предпосылок можно отнести также возведение энергогенерирующих станций большой мощности вдали от мелких потребителей энергии, недопустимый износ энергогенерирующего оборудования и распределительный электрических и тепловых сетей. А также централизованное теплоснабжение в малых поселениях, без надлежащей ремонтной базы и наличия запаса труб и арматуры для теплотрасс, а также действия экстремистских и террористических организаций. 

38_489_1299929526.jpg
Остановимся на некоторых из них [1].
В России в настоящее время наиболее дешевой является электроэнергия вырабатываемая, на гидроэлектростанциях (ГЭС), тогда как в мире — это один из наиболее капиталоемких объектов (с высокой капитальной составляющей затрат), и его функционирование связано с существенными платежами за используемые природные ресурсы (например, плата за землю, затопленную при строительстве водохранилища плотинной ГЭС).
Электроэнергия ГЭС в России самая дешевая только потому, что в её себестоимость не заложены мероприятия по устранению тех потерь, которые несут на себе жители и бюджеты различных уровней близлежащих территорий. Электроэнергия ГЭС и тепловая энергия теплоэлектроцентралей (ТЭЦ) обходятся населению намного дороже, чем это считается. Не учитываются те негативные факторы, которые приводят к большим, экономическим потерям.
В современных условиях при интенсивных темпах строительного освоения территорий происходит активизация опасных геологических процессов (подтопление, оползни, суффозия, карст и др.), что наносит огромный ущерб городскому хозяйству за счет вывода из строя производственных и жилых площадей, резкого сокращения долговечности зданий и сооружений, подземных коммуникаций и конструкций, ухудшения экологической и санитарно-гигиенической обстановки.
По данным Госстроя России на 2001 г. в той или иной степени были подвержены воздействию подтопления 960 городов, а в тройку самых «популярных» на территории нашей страны опасных геологических процессов, помимо подтопления, входят оползни и наводнения (на территории 750 городов) — процессы, которые нередко являются либо следствиями, либо причиной подтопления. Причем за последние 10 – 15 лет суммарная площадь развития опасных геологических процессов увеличилась в пределах урбанизированных территорий на 50 – 60 %, что отразилось на росте общего количества чрезвычайных ситуаций.
К числу таких городов следует отнести: Москву, Санкт-Петербург, Астрахань, Саратов, Омск, Казань, Нижний Новгород, Самару, Волгодонск, Тулу, Ярославль, Рязань и многие другие.
Тенденция увеличения потерь от опасных геологических процессов характерна не только для России, но и для большинства других стран. Согласно мировым статистическим данным, количество пострадавших от опасных геологических процессов ежегодно повышается на 4 %, при этом на 10,4 % растут экономические потери.
В значительной степени активизация оползневых процессов на территории, например, Саратова, способствует развитие подтопления. Подтопление развивается под действием техногенных факторов на фоне крайне сложной и неблагоприятной природной обстановки. Так же как и в развитии оползневых процессов, значительную роль играет появление Волгоградского водохранилища.
Подтопление городской территории вызвано как, природными, так и техногенными причинами.
Техногенные причины подтопления связаны с нарушением естественного баланса и путей фильтрации грунтовых вод, прежде всего за счет образования Волгоградского водохранилища, перекрытия оврагов и балок дамбами с устройством прудов и водоемов; строительства перерезающих грунтовый поток транспортных магистралей и насыпных сооружений (в особенности насыпи железной дороги); снижение естественной дренированности территории из-за засыпки части оврагов, планировочных работ при строительстве и благоустройстве, утечек воды из водонесущих коммуникаций (водопровод, канализация, теплоснабжение).
Вышеприведенный комплекс факторов подтопления и обусловил подъем уровня грунтовых вод на территории города.
Подтопление наносит ежегодно огромный ущерб за счет ухудшения социально-экономических условий проживания населения, исключения из эксплуатации заглубленных частей зданий и сооружений, ускоренного выхода из строя подземных коммуникаций. Особую опасность представляет снижение несущей способности грунтов в основании зданий и сооружений, что ведет к деформации фундаментов и конструкций. Отмечены случаи разрушения зданий по этой причине, повлекшие за собой гибель людей.
Кроме того, подтопление резко активизирует оползневые процессы, в том числе в местностях по которым проходят линии электропередачи и теплотрассы, а также там, где находятся свалки.
В целом по России накоплено около 90 млрд тонн твердых промышленных и бытовых отходов (по 630 тонн или при толщине слоя 3 метра около 150 м2 земной поверхности на каждого жителя России). Они занимают огромные территории, в т.ч. дорогие пригородные земли, и многие из них отравляют подземные запасы питьевой воды.
Решение проблемы бытового мусора практически не решается, он «тлеет» на полигонах и свалках, насыщая воздух населенных мест очень опасными для здоровья веществами и биометаном.
Все это приводит к тому, что экосистемы трансформируются во времени, в зависимости от розы ветров, от изменения интенсивности хозяйственной деятельности на прилегающих территориях, изменения речного стока и т.д.
Под угрозой экологической катастрофы оказались Ярославль и многие другие приволжские города, Прежде всего это связано с состоянием воды в Рыбинском водохранилище, которое было заполнено в конце 40-х годов без соблюдения каких-либо санитарных норм. Расположенные совсем рядом от волжских берегов гудронные пруды подпитывают речную воду из-под земли. Гудроны, состоят из тысячи химических соединений, которые при взаимодействии с хлором образуют сложные канцерогенные и мутагенные соединения, ведущие к онкологическим заболеваниям у населения.
Вред, наносимый ГЭС связан не только с подтоплениями, но и с тем, что водохранилища стали одними из виновников низкого качества питьевой воды.
В этом отношении в тяжелейшем состоянии находится Астрахань. Вся грязь стекается к низовью Волги, которая уже лишилась способности к самоочищению. Чтобы избежать эпидемий, приходится очищать воду методом глубокого хлорирования, от которого в цивилизованном мире отказались уже давно.
Часть населения России стала заложником сиюминутных выгод предприятий топливно-энергетического комплекса (ТЭК) по извлечению максимальной прибыли, которые, конечно же, не отражают стратегические интересы государства и общества.
Так в Уставе ОАО «Саяно-Шушенская ГЭС» до аварии 2009 года на первом месте стояло извлечение максимальной прибыли. Также как стоит на первом месте получение максимальной прибыли для предприятий теплоснабжения, да вообще для всей энергетики. И это как сейчас становится понятным не единственное требующее корректировки «недоразумение».
Второй урок, который необходимо извлечь из аварии на Саяно-Шушенской ГЭС — недопустима концентрация таких мощностей на малых площадях, когда авария на одном агрегате приводит к разрушению всего оборудования ГЭС, ТЭЦ, атомных электростанций (АЭС) и т.д.
По оценкам, приводившимся в генеральном докладе Мирового энергетического Совета (Мадрид, 1992 г.) для приведения энергетики стран из состава бывшего СССР в соответствие со средними экологическими стандартами стран Организации экономического сотрудничества и развития потребовалось бы 1200 млрд $. В мировой практике существуют различные экономические оценки экологических ущербов, по которым, например, для угольных тепловых электрических станций (ТЭС) сумма экологических ущербов от выбросов в денежном выражении, как правило, превышает стоимость электроэнергии. Так если в США на уровне 2000 г. она ожидалась — 4,8 цент/кВт∙ч, то ущерб от выбросов при её производстве оценивался в 6,6 – 8,1 цент/кВт∙ч. Следует учитывать, что приведенные данные относятся к современным западным энергетическим технологиям, от которых, как известно, Россия отстает по экологическим показателям. В настоящее время на единицу ВВП в энергетике России приходится в 3,3 раза больше выбросов серы и в 3 раза больше выбросов азота и углекислого газа, чем в Западной Европе.
В общем виде в электрифицированных местностях регионах России на эколого-социально-экономическую ситуацию сказываются и климатические природные факторы — ветер и гололед (таблицы 1 и 2).
Таблица 1 – Нормативные скоростные напоры ветра на высоте 10 м от земли

Снимок1.PNG

Таблица 2 – Толщина стенок гололеда на проводах в районах России

Снимок2.PNG

Исходя из этого, только в сельском хозяйстве России, имеющем протяженные электрические сети, стоимость годового ущерба от ненадежности электрических сетей при нормированном времени отключения (25 часов в год) составляет примерно 6 – 7 % от приведенных затрат на всю схему электроснабжения. При существующей интенсивности отказов в электрических сетях (в среднем 70 часов в год), по известным причинам, двустороннее питание разветвленных сетей, из-за того, что сельские электрические сети находятся в аварийном состоянии, не обеспечивает их необходимую надежность. Более актуально сегодня резервировать питание с помощью локальных электростанций. При их наличии допускается снижение требований к надежности основных сетей [2].
Даже надежность гарантированного теплоснабжения жилых комплексов зависит не только от надлежащего наличия в котельных необходимого вида топлива, но и от качества электроснабжения.
Сегодня системы электроснабжения объектов генерации тепла — одна из основ живучести жилья и эффективности функционирования производства. Поэтому электропитание котельных от одного электрогенерирующего источника или одной линии электропередачи во многих случаях не только нежелательно, но вообще недопустимо.
Суровые российские зимы каждый год сопровождаются частичным замерзанием теплотрасс систем централизованного и локального отопления, принимающим год от года все более угрожающие размеры. Зимой в Сибири котельная, оставленная, например, на сутки без электроэнергии, обеспечивает работой ремонтные службы без малого на год вперед.
Одной из причин этих бедствий является зависимость работы циркуляционных водяных насосов от надежности поставок электроэнергии. Хотя электрическая мощность, потребляемая котельной в 100 раз и меньше тепловой мощности, которую она вырабатывает.
По данным территориальных органов Ростехнадзора причиной 28 % случаев нарушения теплоснабжения, имеющих серьезные последствия для потребителей зимой 2005/2006 г., были отключения электроэнергии вследствие циклонов, обильных снегопадов и порывистого ветра. А зимой 2003/2004 г. одновременно остались без электроснабжения, а, следовательно, без теплоснабжения от котельных некоторые районы Волгоградской и Псковской областей из-за обледенения проводов. Такого не было никогда в местностях, разделенных тысячами километров.
В Волгоградской области потребовался почти месяц для полного восстановления электроснабжения.
Установлено, что рост бытового электропотребления в период морозов в Москве составляет 63 %.
Население включает калориферы, электрообогреватели и т.д. В связи с этим, серьезной проблемой в Москве стали довольно частые отключения оборудования. Они связанны, том числе, с кратковременными посадками напряжения в электрических сетях, которые в настоящее время не могут обеспечить надежное электроснабжение с требуемым качеством электроэнергии. В результате посадки напряжения происходит отключение котлов на районных тепловых станциях. Это очень опасно, особенно при низких температурах. За 2 – 3 часа, необходимых для нового запуска этих станций, температура в теплосети падает, а при запуске вновь повышается, и в результате заметно увеличивается риск её разрыва.
В России для поддержания приемлемых условий жизнедеятельности промышленных предприятий расходуется огромное количество тепловой энергии. Для отопления зданий служат котлы различных типов малой и средней мощности. Достигнуты большие успехи в повышении надежности и эффективности сжигания органического топлива — КПД котлов находится на уровне 85 – 95 %. И в то же время практически ничего не сделано для уменьшения финансовых затрат на перекачку теплоносителя (низкий КПД) и качественного повышения надежности циркуляции теплоносителя (горячей воды) по контуру отопления. Российское оборудование, так же как и импортные котельные, при отключении электропитания, как правило, прекращают работу (из-за прекращения циркуляции теплоносителя) и только при восстановлении его возобновляется обогрев.
Насосостроение по этому показателю не соответствует требованиям российской действительности. А ведь именно в России при температуре наружного воздуха зимой минус 20 ⁰С, и ниже особенно остро стоит вопрос о надежной доставке тепла в здания. Это требование является важным для объектов, удаленных от энергосистем или расположенных на её концевых участках.
Снижение температуры прямой сетевой воды не снимает требований к надежности тепловых сетей, которые возрастают по мере снижения расчетных температур воздуха и увеличения диаметра трубопровода. Так, если при повреждении трубопровода диаметром 50 мм может быть отключен один жилой дом, то ремонт трубопровода диаметром 500 мм приводит к прекращению подачи теплоты на целый жилой район (районы). По данным ВНИПИэнергопрома для ликвидации повреждения на трубопроводе диаметром 300 мм требуется 15 часов, а для трубопровода диаметром 500 мм — более 20 часов (таблица 3). В связи с этим резервирование особенно актуально для местностей с расчетной температурой отопления минус 20 ⁰С, и ниже [3].




