Биореакторы (БР) по производству биогаза уже достаточно хорошо себя зарекомендовали в самых разных странах. Только в Китае их численность уже перевалила за 10 миллионов и продолжает увеличиваться. Рассчитать производительность и экономическую эффективность БР достаточно сложно, да в общем то и не нужно. Гораздо проще найти небольшую ёмкость и посмотреть на практике, что получается. «Рецептов» приготовления биомассы достаточно много и каждый фермер сможет посмотреть, что у него получается из тех отходов, которые у него есть и в том климате, котором он находится. Найти чертежи и описание БР, достаточно просто. Здесь можно только добавить только, что 1 м. куб. биогаза при сжигании выделяет около 9 кВт/час тепловой энергии. Этой энергией можно отапливать помещение площадью
80 м. кв. в течение 1 часа или выработать 1,2–1,5 кВт электроэнергии при помощи газового генератора.
Научных направлений в области биоэнергетики может быть великое множество. Прежде всего, это переработка с/х отходов посредством пиролиза и каталитическими реакциями.
Появление новых материалов и катализаторов открывают новые направления работ в данном направлении. Каталитические реакции и пиролиз, позволяют не только получать энергию из отходов с/х продукции, но и производить при этом органические удобрения. Вряд ли, однако, найдётся фермер, у которого есть возможности заниматься данной работой.
1.6. Краткий итог по первой части
Итак, отвечая на вопрос: «Выгодно ли заниматься производством электроэнергии?», подведём некоторые итоги.
1. Индивидуальные ветроустановки и солнечные батареи в подавляющем большинстве случаев убыточны и при производстве электроэнергии мощностью более 0,1 кВт нерентабельны.
2. Ветрогенераторы и солнечные батареи мощностью менее 0,1 кВт, могут очень успешно применяться, например, для работы ретранслятора сотовой связи (30 Вт) или фонарного столба (90 Вт). Для индивидуальных потребителей, удалённых от источников централизованного электроснабжения, источники электроэнергии мощностью менее 0,1 кВт, также могут быть очень выгодны, например, для работы устройств малой мощности (телевизор, компьютер, телефон, радиосвязь и т. д.).
3. Гидрогенераторы и генераторы морской волны, позволяют производить наиболее дешёвую электроэнергию.
4. Эффективность использования биогаза для производства электроэнергии зависит от очень многих параметров, и каждый для себя этот вопрос решает самостоятельно.
2. Неэлектрические установки АЭ
Неэлектрические установки АЭ могут преобразовывать источники АЭ в энергию механическую, тепловую или в энергию холода. Помимо производства энергии, неэлектрические установки позволяют производить конкретный продукт. Рассмотрим, в качестве примера, некоторые неэлектрические установки АЭ.
2.1. Солнечные коллектора (СК)
СК это, пожалуй, наиболее распространённые установки АЭ. Они применяются в самых разных странах и в целесообразности их использования можно даже и не сомневаться. Чтобы получить значения солнечной энергии в МДж нужно значения данные в таблице 1 умножить на 3,6. КПД плоского СК 30–50% рабочая температура до 100 град., а КПД вакуумного
СК 40–60% и рабочая температура до 300 град. Качественный плоский СК имеет медный диффузионно-сварной абсорбер с селективным покрытием. Стекло должно быть с низким содержанием железа и очень желательно, чтобы оно имело покрытие из диоксида индия.
Стоимость такого СК площадью 2 м. кв. Турецкого производства составляет ориентировочно 220 долл. Турецкий водонагреватель на 75 литров воды (СК + бойлер) стоит примерно 550 долл. Китайские цены раза в полтора дешевле, Европейские — раза в три дороже.
Конструкция плоского СК и водонагревателя в целом достаточно примитивна, так что нет смысла гоняться за особо дорогостоящими изделиями. Лет 20 он проработает и за это время он себя окупит несколько раз.
Вакуумные СК в 2–3 раза дороже плоских СК, однако, они и более эффективны, особенно в странах с холодными зимами и ярким Солнцем (Монголия, Казахстан). В зимнее время вакуумные СК могут нагревать воду до + 40 град.