Таблица 3 – Зависимость продолжительности отключения и количества жителей от диаметра трубопровода
Наименование Условный диаметр трубопровода, мм
300 500 700 1000
Расчетная тепловая нагрузка, МВт
Расчетная продолжительность отключения, ч
Количество жителей в отключенных зданиях, тыс. человек 25 – 30

15

12 – 15 100 – 120

20

50 – 60 190 – 220

25

95 – 110 400 – 440

30

200 – 220
Для Сибири, исходя из данных таблицы 3, резервирование теплоснабжения становится необходимым, начиная с диаметра трубопровода 300 – 400 мм, в зависимости от местных условий.
Учитывая, что вероятность повреждения определяется протяженностью подводящей магистрали, можно условно установить ту критическую длину магистрали, свыше которой резервирование становится необходимым. В качестве такой длины В.М. Лебедевым рекомендуется принять 1,5 – 2 км. Такой случай характерен для сетей от районных котельных.
Повреждения подземных коммуникаций и их устранение в крупном городе приводит к дополнительному пробегу транспорта, увеличению в 3 – 10 раз, на ограниченной территории, дорожно-транспортных происшествий и подтоплению территорий [4].
Сегодня российской энергетикой управляют менеджеры, живущие текущим днем, а не профессионалы, думающие о техническом прогрессе своего предприятия, энергосистемы в целом. Главная цель современного менеджмента — максимально возможная экономическая прибыль. По уровню прибыли, по тенденции увеличения или снижения этого уровня судят о его надежности, что, конечно же, не верно.
По мнению ряда исследователей, любое предприятие, будучи субъектом предпринимательской деятельности, в современных условиях считает, что оно работает надежно, если им предусмотрено и свято соблюдается необходимая система мер предосторожности и в первую очередь меры экологической, энергетической, социальной безопасности, напрямую связанные с работниками. Кадры, не только решают все, но и могут лишить всего. Уместно напомнить знаменитое высказывание Генри Форда-старшего: «Железная дорога — это 98 % люди, а остальное — это рельсы, локомотивы, вагоны». Человеческий фактор, безусловно, — основа безопасности производства энергии и его бизнеса.
В этой связи, считается, что, важное значение приобретает не только интеллектуальный уровень, творческие возможности и профессиональные качества персонала, но, что особенно важно, его «психологическое здоровье», базирующееся на соблюдении жизнеопределяющих интересов человека. К сожалению, психологические основы безопасности предпринимательства на практике не рассматриваются.
Общая (интегральная) безопасность фирмы — это такое состояние условий функционирования персонала, объектов и технических средств (так называемые «корпоративных ресурсов»), когда она надежно защищена от всех возможных видов внешних и внутренних угроз. Её основу составляет психологическая безопасность.
Личностно-ориентированный подход к проблеме безопасности предусматривает поиск и определение «точек опасности», где происходит концентрация действия факторов отрицательного психологического влияния на личность.
В идеале действующее предприятие — целостный механизм, реагирующий на раздражители (требования рынка, изменение законодательства, политические и социальные подвижки, факторы риска). Повышение уровня опасности остановки производства приходится ожидать: из-за отсутствия топлива (энергии); изменения цен на энергоносители и сырье; веерные отключения электроэнергии; порыв линий электропередачи; бездорожье и провалы в земле после дождей. И тому подобное. Так, если отношение глубины ведения горных работ к мощности отрабатываемой залежи меньше 20, то зоны обрушения и разломов всегда выходят на поверхность и возможность ограничения их развития практически исключена.
Задача менеджмента — обеспечить в каждый момент времени эффективное выполнение требуемых функций каждым сотрудником, сохраняя коллектив единомышленников, нацеленных на решение тактических и стратегических задач в их динамике. Это очень важно, так как люди мобилизуют огромную внутреннюю энергию, если они заинтересованы в результатах своей деятельности. Радость успеха и признание заслуг не только оказывают более действенное влияние на их готовность эффективно трудиться, чем рост заработной платы и денежные премии, но и стимулируют чувства человеческого достоинства и преданности делу фирмы.
Удовлетворение потребностей сотрудников выражается в следующих «мелочах»:
Физические:
• организация работы; • рабочие места; • правила работы; • питание; • медицинское обслуживание; • парковка личного транспорта.
Экономические:
• заработная плата и условия её повышения; • распределение прибыли; • пенсии; • компенсации; • страхование; • льготы.


Социальные:
• социальные гарантии; • рабочий коллектив; • межличностные отношения; • совместный отдых; • престиж фирмы.
Как видим и в этой концепции необходимой системы мер предосторожности не находит своего отражения безопасность при чрезвычайных ситуациях. А это оценка действует только при благополучном энергоснабжении.
А ведь большинство объектов энергетики имеют изношенный парк оборудования. Приобретать импортную технику — дорого, да и по мере износа её ремонт может стать дорогим, а значит тоже проблемным.
Стоимость машины (оборудования), собранной (теоретически) из запчастей, купленных по розничным ценам, в странах, где производятся эти машины, в 2 – 3, а, в странах-импортерах в 3 – 4 и более раз выше, чем стоимость новой машины.
Это одна из предпосылок недостатков оборудования существующей энергетики, когда при ремонте заменяются очень дорогие детали и сборочные единицы, изготовление которых часто налажено только в других регионах и странах.
Эксплуатация оборудования и техники со сроком амортизации, близким к ресурсу конструкции связана со значительным (до 1,8 раза) увеличением затрат на поддержание её в работоспособном состоянии. При уменьшении годовой выработки на 25 – 30 %, и снижении коэффициента технической готовности до 0,7 – 0,75.
Состояние оборудования напрямую связано с неплатежами. Цепочка неплатежей в ТЭК начинается у поставщиков энергии конечным потребителям, к числу которых относятся городские (коммунальные) электрические и тепловые сети. Проходит через организации, производящие и передающие электрическую энергию и тепло. И завершается на предприятиях, добывающих топливно-энергетические ресурсы (ТЭР) и производящих добывающее и энергетическое оборудования, и т. д.
Несмотря на монополизм большой энергетики она при выполнении своей главной цели современного менеджмента — получения максимальной экономической прибыли сталкивается с определенными, мягко говоря, трудностями и непониманием со стороны потребителей.
Так, по мнению омских энергетиков, нерыночные принципы формирования тарифов на электрическую и тепловую энергию, газ, коммунальные услуги, сохраняющиеся, в современной российской экономике, ведут к углублению негативных тенденций в коммунальном хозяйстве. Складывается парадоксальная ситуация, когда органы местного самоуправления пытаются навязать населению вместо более дешевой тепловой энергии, вырабатываемой крупной ТЭЦ, дорогое тепло мелких котельных. Так, например, опыт эксплуатации локальных газовых котельных, который хорошо зарекомендовал себя в сельских населенных пунктах, омская мэрия пытается перенести в условия многомиллионного города. И это, тогда, когда на омских ТЭЦ есть значительные резервы тепловой мощности. Кстати, при работе локальных котельных в городе не решены вопросы и водоподготовки, и выбросов в атмосферу. Впрочем, прогнозируемое повышение цены на газ покажет абсурдность подобных проектов.
А вот другая точка зрения.
Первое. В течение многих лет в российской энергетике идет обсуждение вопроса: кому же предоставить выгоду от огромной экономии топлива в 28 – 48 %, при комбинированном производстве энергии? Ведь тепловая энергия — это «отходы» электростанций. Есть возможность снизить тарифы для потребителей электрической энергии либо снизить тарифы для потребителей тепловой энергии. На сегодняшний день, применяя физический метод расчета, энергетики повышают стоимость тепловой энергии в 2 – 3 раза по сравнению с «фактической». Рыночные экономические отношения в энергетике не скорректировали имеющийся необоснованный перекос в перераспределении топливной составляющей на выработку тепловой и электрической энергии. Из-за применения неверной методики расчета получается абсурдный результат: себестоимость тепловой «более дешевой» энергии на самой лучшей и экономичной ТЭЦ выше, чем себестоимость тепловой энергии на котельной, работающей на газе. По этой причине в систему тепловых нагрузок города включаются в работу частные и муниципальные котельные с удельным расходом топлива 160 – 170 кг/Гкал, в то время как на омских ТЭЦ простаивает оборудование с удельным расходом топлива на тепло в 4 раза ниже (28– 40 кг/Гкал). По данным АК «Омскэнерго», коэффициент использования теплового оборудования омских ТЭЦ составляет 24,4 %, а неиспользуемый резерв тепловой мощности ТЭЦ — 45,7 %.
Второе. Рассматриваются варианты, не повышая тарифы увеличивать плату за электроэнергию. Так, омские энергетики предложили (в 2005 г.) для населения ввести социальный норматив потребления электроэнергии, который оплачивается по тарифам, утвержденным региональной энергетической комиссией (РЭК) с учетом перекрестного субсидирования. За киловатты сверх этого норматива населению предлагается платить по полной стоимости. Это вызывает тревогу (настораживает), не окажется ли, что в конечном итоге, требуемые для этого штаты работников «съедят» все дополнительные денежные поступления. Успокаивает только то, что это пока только проект.
Все это ускоряет разрушение централизованного теплоснабжения в России, на что указывают нарастающий объем износа теплоэнергетического оборудования и отсутствие его восстановления.
Выход на надежное энергоснабжение, как страны, так и отдельно взятого региона зависит от многих факторов. Так, например, гарантированное получение определенного вида и среднемирового количества энергии потребителем ещё ни о чем не говорит.
В расчетах необходимо учитывать количественную характеристику природных условий страны и площадь ею занимаемую.
Фактор холода ученые учитывают, подставляя в формулы среднегодовую температуру в стране. В северных странах большая часть энергии идет на обогрев, строго говоря, на борьбу со стихией, а не на улучшение жизни людей. В Исландии, где среднегодовая температура + 0,9 ⁰С, на каждого жителя приходится 9 т у. т./год. А на Мальте, где среднегодовая температура равна комнатной (+ 18,5 ⁰С), никакого отопления вообще не нужно, и оптимальное потребление энергии при сравнимом уровне жизни составляет 2,5 т у. т./год.
С этой точки зрения теплый климат — такой же дополнительный экономический ресурс страны, как нефть и газ. И российское богатство недр нефтью, углем и прочими ископаемыми весьма неудачно компенсируется её удивительной климатической суровостью: у нас самая холодная страна в мире (среднегодовая температура минус 5,5 ⁰С).
Ученые ИБРАЭ РАН в конце XX века открыли закон энергетической неэффективности большого государства. Оказалось, что потребности в энергии увеличиваются не только там, где холоднее климат, но и там, где больше земли. Предельно допустимая площадь государства, после превышения которой существование страны делается энергетически невыгодным, равна приблизительно 500 тыс. км2 (площадь Испании, Франции). Именно закон неэффективности большого государства объясняет тот загадочный до последнего времени факт, почему один японец тратит 4,5 т у. т./год, а американец целых 11 ! И это при одинаковой среднегодовой температуре в обеих странах (+ 11,2 ⁰С) и примерно равном уровне жизни.
Система энергетически невыгодная должна развалиться. Это уже чистая физика. СССР треснул и развалился, срелаксировав невыносимое внутренне напряжение. И на этом процесс распада, может, не остановится. Энергетика будет пытаться колоть страну до эффективных площадей максимум в 500 тыс. км2. Развал многонациональных территориальных образований есть объективный процесс, четко прослеживающийся в XX веке. В начале столетия на земном шаре насчитывалось 52 независимых государства, в середине века — 82, теперь их число превышает 200. Если это не ясно видимая тенденция, то как же это тогда называть [5].
Однако все не так однозначно как утверждают ученые ИБРАЭ РАН. После всемирного энергетического кризиса 1973 – 1974 гг. развитые страны начали реализацию мер по энергосбережению во всех отраслях экономики. Этот процесс практически не затронул СССР (может быть, поэтому он и распался). В 90-е годы рост энергоемкости ВВП в России составил 16 %, и в начале XXI в. он была выше, чем в Европейском союзе. Ссылки только на суровый климат не являются убедительными: например, удельные расходы энергии на отопление жилых зданий в России и Финляндии составляют соответственно 500 – 600 и 135 кВт∙ч/м2 в год. Сравнение же средних температур в этих странах показывает, что разница удельных расходов не должна превышать 25 % [6].
Все перечисленные факты дают сделать вывод, что нельзя добиться энергетической безопасности любой страны, региона, территориального образования каким-то одним способом или существующей технологией.
К категории предпосылок и угроз возникновения чрезвычайных ситуаций следует отнести также следующее.
Любое государство во все времена находится в состоянии войны с преступностью. Сегодня эта война — война с терроризмом, наркоторговлей и т.п. — в корне отличается от всех предыдущих тем, что одна из воюющих сторон не представлена ни армией, ни территорией, Небольшая группа лиц и даже отдельный человек сегодня может нанести ущерб, сопоставимый с ущербом, наносимым армией. Потому что концентрация производства; будь то химического сырья или энергетических мощностей просто невообразимо огромна. Поэтому победа в этой войне не просто обеспечение правопорядка. Она становится необходимой составляющей концепции национальной безопасности любого государства.
Особенной опасности для экстремистских террористических действий, в силу своей уязвимости, и возможных катастрофических последствий, относится традиционная энергетика, причем, как атомная, так и использующая органическое топливо. Энергетика обеспечивает условия жизнедеятельности общества, особенно в зимний период, являясь важным инструментом достижения социальных, экономических, внешнеполитических и других целей.
Угрозы безопасности на современном этапе несут в себе новых черты:
• тактика использования террористов-смертников значительно снижает время возможной ликвидации угрозы;
• все более усиливается опасность доступа экстремистов к технологиям и оружию массового поражения;
• большая концентрация энергетических генерирующих мощностей, населения и промышленности в крупных городах, особенно вниз по течению ГЭС, провоцирует выбор террористов для нанесения максимального ущерба и достижения политических целей;
• рост наркоторговли обеспечивает террористам приток капитала;
• высокая подготовка и техническая оснащенность преступников затрудняет проведение оперативных антитеррористических мероприятий.
Действующая система организации и проведения, антитеррористических мероприятий и мероприятий по усилению безопасности на объектах большой энергетики пока ещё не в полной мере отвечает существующим угрозам безопасности. В первую очередь потому, что основу её составляет ручной труд: агентурная работа и патрульно-постовая служба.
Это далеко не полный перечень предпосылок и угроз возникновения чрезвычайных ситуаций. В нем не упомянуты проблемы связанные с эксплуатацией АЭС и утилизацией их отходов, небезопасности расположения городов под огромными запасами воды водохранилищ ГЭС, доставкой топлива (газа) на ТЭЦ по уязвимым газопроводам и т.д.

ЧАСТЬ 2
ФАКТОРЫ, УСИЛИВАЮЩИЕ ВОЗМОЖНЫЕ НЕГАТИВНЫЕ ВЛИЯНИЯ
ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЙ НА КАЧЕСТВО ЖИЗНИ


Для решения краткосрочной энергетической безопасности, в которую составной частью входит ликвидация и восстановление производств и быта населения после чрезвычайных ситуаций, развитые зарубежные страны в последние два – три десятилетия создали на своих территориях как минимум 90 – суточные стратегические запасы сырой нефти. Размещаются они в подземных хранилищах.
США стратегический запас нефти начали создавать после потрясений мирового нефтяного рынка в 1970-е годы и к настоящему времени довели его до 80 млн т. Это примерно 20 % годового потребления нефти страны. И стратегический нефтяной запас, и 62 подземных резервуара, в каменной соли, в которых он хранится, являются федеральной собственностью США.
В Саудовской Аравии предполагают создать стратегические запасы в объеме 12 млн баррелей, состоящих из хранилищ бензина, дизельного и авиационного топлива. Хранилища будут представлять собой защищенные подземные емкости на глубине 200 м с системой тоннелей, коммуникаций и жизнеобеспечения. Общая стоимость проекта оценивается в 3 млрд $.
В 2008 г. Китай и Индия заявили о планах создания стратегических запасов нефти.
Китай в отдельные «тревожные» периоды времени закупает нефти больше обычного — для пополнения своих сырьевых запасов. Руководство страны, не слишком уверенное в стабильности доллара, переводит часть валютных резервов в сырьевые активы — ту же нефть, золото, медь.
В России стратегического запаса нефти нет вовсе. Незначительные хранилища аварийного запаса моторных топлив (в основном оборонного назначения), сооруженные в 60 – 70 гг. XX в., почти все оказались за пределами нынешней её территории. В этих условиях создание стратегического запаса нефти для современной России представляется насущной необходимостью и одной из важнейших предпосылок экономической независимости и безопасности в наступающем столетии.
Между тем Природа одарила Россию частью крупнейшего в мире Прикаспийского соляно-купольного бассейна (на глубинах от 300 до 1000 м в виде соляных куполов мощностью более 1000 м) на территории Астраханской области – важнейшего геополитического региона, интенсивного развития нефтегазодобычи и нефтегазопереработки, перекрестка транспортных коммуникаций юга России. Благоприятные геологические условия большинства из более 50 расположенных здесь солянокупольных структур и поднятий позволяют соорудить методом подземного растворения не менее 250 подземных хранилищ, аналогичных по технологии сооружения и эксплуатации, подземным хранилищам США.
В процессе разработки полостей подземных резервуаров реально осуществилась бы промышленное крупномасштабное производство сотен миллионов тонн технической, кормовой и пищевой соли, реальный дефицит которой в России в последние годы вынуждает импортировать ее из Белоруссии и Украины.
Представляется, что проблема создания стратегического запаса нефти России по своему значению для будущего страны заслуживает федеральной целей программы [7]. Создание стратегических запасов топлива полностью отвечают российской действительности.
Для выживания населения в экстремальных условиях, связанных, с внезапным прекращением энергообеспечения как по вине террористов или вследствие технократической аварии (разрушения ГЭС, ТЭЦ, ТЭС) самым необходимым видом энергии, для зимнего периода, является тепло и вода, а для летнего периода — вода.
Причем та часть населения, которая привыкла получать тепло и воду централизованно, в чрезвычайной ситуации не способна предпринимать адекватные действия для выправления ситуации. А вот населению местностей, которые не обеспечены надлежащим гарантированным энергоснабжением, в повседневной жизни заведомо тяжелее, но они более всего подготовлены к чрезвычайным ситуациям. Ведь порой вместо развития производства, и обустройства быта они думают, как сохранить жизнеспособность. Быть постоянно начеку — тяжело. Жители таких поселений чаще ведут борьбу за выживание, а не приносят пользу обществу. А ведь надлежащим образом обеспеченное энергией население выгодно государству: оно не отвлекается, не тревожится, не раздражается по мелочам, а уверенно делает свое дело, участвует, в развитии местности, региона, страны.
Кроме того, каждой аварии присущи свои особенности. Так при аварии на Саяно-Шушенской ГЭС жители поселков, расположенных вдоль реки Енисей, и городов Саяногорск и Абакан и др. ночи проводили в горах, боясь прорыва плотины ГЭС.
Если зимой тепло необходимо для того, чтобы просто не замерзнуть, то вода необходима всегда для исключения вспышки инфекционных заболеваний. Расход питьевой воды, в быту следующий: для питья и приготовления пищи — 5 %; в смывном бачке туалета — 43 %; в душе и ванной — 34 %; для мытья посуды — 6 %; на стирку 4 %; уборку квартиры — 3 %; прочие нужды, включая полив газонов и мытье машин — 5 %. Принимая душ, человек в течение 5 мин расходует в среднем 100 л воды, наполняя ванну, вы расходуете 150 – 200 л. Каждый разовый слив в туалете — это 8 – 10 л.
Общемировая статистика такова: средняя стоимость 1 м3 воды примерно равна стоимости 1 л бензина.
Следовательно, оснащение населения элементами самоэнергообеспечения, на период чрезвычайных ситуаций и специальные знания людей (предпринимателей, взрослых, пенсионеров, детей), которые получают энергию от этих ГЭС, АЭС, ТЭЦ и живут рядом, должно отличаться от готовности к экстремальным периодам людей, которые живут рядом с химическим комплексом. А возможности людей, живущих в зонах других потенциально возможных чрезвычайных природных и техногенных ситуаций должно отличаться от двух первых названных категорий.
Также энергетическая безопасность объектов, требующих повышенной надежности энергоснабжения (учреждения здравоохранения, детские сады и школы, банки, гостиницы, спортивные сооружения и т.п.), должна отличаться от энергетической безопасности полевого стана.
В настоящее время в теплоэнергетике основным теплоносителем является вода, получаемая из природных источников и содержащая большое количество различных примесей — от растворенных минеральных солей до органических соединений. При работе теплообменного оборудования примеси выделяются в твердую фазу как в виде накипи (отложения непосредственно на поверхности), так и в виде шлама. Отложения вызывают ухудшение теплопередачи, уменьшение проходных сечений оборудования и трубопроводов, что приводит к снижению эффективности работы оборудования (перерасходу топлива, перегреву металла и т.д.).
На большинстве предприятий теплоэнергетики для предотвращения образования отложений обычно проводят предварительную химическую обработку воды, но данные мероприятия не обеспечивают 100 % защиты от отложений. Поэтому в теплообменном оборудовании постоянно происходит образование различных отложений, ухудшающих его работу и требующих периодической очистки. Причем образование таких накипных отложений по периметру труб неравномерно. Обычно с «огневой» стороны их толщина в 2 – 3 раза больше. Следовательно, при проведении химической очистки кислотой часть поверхности труб очистится раньше, и кислота будет реагировать с чистым металлом, подвергая его коррозии. Коррозионные процессы протекают более активно в заклепочных и вальцованных соединениях, сварных швах и т.д., выводя из строя их в первую очередь.
При авариях, сопровождаемых потерями огромного количества обработанной, технологически чистой воды, восполнение ею системы обычно происходит без надлежащей очистки, что может при дальнейшей эксплуатации системы привести к серьезным последствиям (авариям), в корне отличающимся от предшествующих аварий. При проведении химической очистки теплообменных поверхностей на сегодняшний день, нельзя не отметить присущих им серьезных недостатков:
• необходимость останова оборудования, сбора специальных промывочных схем с трубопроводами, арматурой, насосами и ёмкостями;
• расход дорогостоящих реагентов и воды для собственно промывок и последующих отмывок поверхностей нагрева;
• невозможность эффективной очистки оборудования, из-за неравномерного распределения накипи по поверхности нагрева, как следствие — неполное удаление накипи;
• необходимость пассивации (защиты от коррозии) металлических поверхностей после химочистки;
• износ металла вследствие коррозионных процессов после трех-четырех химочисток;
• образование большого объема сточных вод, зачастую содержащих токсичные вещества;
• очистка не является препятствием к образованию с первого же дня эксплуатации оборудования, после её проведения, накипи снова.
При эксплуатации тепловых сетей вместе с водой в грунт попадают ингибиторы, добавляемые в воду для исключения известковых отложений.
К негативной деятельности централизованного теплоснабжения, провоцирующую возникновение чрезвычайных ситуаций, необходимо отнести также и сброс в водоемы следующих видов сточных вод:
сточные воды химической очистки питательной и подпиточной воды и установок для очистки конденсата;
воды, загрязненные нефтепродуктами, в основном мазутного хозяйства;
воды от обмывок наружных поверхностей нагрева паровых и водогрейных котлов;
отработанные растворы после химочистки оборудования котельных;
воды гидрошлакозолоудаления котельных, сжигающих твердое топливо;
коммунально-бытовые и хозяйственные воды;
дождевые и паводковые воды с территории котельной.
А вот чем оборачивается триумфальное шествие во второй половине ХХ века ядерной энергетики.
В начале ХХІ века на первый план в мире вышла одна из сложнейших проблем — вывод из эксплуатации объектов ядерной энергетики и непосредственно связанная с ним проблема изоляции и захоронения радиоактивных отходов.
В области обращения, с радиоактивными отходами в мире нет общепризнанных решений по их надежной изоляции от окружающей среды и окончательному захоронению. Обеспечение защиты окружающей среды, населения и персонала, в частности, представляет собой экономическую, техническую и организационную задачу мирового масштаба.
Из сказанного выше следует, что для повышения эффективности противодействия существующим угрозам необходима надежная защита от всевозможных видов внешних и внутренних угроз, в том числе за счет полной или частичной автономности энергоснабжения объектов производства и быта, чего в настоящее время практически нигде нет.
Государство на данном этапе развития распределенной (локальной) энергетики должно оказывать ей экономически обоснованную, сбалансированную помощь при решении ею, социальных проектов.
При наличии независимого источника энергии, не так страшны любые формы дискриминации в части доступа к электрическим и тепловым сетям. Не страшны любые виды протекционизма, а также привилегий, как отдельным категориям населения, так и отдельным видам производств, в доступе к энергии (например, во время посевной и уборочной очень часто потребности в топливе удовлетворяются в первую очередь только посевной и уборочной техники). В этот период снабжение топливом автотранспорта даже учреждений здравоохранения отодвигается на второй план.
Энергонезависимость позволяет строить отношения с поставщиками товаров и услуг на взаимовыгодной основе, и добросовестно исполнять свои обязательства перед партнерами. Нивелируются спекуляции топливом при их дефиците.
Частичная обеспеченность энергией позволяет не допускать широкомасштабных действий должностных лиц на извлечение ими личной выгоды при заключении договоров на поставку топлива. Снижаются риски возникновения корпоративных конфликтов.
В процессе эксплуатации локального энергогенерирующего оборудования, особенно энергетики возобновляемых источников энергии (ВИЭ) выстраиваются партнерские отношения между населением и администрациями территориальных образований, исключающие иждивенческие настроения.
При рассмотрении долгосрочных перспектив развития энергетики ВИЭ следует предусмотреть, что в среднесрочной перспективе в связи с ухудшающейся демографической ситуацией возрастные рамки, определяющие аудиторию социальной поддержки, могут расширяться, и в этом случае поддержка может выражаться социальной помощью в натуральном виде — в виде дифференцированных видов энергии. Благотворительная деятельность в этом случае будет в поставках различных видов энергии, как престарелым людям, так и в школы, интернаты, дома престарелых, роддома, дома детского творчества и т.д.
В настоящее время к факторам, сдерживающим более широкое использование индивидуальных систем энергоснабжения, следует отнести консерватизм покупателей товаров широкого потребления.
Повышать долю населения, ориентированную на приобретение высокотехнологичной продукции не так просто. Новаторство, особенно в сфере малой энергетики ВИЭ, может быть весьма рискованным делом, т.к. суперконсеваторов по данным исследований в США, как правило, в 6 раз больше, чем суперноваторов. Хотя новаторы и суперноваторы в сумме составляют 16 % (рисунок 1).

Снимок3.PNG
Рисунок 1. Характеристика американскими маркетологами категорий покупателей любого товара широкого потребления [8]

Однако следует отметить, что в законодательном плане проделана определенная работа, которая должна оказывать положительное влияние на использование возобновляемых и вторичных топливно-энергетических ресурсов для стабилизации положения в социосфере, как части биосферы, рисунок 2.
Перспективы дальнейшего развития энергетики в её нынешнем виде, очень относительны, т.к. освобождения от возможных эколого-энергетических и ресурсных кризисов она не обеспечивает.

Снимок4.PNG
Рисунок 2 – Структурирование термина «Требования общества» (согласно ИСО 8402)

Современная технологическая энергетическая система любого уровня (от индивидуального хозяйства до государственного предприятия) должна соответствовать международному «Требованию общества» по ГОСТ Р 51750—2001, на основе четырех аспектов деятельности: производственно-технологической, экологической, социальной и ресурсной (рис. 2). Как видно из рисунка 2 каждая современная технологическая энергетическая система любого уровня должна предопределяет эффективность функционирования энерготехнической системы более высокого уровня, влияющей, в свою очередь, на облик техносферы и качество биосферы.
Такие требования общества, можно выполнить только тогда, когда генерирующая система любого уровня будет иметь коэффициент энергетической эффективности намного превышающего, единицу (коэффициент энергетической эффективности генерирующей установки — это отношение энергии, выработанной установкой в течение всего срока службы, к энергии, затраченной на создание и функционирование этой установки, включая энергию топлива). Для энергоустановок, использующих ископаемое топливо, коэффициент энергетической эффективности всегда меньше коэффициента полезного действия, т.е. существенно меньше единицы. Для энергетических установок, функционирующих на основе возобновляемых и вторичных ТЭР, коэффициент энергетической эффективности больше единицы и достигает значений 5 – 10. Это и является истинной причиной, почему энергетика ВИЭ может и должна стать основой жизнеобеспечения в чрезвычайных ситуациях — привозное топливо ей необходимо в минимальных объемах.
С расширением масштаба использования энергетики ВИЭ повышается и коэффициент энергетической эффективности всей энергетической отрасли.
От коэффициента энергетической эффективности напрямую зависит стоимость энергии. Так, например, себестоимость электроэнергии Баксайской ГЭС, построенной в 40-е годы XX века, в 2001 году составляла 7,2 копейки за 1 кВт∙ч, а стоимость электроэнергии в Омске от ТЭЦ — 39 коп./кВт∙ч.
Сейчас в связи с кризисом потребление электроэнергии в целом по России уменьшилось примерно до 10 % по сравнению с 2008 г., хотя спад промышленного производства составил до 20 %. Однако пройдет и этот не простой период, а потребности в энергии не только останутся, но возрастут.
В «Обзоре мировой энергетики» МЭИ (World Energy Outlook, 2005) говорится, что если государственная политика в области энергетики не изменится, то к 2030 г. объемы выбросов СО2 возрастут более чем на 50 %, а потребление нефти — на 45 %. При этом 85 % роста мирового спроса на топливо будет удовлетворяться за счет углеводородов [9].
В этом случае, ситуация в России становится непредсказуемой, поскольку цены на тепловую энергию определяются региональными энергетическими комиссиями по затратному принципу и с учетом монопольного положения поставщиков тепловой энергии.
Сейчас уже очевидно, что так желаемая стабильность и ценовые паритеты на перспективные энергоресурсы гораздо легче могут быть достигнуты с использованием местных видов топлива и ВИЭ. В кризис, в особой цене технологии, снижающие издержки предприятия. А энергетика ВИЭ, к сожалению, дороже в стартовых затратах.
Вот такая непростая ситуация складывается в отечественной энергетике, только потому, что практически нет надлежащего задела научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ (НИОКР) по энергетике ВИЭ [10].
Анализ сложившейся ситуации показывает, что:
энергетика децентрализованных потребителей развивается во многом стихийно, т.к. нет универсальной технологии и системы (органа), заинтересованной в оптимальном комплексном её развитии; такое положение приводит к явно неэффективным решениям — выборочной газификации, централизованному теплоснабжению в районах с низкой плотностью тепловой нагрузки и т.п.;
основное внимание уделяется либо отдельным малым производственным и бытовым объектам (жилой дом, ферма, теплица, сельский населенный пункт), либо сельскому хозяйству России в целом; муниципальное образование, как объект энергоэкономических исследований на всех иерархических уровнях не рассматривается.
В советский период особое место отводилось использованию электроэнергии, как панацеи энергоснабжения, из-за её уникальных технологических и потребительских свойств: высокая транспортабельность, возможность концентрации, легкая делимость, контролируемость и управляемость, простота и эффективность преобразования в другие виды энергии любого потенциала. Все это давало повод говорить о ней, как идеальном энергоносителе для нужд теплоснабжения потребителей в условиях децентрализации их размещения на обширной территории страны, не благоприятности климата на её большей части, неразвитости производственной и социальной инфраструктуры и сервисных энергослужб, постоянных трудностей топливоснабжением и пр.
Единственное существенное возражение против широкого распространения электротеплоснабжения было связано с указанием на нерациональность данной технологии с «эксергетической точки зрения». Большие затраты топлива (в условиях низкого КПД паротурбинного цикла современных электростанций) на получение электроэнергии, характеризующейся высоким эксергетическим потенциалом, при дальнейшем прямом её преобразовании (без совершения полезной работы) в эксергетически некачественную тепловую энергию преимущественно среднего и низкого температурного потенциала. Следует отметить, что высокие эксергетические показатели электроэнергии неотделимы от вышеперечисленных её потребительских свойств, обеспечивающих сравнительную легкость доставки этого энергоносителя широкому кругу децентрализованных потребителей, простоту и возможность глубокой автоматизации процессов её конечного потребления. По своей универсальности электроэнергия одного уровня с нефтью и её производными, которые, как правило, широко не применяются для теплоснабжения, кроме мазута.
Однако высокая стоимость электроэнергии, низкие КПД преобразования органического топлива в электроэнергию и ненадежность доставки, электромагнитное загрязнение окружающей среды существенно влияли на её крайне ограниченное использование децентрализованным потребителем. Монопольное положение электроэнергии на рынке энергетических услуг не отвечало и отвечает требованиям по безопасности.
Безопасность процессов (по Федеральному закону от 27 декабря 2002 г. № 184-ФЗ) — это состояние, при котором отсутствует недопустимый риск, связанный с причинением вреда жизни или здоровью граждан, имуществу физических и юридических лиц, государственному и муниципальному имуществу, окружающей среде, жизни и здоровью животных и растений.
Одним из чрезвычайно важных вопросов, относящихся к эффективности использования энергетики ВИЭ, является вопрос размещения её генерирующих систем. Если, например, гелиоустановки и гелиосистемы размещать вдали от поселений (в пунктах ), там где минимально загрязнение воздуха аэрозолью и пылью, то велики могут быть затраты на эксплуатацию и на транспортировку выработанной энергии потребителю, в объеме . Если рядом, то необходимо увеличивать площади приемников и концентраторов солнечного излучения, для компенсации ослабления пылью и аэрозолями поступления солнечной энергии на преобразование или в аккумулятор.
Для этих случаев целевая функция минимизации суммарных затрат по производству требуемого вида энергии и его транспортировку потребителю следующая:

где – затраты на производство единицы энергии в пункте (зависят также от объема произведенной энергии); – количество произведенной энергии в пункте (с учетом будущих потерь при транспортировке потребителю); – затраты на транспортировку единицы энергии из пункта потребителю; – количество полученной потребителем энергии; – количество пунктов производства энергии.
при условиях:



С этим вопросом связана и следующая тенденция.
Одной из современных тенденций современного развитого производства энергии состоит в постоянном укрупнении его размеров. Объясняется это тем, что с увеличением объема выпускаемой продукции (энергии) повышается специализация производства и благодаря этому удается добиться снижения удельных затрат.
Общеизвестно, что затраты на выпуск продукции могут быть разделены на две части — постоянные затраты, не зависящие от объема производства, и переменные затраты, которые можно условно считать пропорциональными количеству выпускаемой продукции.
Пусть — суммарные затраты по выпуску продукции; — постоянные затраты и — переменные затраты, отнесенные к единице выработанной энергии (продукции), тогда:

где – объем выпускаемой энергии (суммарная потребность региона).
Однако, наряду с факторами, способствующими концентрации производств, существуют и другие, которые уменьшают эффективность концентрации производств. Среди них необходимо отметить уже сложившееся размещение производств энергии, наличие природных ресурсов, транспортных коммуникаций топлива и энергии и ряд других.
Исходя из этого встает вопрос, каким следует выбрать направление развитие энергетики региона, чтобы и потребности удовлетворить, и затраты суммарные сделать как можно меньше. Математическая модель этой ситуации следующая. Найти минимальные суммарные затраты производств:

где – количество производителей этого вида энергии.
при условиях:


Также на размещение оборудования и систем энергетики ВИЭ, как инструмента уменьшения негативных последствий чрезвычайных ситуаций, конечно же, влияет состояние транспортной сети России, её соответствие требованиям настоящего и наличием резервов на будущее развитие производства и общества. Ведущие индустриальные державы имеют хорошо развитую транспортную сеть, и миграция промышленных зон, мест добычи полезных ископаемых и минерального сырья, источников электроэнергии и т. п. не вызывают спадов в экономике и напряженности в обществе.
Россия вошла в XXI век с недостаточно развитой сетью автомобильных дорог, что в течение длительного времени будет являться серьезной причиной темпов экономического подъема.
Для сравнения отметим, что на 100 км2 территории РФ и США приходится соответственно 3,15 и 53 км автодорог.
По данным Дорожного департамента РФ, на 0,53 млн км автодорог имеется 38675 мостов, в США на 5 млн км дорог — 575000 мостов или соответственно 0,23 и 6,1 моста на 100 км2 территории [11].
Транспортная обеспеченность региона предопределяет уровень его социально-экономического развития. Среди федеральных округов явственно выделяются Сибирский и Дальневосточный, которые значительно отстают от среднероссийского уровня промышленной и сельскохозяйственной освоенностью территорий.
Плотность (густота) железных дорог Западно-Сибирского региона, самого «обеспеченного» из районов Сибири и Дальнего Востока, практически в 8 раз ниже по сравнению с самым «успешным» европейским районом России — Центрально-Черноземным. Даже самый транспортно не обустроенный европейский район — Северный — имеет железнодорожную обеспеченность фактически в 1,5 раза выше, чем Западно-Сибирский. Транспортная доступность регионов Дальнего Востока на порядок хуже, чем в европейской части страны:
• плотность железных дорог общего пользования в 20 раз ниже, чем в Центрально-Черноземном и Центральном, в 10 – 13 раз ниже, чем в Волго-Вятском, Поволжском, Северо-Кавказком;
• плотность автомобильных дорог (Западно-Сибирский регион — 15,5 км на 1 тыс. км2) не на много выше, чем в неблагополучном районе европейской части страны (Северный район — 14,7 км на 1 тыс. км2).
Удаленность российских регионов от железных дорог усугубляется неразвитостью автодорожной сети. Если сравнить сколько приходится километров автомобильных дорог на 1 тыс. км2, то Сибирь и Дальний Восток (2,8 км) значительно проигрывают, даже дорогам Урала (5,6 км), не говоря уже о европейской части нашей страны — 8,7 км. Для справки в странах Западной Европы этот показатель составляет: Финляндия — 226 км; Германия — 1457 км; США — 602 км; Япония — 3031 км [12].
Кроме того, использование ВИЭ в каждом конкретном регионе диктуется её метеорологическим потенциалом атмосферы (МПА).
Так согласно [3] необходимо принимать вид топлива для энергоисточников с учетом МПА, который рассчитывается по формуле:

где , – повторяемость скоростей ветра («малого» — до 1 м/с, «большого» — более 6 м/с) %; , – повторяемость в году дней с туманом и осадками, %; при этом, если , то следует применять только экологически чистые виды теплоисточников и замкнутые схемы, полностью исключающие выбросы вредных веществ в атмосферу.
А при сбросе в водоем различных токсичных веществ сумма их безразмерных концентраций не должна превышать единицы с учетом фоновых концентраций вредных веществ, имеющихся в водоеме до сброса сточных вод, т.е.

где – концентрация -го вещества в водоеме; – предельно допустимая концентрация -го вещества в водоеме; – число вредных веществ, сбрасываемых со сточной водой.
При исследовании энергетической эффективности любого технологического решения необходимо ориентироваться на следующие сведения.
Коэффициент использования установленной мощности районных котельных невысок — не более 20 – 30 %. Особенно сложным в практической реализации было и остается регулирование в теплый период отопительного сезона, когда температура воды в тепловой сети имеет минимальную величину 60 – 70 ⁰С, а длительность этого периода составляет обычно 1000 – 1500 часов. Перерасход тепла на отопление в этот период может достигать при отсутствии местного регулирования на вводах до 15 %, годового [3].
Для тепловых насосов (ТН) очень важен коэффициент трансформации теплоты, зависящий в основном от температурных параметров аккумулятора теплоты — грунта и воздуха, а также воды.
В общем виде тепловой режим грунта формируется под действием трех основных факторов — падающей на поверхность солнечной радиации, температуры воздуха и потока тепла из земных недр, который как правило, составляет не более 0,05 – 0,12 Вт/м2.
При эксплуатации грунтового массива, находящегося в пределах зоны теплосбора/теплоотдачи, вследствие сезонного изменения параметров наружного климата, а также под воздействием эксплуатационных нагрузок на грунт может подвергаться многократному замораживанию и оттаиванию. Агрегатное состояние влаги, заключенной в порах грунта, изменяется. В общем случае она находится в жидкой, твердой и газообразной фазах одновременно. В капиллярно-пористых образованиях, которыми является грунтовый массив системы теплосбора/теплоотдачи, наличие влаги в поровом пространстве оказывает заметное влияние на процесс распространения тепла. При наличии в толще грунтового массива температурного градиента молекулы водяного пара перемещаются к местам, имеющим пониженный температурный потенциал. Одновременно под действием гравитационных сил возникает противоположно направленный поток влаги в жидкой фазе. Кроме этого, на температурный режим верхних слоев грунта оказывает влияние влага атмосферных осадков и грунтовых вод.
Связанная в грунте вода не замерзает при 0 ⁰С, т.к. является «твердым» телом; прочносвязанная вода замерзает при температуре минус 78 – 186 ⁰С. Вода макрокапиляров , если не содержит растворенных солей, должна замерзать при 0 ⁰С; микрокапилярная вода замерзает в температурном диапазоне от 0 до минус 50 ⁰С; капиллярно-поглощенная вода замерзает при минус 4 ⁰С; 5 – 6 мономолекулярных слоев вообще не могут кристаллизоваться, а переходят в стеклообразное состояние; при очень низких температурах замерзает монослой [13].
Эти физические процессы существенно влияют на аккумулирующую теплоемкость грунта, значительно снижая её в рабочем, для ТН, диапазоне температур.
При решении задач по стабильному энергоснабжению регионов необходимо также находить сбалансированные решения, избегая принятия узковедомственных решений, лоббируемых различными группами.
Так, непропорциональное развитие одного из видов энергетики ВИЭ, на примере Кыргызстана и Таджикистана, когда приоритет был отдан строительству ГЭС (их установленные мощности составляют соответственно 83,5 % и 92,73 % от суммарных) приводит к печальным последствиям [14, 15]. Население этих стран стало заложниками погодных условий на многие и многие годы вперед.
Как видим факторов, связанных как с традиционной энергетикой, так и энергетикой ВИЭ, которые могут усилить, или ослабить возможные негативные последствия чрезвычайных ситуаций на качество жизни много. К сожалению, выбор использования для энергоснабжения той или иной схемы осуществляют специалисты соответствующих отраслей с приверженцами традиционной энергетики (к сожалению сюда не входят на равных правах специалисты энергетики ВИЭ).

ЧАСТЬ 3
ВОЗМОЖНОСТИ ЭНЕРГЕТИКИ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ
ПО УЛУЧШЕНИЮ КАЧЕСТВА ЖИЗНИ

По оценкам REN21 (Renewable Energy Policy Network for the 21 ist Gentury) установленная мощность энергоустановок на ВИЭ составляет около 4 % от суммарной мощности всех энергоустановок в мире (таблица 4), хотя они производят лишь 2,5 – 3 % всей вырабатываемой электроэнергии (без крупных ГЭС).
Таблица 4 – Показатели установленной мощности энергоустановок на ВИЭ

Снимок5.PNG
Производство электроэнергии                                                     ГВт
Снимок6.PNG
Теплоснабжение                                                             ГВт (теплоты)
Снимок7.PNG
Автономное энергоснабжение
Снимок8.PNG
Производство моторных топлив
Снимок9.PNG

Высокими темпами, с безусловным улучшением качества жизни, в конце прошлого, начале этого века внедрялись следующие технологии использования ВИЭ: ветроэлектрические установки (ВЭУ) — 28 %, производство биотоплив — 25 %, солнечные нагревательные установки — 17 %, геотермальное теплоснабжение — 13 %, малые и микро-ГЭС — 8 %.
В то время как традиционные отрасли энергетики развивались с темпом 2 – 4 %, в том числе крупная гидроэнергетика — 2 %, атомная энергетика — 1,6 %.
Прообразом высокотехнологичного решения применения ВИЭ является система автономного энергоснабжения на острове Utsira (Норвегия). В ней применены ВЭУ в сочетании с накопителем энергии на водороде. Электроэнергией снабжают 220 человек, живущих в 70 домах на острове. Потребитель – автономное питание 10 – 15 индивидуальных хозяйств, 20000 кВт∙ч/год каждое. Необходимое потребление электроэнергии на душу населения в условиях острова около 25000 кВт∙ч/год, вместо 3000 кВт∙ч/год, требуемых, например, в Германии или Швейцарии.
Система энергоснабжения включает две ВЭУ компании Enercon и накопитель водорода электролизной установке компании Norsk Hydro Electrolysers.
Основной источник электроэнергии — ВЭУ, они в состоянии выдавать нужное количество электроэнергии, так как средняя скорость ветра на острове 10 м/с. Однако, без мощного накопителя они не могут постоянно обеспечивать остров электроэнергией из-за сильно изменяющегося ветрового режима и продолжительных штилей.
Состав автономной системы: две ВЭУ по 600 кВт, электролизер 50 кВт — 10 м3/ч, компрессор мощностью 3 кВт, бак для водорода объемом 2000 м3, работающие на водороде ТЭ мощностью 60 кВт, маховик массой 2,5 т с запасенной энергией 5 кВт∙ч, кислотная аккумуляторная батарея емкостью 100 кВт∙ч, система управления. Есть и резервный дизель-генератор.
Наполненный контейнер с водородом может питать энергией два дня население острова во время штиля.
Идея создания системы возникла в 1999 г. Стоимость проекта, высокая, но результаты ожидаются вполне удовлетворительные [16].
К серьезным недостаткам, ограничивающим уже сейчас самое широкое практическое применение энергетики ВИЭ, относятся невысокая плотность энергетических потоков ВИЭ и их непостоянство во времени и, как следствие этого, необходимость значительных затрат на оборудование, обеспечивающее сбор, аккумулирование и преобразование энергии.
Так, например, плотность потока солнечного излучения на поверхность земли в полдень ясного дня составляет всего около 1 кВт/м2, а его среднегодовое значение (с учетом сезонных и погодных колебаний) для самых солнечных районов земного шара не превышает 250 Вт/м2 (для средней полосы России 120 Вт/м2).
Средняя удельная плотность энергии ветрового потока также, как правило, не превышает нескольких сотен Вт/м2. Так при скорости ветра 10 м/с удельная плотность потока энергии (Е = ⅟₂ρV3, ρ — плотность воздуха, V — скорость ветра) приблизительно равна 500 Вт/м2.
Плотность энергии водного потока, имеющего скорость 1 м/с, также составляет всего около 500 Вт/м2. Для сравнения укажем, что плотность теплового потока на стенках топки парового котла достигает нескольких сотен кВт/м2.
Вместе с тем технологии использования различных ВИЭ активно развиваются во многих странах мира, многие из них достигли коммерческой зрелости и успешно конкурируют на рынке энергетических услуг, в том числе при производстве электрической энергии. Этому в немалой степени часто способствует, как это не парадоксально умеренный потенциал ВИЭ.
Относительно низкий потенциал ВИЭ позволяет живущим там людям вести хозяйство с наименьшими затратами и рисками лишиться результатов своего труда. Солнце не выжигает растительность, ветер не валит с корнем деревья и не уничтожает посевы, дождь не смывает посевы, и в тоже время быть обеспеченными энергией от Солнца, ветра, малых водотоков.
В Западной Европе нестабильность ветра компенсируется разными подходами; так, например, регулирование режимов ветро(ферм)парков Дании происходит за счет «погашения» энергии ветра ГЭС Норвегии. В ветровой электроэнергетике Германии участвуют ГЭС Франции путем взаимной передачи энергии по сети линий электропередачи. Конечно, ГЭС должны в этом случае обладать соответствующими водохранилищами длительного регулирования. Кроме этого на надежность электроснабжения влияет тот факт, что весной через створы существующих ГЭС проходит в среднем 60 % годового стока воды. При этом от 10 до 25 % годового стока воды ГЭС сбрасывают вхолостую из-за отсутствия регулирующих емкостей водохранилищ.
В практике строительства крупных «ветроферм» и ветроэлектрический станций (ВЭС) принято использовать территории размером 8 – 12 % от общей площади, имеющей достаточный ветровой потенциал.
Для изолированных энергосистем считается оптимальным (по зарубежной практике), установка ВЭС мощностью до 30 % от суммарной мощности энергосистемы.
Такие ограничения по мощности ВЭС вполне оправданы.
Сегодня к использованию ВИЭ, следует отнести в первую очередь следующие существующие технические решения (технологии):

Технологии, пассивного (прямого) использования солнечной энергии:
преобразование в тепло солнечного излучения, аккумулированного благодаря конструкции здания;
население Тибета использует более 50 тысяч бытовых гелиопечей. Гелиоустановками отапливается 150 тыс. м2 жилья.
Технологии активного использования солнечной энергии:
производство тепловой энергии плоскими и трубчатыми коллекторами и солнечным соляным прудом;
производство электроэнергии фотоэлектрическими станциями (ФЭС) и солнечными электростанциями (СЭС).
Следует отметить тот факт, что КПД кремниевых фотопреобразователей при сильном нагреве заметно снижается.
Технологии, использования энергии ветра, это:
автономные ветроэлектрические установки (системы), не зависящие от распределительной сети (grid off);
ветроэлектрические станции (системы), поставляющие электроэнергию в распределительную сеть (grid on).
К использованию энергии ветра надо подходить очень взвешенно. Конструкции импортных ВЭУ не адаптированы к сложным погодным условиям нашей страны. К примеру, в Саратовской области немецкие ВЭУ вышли из строя из-за того, что после дождя ночью ударили заморозки.
Также сложны отношения с зарубежными производителями из-за того, что замена вышедших из строя деталей может обойтись очень дорого. Так, в Ростовской области немецкую ВЭУ перестали эксплуатировать только из-за того, что потребовалось заменить масло, за которое фирма производитель запросила совершенно немыслимую цену.
Технологии использования небольших водных потоков (расход воды 1 – 3 м3/с), на ГЭС малой мощности (0,2 – 10 МВт):
низконапорных (10 – 30 м);
высоконапорных (40 – 70 м).
Использование водных потоков весьма выгодно. Так в Америке самая дешевая электроэнергия на севере, где много ГЭС.
Технологии, использования геотермальной энергии, это:
технологии использования петрогеотермальной энергии;
технологии использования гидрогеологической энергии.
Однако высокая стоимость строительства скважин (от 70 до 90 % основных производственных фондов) накладывает свои ограничения на сооружение геотермальных электростанций (ГеоЭС).
Технологии, использования отходов растениеводства и животноводства для производства биогаза (биометана).
Эти технологии более всего подходят для удаленных районов с низкой плотностью населения, энергообеспечение которого связано с высокими затратами по доставке органического топлива и передаче электроэнергии.
Кроме этих технологий, можно продолжать использовать в качестве топлива коровий навоз в высушенном виде, солому и стручки семян для обогрева домов. В настоящее время они также относятся к одному из видов возобновляемых ТЭР — «другая биомасса».
Однако при естественной сушке навоза в атмосферу выделяется много биометана и СО2, что приводит к загрязнению окружающей среды и нерациональному использованию отходов. Так, в США в настоящее время на отходы животноводства приходится около 8 % связанных с деятельностью человека выбросов биометана.
Поэтому в США для хранения животных отходов часто используются крытые пруды. При этом для сбора биогаза, выделяющегося из отходов (как правило, при психофильном режиме) применяется так называемая плавающая крыша, вершина которой снабжена клапаном и системой труб для отвода биогаза потребителю. Особенности этой биогазовой технологии подробно описаны в работе [17].
К использованию вторичных ТЭР следует отнести технические решения (технологии) по рекуперации теплоты бытовых и хозяйственных сбросных вод и воздуха:
технологии, рекуперации теплоты бытовых и хозяйственных вод — это активное использование низкопотенциальной бросовой теплоты при помощи ТН для обогрева помещений.
технологии, рекуперации теплоты сбросного воздуха — это пассивное использование теплоты в теплообменниках и активное использование его теплоты с помощью кондиционеров или ТН.
К совместному использованию возобновляемых и вторичных ТЭР следует отнести в первую очередь следующие существующие технические решения (технологии):
технологии, использования тепла Земли, низкопотенциальной теплоты окружающей среды и давления растворенных газов в горячей воде.
В мире известны три типа месторождений глубинного тепла Земли: гидрогеологические — парогидротермы (месторождения пара и самоизливающейся пароводяной смеси) и гидротермы (месторождения самоизливающейся горячей воды); термоаномальные зоны (месторождения тепла, имеющие повышенный температурный градиент) и петрогеотермальные зоны или тепло горных сухих пород (зоны, имеющие на доступных глубинах нагретые до достаточно высоких температур горные породы). Почти 90 % разведанных геотермальных вод имеют температуру ниже 100 ⁰С;
технологии, использования солнечной энергии. Использование солнечной энергии имеет две особенности связанные со стохастичностью (неопределенность использования во времени) и малой плотностью. И, несмотря на это — при крупномасштабном использовании энергии Солнца современными технологиями производства электроэнергии, в южных регионах России, можно получить мощность 35 — 40 МВт/км2 при годовом числе часов использования 1500 – 2300;
технологии, использования энергии ветра и отходов животноводства для производства биогаза.
Всё изложенное относится к технологиям, в сооружениях и конструкциях которых естественные природные материалы используются в минимальном объеме. Это в основном грунт, в качестве непосредственной опоры или для размещения в нем свай и фундаментов. Иногда грунт используется в качестве аккумулятора теплоты.
Эти технологии требуют больших затрат энергии на создание необходимых материалов. Современное общество постепенно отходит от применения простых естественных природных материалов и процессов.
Следовательно, параметры, по которым оценивается их эффективность, мало подходят к тем технологиям, в которых используются, в основном природные материалы [18] будь то, например, приемник, аккумулятор и концентратор тепловой энергии.
На взгляд автора в ряде случаев технологии, основанные на использовании широко распространенных естественных материалов (с нулевой стоимостью их «изготовления») и процессов можно отнести к технологиям высокого уровня. Все зависит от климатических условий, где они применены, удаленности потребителей энергии от региональных центров. Также как в сельскохозяйственном производстве технологиями высокого уровня считаются те, в которых для получения хороших урожаев строго определены агротехнические сроки посадки (посева) посевного материала, и сбора урожая. Когда полив, подкормку, удаление сорняков производят в соответствии с реальными погодными условиями, в зависимости от климатической зоны и т.д.
Ведь можно разработать и отнести технологии промышленного выращивания овощей на Крайнем Севере к технологиям высокого уровня. Но зачем нужны такие технологии, если более качественную овощную продукцию с минимальными энергетическими затратами можно выращивать на юге. Также как нет нужды выращивать картофель на юге Казахстана, когда он лучше растет на севере. В США, например, пояса по выращиванию определенных культур сформировались давно. Аналогично, технологии (оборудование, системы) использования энергетики ВИЭ должны напрямую зависеть от географических широт.
Если мы обратимся к археологии, то, например, необходимым условием для характеристики общества, как земледельческого являются земледельческие орудия. Особое значение для социологических, и не только для них, выводов представляют орудия обработки почвы: плуги, сохи, мотыги. Ведь от их устройства гораздо больше, чем от устройства всех других инструментов зависит производительность труда.
В то время как, серп, как и вообще орудия уборки урожая, наименее важен социологически. Человек, один вспахавший поле плугом все равно не мог собрать урожай серпом, несмотря на все усовершенствования последнего.
В связи с этим можно выделить этапы развития сельскохозяйственной техники: первая — обработка земли мотыгой, вторая — обработка земли сохой, третья — обработка земли плугом. На первой стадии в силу низкой производительности труда земледелие не может прокормить человека и является только добавочным источником его существования, например, к сбору кореньев, орехов, плодов, ягод, грибов, охоте, рыбалке и скотоводству. Появление сохи увеличивает количество обрабатываемой земли настолько, что земледелец при благоприятных условиях мог прокормиться всецело своими злаками: это привело к прочной оседлости и к разделению общины на отдельные хозяйства. Что принес плуг, хорошо известно.
Если мы с позиций, изложенных выше, подойдем к сегодняшнему этапу развития солнечной энергетики, то можем утверждать, что солнечные коллектора или ФЭС — это мотыги солнечного сектора энергетики ВИЭ, т.к. коллектора или ФЭС являются только добавочными источниками генерации энергии к различным другим системам и оборудованию.
Отдельные, обособленные технологические переделы, даже объединенные в систему редко являются достаточным основанием для отнесения их к полноценной архитектуре бесперебойного энергоснабжения.
Основная характеристика, которой должна обладать система бесперебойного энергоснабжения при использовании солнечной энергии — это такая комплексность, которая позволяет без проблем разделить любое поселение на отдельные самодостаточные в энергообеспечении хозяйства.
Выбранное направление развития энергетики ВИЭ бесспорно будет убедительно, когда связь приёмника-аккумулятора солнечной энергии с преобразователями обеспечивает генерацию нескольких видов энергии, например: тепловой, механической, электрической и т.д., при безопасности процессов их производства.
Из истории мы знаем, что в целом, нефтяной кризис 70-х годов ХХ века гораздо сильнее повлиял на сокращение использования ископаемого топлива, чем политические решения конца ХХ, начала ХХΙ века, связанные с проблемами изменения климата. Поэтому ожидать добровольного перехода мирового сообщества на самое широкое использование ВИЭ не приходится.
Для создания комфортных условий жизни требуется в среднем мощность 2 кВт на человека. С каждого квадратного метра земной поверхности можно получать, используя различные ВИЭ, в среднем 500 Вт мощности. Если считать, что эффективность преобразования этой энергии в удобную для потребления форму всего 4 %, то для мощности 2 кВт требуется площадь 100 м2. Средняя плотность населения в городах с учетом пригородной зоны – примерно 500 чел на 1 км2. Для обеспечения их энергией 2 кВт на человека необходимо с 1 км2 снимать 1000 кВт, т.е. достаточно всего 5 % занимаемой площади [19]. Вместе с тем, средняя плотность искусственной энергии, обусловленная хозяйственной деятельностью, равна 0,02 МВт/км2, то есть в 10000 раз меньше средней плотности солнечной энергии — 200 МВт/км2. И только в отдельных местах земного шара этот показатель выше — в Японии 2 МВт/км2, в Рурском районе ФРГ — 20 МВт/км2 [20].
Однако данные обстоятельства пока еще не нашли должного внимания на выбор пути обретения истинной энергетической безопасности.
В России наступает осознание того факта, что системы жизнеобеспечения при эксплуатации стационарных энергогенерирующих установок до сих пор базируются в основном на технологиях первой половины ХХ века, на технологиях интенсивного производства средств производства, а их использование кратчайшим путем ведет Россию к истощению энергоресурсов.
Поскольку предлагаемые технологии автора и многих других приверженцев энергетики ВИЭ основываются в основном на использовании солнечной энергии, кратко остановимся на технологиях Concentrating Solar Power, ФЭС, системах централизованного теплоснабжения (District Heating), солнечных коллекторах и т.д. и их характеристиках.
Изложенный ниже материал взят в основном из работы [9].
Существуют три основных типа устройств, для концентрации солнечного излучения (Concentrating Solar Power): цилиндрические параболоиды, сферические параболоиды и установки башенного типа. Параболоцилиндрические концентраторы и установки башенного типа, как правило, применяются в крупных централизованных энергосистемах, хотя первые могут применяться и в меньших системах как для нагрева и охлаждения, так и для выработки электроэнергии. Чтобы компенсировать непостоянство солнечного излучения и тем самым понизить коммерческую стоимость производимой энергии, используются тепловые аккумуляторы или резервное топливо.
Путь преобразования солнечной энергии в технологиях Concentrating Solar Power включает в себя 4-е основных последовательных элемента: концентратор, приемник (ресивер), систему передачи/аккумуляции и систему преобразования полученной энергии в конечную форму (вид).
Концентратор воспринимает солнечное излучение и фокусирует его на приемнике. Приемник поглощает сконцентрированное солнечное излучение, преобразовывая его в тепло, и передает тепло рабочей жидкости. Система передачи/аккумуляции передает нагретую жидкость в систему преобразования энергии. На некоторых станциях часть тепловой энергии сохраняется для последующего использования.
Преимущество технологии Concentrating Solar Power — их уникальная способность к интеграции в традиционные тепловые станции. Любую из перечисленных технологий можно интегрировать из «солнечной топки» в традиционные тепловые циклы, используя параллельно камеру сгорания для ископаемых видов топлива. Это позволяет обеспечить надежную резервную мощность за счет ископаемого топлива без сооружения отдельных резервных станций и без изменений в энергосистеме, при небольшом объеме дополнительного органического топлива (однако, для подвоза топлива необходимо содержать дороги в удовлетворительном состоянии).
Это обеспечивает уже сейчас на Западе стоимость 1 кВт∙ч электроэнергии менее 0,1 $.
Развитие таких технологий сдерживается потому, что у инвесторов высокие риски при отсутствии долгосрочных соглашений о приобретении электроэнергии потребителями.
Кроме того в настоящее время наблюдается тенденция к комбинации солнечных коллекторов, вырабатывающих пар, с традиционной газовой станцией комбинированного типа.
По мнению экспертов авторов [9] самое сильное влияние на распространение этой технологии окажут повышение эффективности концентратора и снижение его стоимости.
НИОКР по концентраторам солнечной энергии сегодня направлены на разработку отражающих материалов со следующими характеристиками:
хорошая стойкость во внешней среде;
высокая эффективность отражения для длин волн от 0,3 мкм до 2,5 мкм;
механическая прочность, допускающая периодическую мойку;
низкий коэффициент загрязнения (менее 0,15 %), близкий к характеристикам посеребренных стеклянных зеркал.
Эти требования, по разработке эффективных концентраторов полностью согласуются с практикой сельскохозяйственного производства, которое, как всем известно, достигло большого прогресса в последние десятилетия, где уменьшения потерь зерна при уборке урожая, каждая жатка комбайна, оборудована системой копирования рельефа почвы. Точно также каждая система энергетики ВИЭ должна быть оборудована автоматикой «копирующей» изменение температуры окружающего воздуха, положения Солнца и т.п. Ведь комбайны используются максимум 1,5 – 2 месяца в году, а генерирование, например, электроэнергии или холода за счет солнечной энергии в течение 5 – 7 месяцев и более.
Другим важным фактором снижения стоимости станций является усовершенствование систем аккумулирования, ориентированных на конкретные требования той или иной технологии, максимального расхода теплоты и его температуры.
Солнечная энергия используется в Западной Европе и для охлаждения воздуха. Стандартная абсорбционная установка (охладитель) однократного действия может работать при температуре около 90 ⁰С, которую получают при помощи стандартных плоских солнечных коллекторов. Технологии охлаждения включают в себя абсорбционные охладители однократного и двойного эффекта, а также твердые или жидкие системы влагопоглощения (осушения). В Европе существует более 50 солнечных систем кондиционирования воздуха с общей площадью более 20 тыс. м2 и общей холодопроизводительностью более 50 МВт.
При использовании ВИЭ особое значение придается ограничениям по составу (типам) генерирующих мощностей энергосистем при обеспечении бесперебойного гарантированного энергоснабжения [17]. Это особенно важно потому, что если сейчас доля ВИЭ в производстве электроэнергии составляет 18 %, то к 2050 г. она должна возрасти до 34 %.
Однако в сценарии, где себестоимость использования ВИЭ не будет существенно снижена и не будет расширена география их эффективного применения за счет новых технологий, их доля к 2050 г. составит всего 23 %.
А теперь несколько слов о технологиях (системах, комплексах) автора [1], в основе которых лежит использование солнечного соляного пруда, как накопителя, концентратора и аккумулятора солнечной энергии.
Комплексы можно использовать при различных степенях готовности, в не зависимости от времени суток и года. Например, котлован со льдом можно использовать летом в качестве источника холода, а зимой в качестве источника тепла, для подогрева, уличного воздуха, поступающего в помещения. При выходе из строя, агрегатов холодильной установки или электростанции, пруд и котлован с запасами тепла и холода можно использовать отдельно. Эксплуатация комплексов при любом его техническом состоянии исключает плату за эмиссию СО2.
Аккумуляторы теплоты (пруд) и холода (котлован) в обычном состоянии характеризуются, из-за своей открытости, отсутствием в них избыточного давления. Они тем самым не обладают потенциальной энергией. Этим самым устраняются такие беспокоящие факторы как «травление» или угроза взрыва, при нагревании. При механическом нарушении герметичности дна и боковых стенок пруда, глина обеспечит самоликвидацию протечек, а протечки рассола будут приняты грунтом. Вместо привозной водонепроницаемой глины гидроизоляционным слоем могут служить прослои глины, разделяющей водоносные горизонты, как безнапорные, так и водонапорные. Крепление откосов пруда наброской тетраэдров и укладкой тетраподов. Опустившиеся на дно пруда органические вещества не будут разлагаться в рассоле-консерванте органических соединений, как в мертвом море. Это очень существенное отличие, например, от градирен. Листья и траву с поверхности пруда можно использовать для выработки биогаза. В рассмотренных комплексах при генерации энергии отсутствуют вредные выбросы подлежащие захоронению. Элементы пруда и котлована не нуждаются в покраске.
Системы отопления комплексов с помощью теплоприводного ТН являются замкнутыми, что исключает риск повреждений из-за накипи (известковых отложений), коррозии, замерзания.
Солнечный соляной пруд требует более частых «технических обслуживаний», но они по большей части выражаются в пополнении его водой, взамен испарившейся. А это уже качественное отличие, по затратам, которое имеет место, благодаря, применению готовых природных материалов. Техобслуживание (восстановление ресурса) будет включать в себя также — очистку дна от осевшей пыли. Отсутствие простоя из-за «неполадок» это существенный плюс энергетики ВИЭ.
Если для заполнения испаряющейся с поверхности пруда воды использовать грунтовые воды, то это будет приводить к понижению их уровня, что особенно важно, для регионов, где этот уровень недопустимо высок.
С постройкой новой системы энергетики ВИЭ потребитель получает не только источник энергоснабжения — он закладывает фундамент своего благополучия. Это — прежде всего комфорт в доме и на работе, современная электронная техника. Энергия расширяет горизонты человеческих возможностей, без нее прогресс немыслим. Открытие каждого нового комплекса — это ещё один шаг, который делает человек, поднимаясь на следующую степень в своем индустриальном развитии, местного масштаба. Обеспеченность энергией реально изменяет жизнь людей, повышая уровень их жизни, увеличивая благосостояние, продолжительность жизни. Улучшается санитарное состояние территорий. Повышается эффективность экономической деятельности. В конечном счете, строится лучшая жизнь и более светлое будущее для себя и своих детей. Пробудить и развить активную позицию, трансформируемую в дальнейшем в производственную инициативу, можно через привлечение целевой аудитории к обсуждению, её собственных жизненно важных (непроизводственных) интересов.
Отсутствие движущихся частей, при незначительных эксплуатационных требованиях, позволит сократить расходы на поддержание её работоспособности, а также:
• повысить приверженность персонала к энергетике ВИЭ, снижать, если не полностью исключить, текучесть кадров;
• повысить способность персонала адаптироваться к изменяющимся социально-экономическим условиям и требованиям рынка;
• обучение позволяет поддерживать и распространять среди сотрудников основные ценности и приоритеты организационной культуры, пропагандировать новые подходы и нормы поведения, призванные поддерживать локальную энергетическую безопасность;
• долговечность увеличивает ценность оборудования энергетики ВИЭ.
Энергетические системы энергетики ВИЭ могут обеспечить значительную и постоянно растущую долю мирового производства энергии. Никто другой в мире не может в будущем вносить такой вклад в прирост выработки энергии. Надежное энергоснабжение составляет прочный фундамент экономического роста и высокого уровня жизни.
Энергетика ВИЭ поможет преодолеть социальные и политические проблемы, которые могут быть связаны с реализацией любых энергетических проектов, в разных странах. Границы между государствами не являются помехой для энергетики ВИЭ.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1 Осадчий Г.Б. Солнечная энергия, её производные и технологии их использования (Введение в энергетику ВИЭ). Омск: ИПК Макшеевой Е.А., 2010. 572 с.
2 Коршунов А.Н. Экономические проблемы сельского электроснабжения и пути их решения в условиях рынка// Энергетическое строительство. 1993. № 6. С 45 – 51.
3 Паршуков Н.П., Лебедев В.М. Источники и системы теплоснабжения города. Омск: Омская областная типография, 1999. 168 с.
4 Ромейко В. Куда утекают национальное богатство и наши деньги? или заложники строительной близорукости// Диалог. 1996. № 9. С. 28 – 33.
5 Никонов А. «Прощай, немытая Россия!»// Огонек. 1996. № 8. – С 58 – 61.
6 Цырук С. А.Проблемы и перспективы российской энергетики с позиций потребителя электроэнергии// Электрика.– 2006.– № 11.– С. 3 – 9.
7 Коренев В. М., Силиверстов Л. К. О создании в России хранилищ стратегического запаса нефти// Энергия Экономика Техника Экология. – 2007. – № 6. – С. 15 – 18.
8 Чешинский Л.С. Методы управления сбытом продукции// Хранение и переработка сельхозсырья. 1999. № 7. С. 9 – 11.
9 Перспективы энергетических технологий. В поддержку Плана действия «Группы восьми». Сценарии и стратегии до 2050г. OECD, 2006. 586 с, WWW.WWf.ru.
10 Маркин В.В. Оптимизация топливно-энергетического баланса за счет альтернативных источников энергии// Энергосбережение. 2009. № 2. С. 52 – 57.
11 Стуков В.П. Дороги и мосты Архангельской области: их настоящее и будущее// Лесной журнал. 2001. № 1. С. 51 – 55.
12 Энергетика, экология, энергосбережение, транспорт [Текст]: ч. 1 / под ред. В. П. Горелова, С. В. Журавлева, В. А. Глушец. – Омск: Иртышский филиал ФГОУ ВПО «Новосибирская государственная академия водного транспорта», 2007. – 265 с. (Труды 3-й международной науч.-техн. конф., 5 – 8 июня 2007).
13 Ефимов С.С. Фазовый состав сорбционной влаги при отрицательных температурах// В кн.: Математическое моделирование и экспериментальное исследование процесса тепло-массопереноса. Якутск, изд. Якутского филиала СО АН СССР, 1979, С. 97 – 99.
14 Захидов Р. Большой регион с большими возможностями// Альтернативная энергетика. 2008. № 3. С. 27-29.
15 Акказиев И. Альтернативные источники энергии и проблемы энергобезопасности// Альтернативная энергетика. 2008. № 3. С. 24 – 25.
16 Алексеев Б. А. Новое в энергетике// Энергетика за рубежом. Приложение к журналу энергетик– 2007.– Выпуск 3.– С. 3 – 12.
17 Развитие возобновляемых источников энергии в России: возможности и практика (на примере Камчатской области) GREENPEACE, Москва, 2006, 89 с.
18 Янтовский Е.И. Потоки энергии и эксергии. М.: Наука, 1988. 144 с.
19 Твайделл Дж., Уэйр А. Возобновляемые источники энергии. М.: Энергоатомиздат, 1990. 390 с.
20 Васильев Ю.С., Хрисанов Н.И. Экология использования возобновляющихся энергоисточников. Л.:ЛГУ, 1997. 342 с.

Автор: Осадчий Геннадий Борисович, инженер, автор 140 изобретений СССР. Тел. дом. (3812) 60-50-84, моб. 8(962)0434819
E-mail: genboosad@mail.ru
Для писем: 644053, Омск-53, ул. Магистральная, 60, кв. 17.