2.2. Тепловые насосы (ТН)
Тепловые насосы используют тепловую энергию Земли для работы систем отопления.
Целесообразность использования ТН, очень сомнительна. Посчитать её тоже почти невозможно. Какой грунт, какова его теплопроводность, какая на глубине температура?
В любом случае нужно требовать от производителя документ о натурных испытаниях ТН
и расчёт окупаемости. Испаритель ТН нужно закопать на глубину 10–12 м. под ТН нужно выделить тёплое сухое помещение. Это всё деньги и деньги немалые. Скорее всего, найти производителя, который сможет предоставить полный расчёт ТН, вряд ли удастся, да впрочем, он и не нужен. На сегодняшний день разработаны более эффективные технологии использования низкопотенциальной тепловой энергии, будем надеяться, что данные технологии в ближайшей перспективе смогут пробить себе дорогу, после чего можно будет рассматривать ТН, как комплект металлолома.
*Потребителям установок АЭ всегда следует помнить, что шарлатанство давно уже прочно засело в области высоких технологий и вероятность нарваться на шарлатанов достаточно велика. Вихревые теплогенераторы или топливо из рапса, это лишь небольшой пример такого шарлатанства. Поэтому при совершении крупных сделок нужно стараться привлекать к этому делу квалифицированных специалистов.
Зачастую производитель искусственно в несколько раз завышает стоимость своей продукции, поэтому при совершении сделки, помимо протокола об испытаниях, необходимо требовать от него и ведомость основных комплектующих узлов и агрегатов, входящих в стоимость установки, с указанием их цены. Как правило, искусственное завышение стоимости установки при этом, сразу же бросается в глаза.
2.3. Установки по производству пресной воды на АЭ
Более 1 млрд. человек на нашей планете страдают из-за нехватки пресной воды или из-за её низкого качества. Спрос на чистую пресную воду с каждым годом растёт и решение проблемы нехватки пресной воды проблема крайне актуальная для многих стран мира. Установки пресной воды могут опреснять морскую или загрязнённую воду или же получать её из атмосферного воздуха. Установки могут работать на одном из видов АЭ или на нескольких видах АЭ одновременно.
Простейший солнечный опреснитель (США), производительностью 1–1,5 л/сутки стоит примерно 25 долл. Солнечные опреснители производительностью 5–6 л/сутки, при серийном производстве будут стоить примерно 50–60 долл. По габаритам такой опреснитель чуть больше журнального столика и весит примерно 12–15 кг. Во время стихийных бедствий, гораздо дешевле поставлять в зону бедствия опреснители, нежели возить на самолёте пресную воду, однако с подобными предложениями у нас некуда обращаться. Ресурс работы солнечного опреснителя составляет как минимум 20 лет. За первый год он уже себя окупит, и следующие 19 лет будет производить пресную воду совершенно бесплатно. При этом пресная вода очищается до 99,5% и к тому же полностью обеззараживается.
В тех странах, где много песка и много Солнца, стоимость литровой бутылки пресной воды доходит до 1 долл. Там можно бутылку пресной воды обменять на такую же бутылку бензина. Опреснитель на Солнечной энергии позволяет производить из морской воды с одного квадратного метра Q = 0,593• E — литров пресной воды в сутки при солнечной энергии
E – кВт• ч/м2• сутки. На широтах менее 45 град. солнечная энергия составляет до 6,5 кВт/час
на один квадратный метр, а стало быть, с одного квадратного метра можно получить почти
4 литра воды в сутки. Подсчитать прибыль, от внедрения опреснителя может любой желающий. Образно говоря, 4 бутылки воды это месячная оплата электроэнергии в средней полосе России. А работа опреснителя площадью 10 м. кв. в течение дня, это по стоимости то же самое, что полная заправка Вашего автомобиля. Нормально?!
Установки по производству пресной воды из атмосферного воздуха тоже могут работать на одном из видов АЭ или на нескольких видах АЭ одновременно. В конструкции данных установок можно использовать готовые промышленные влагоотделители, либо изготовить собственные сепараторы, использующие принцип влагоотделения в электрическом поле.
2.4. Кондиционеры и холодильники на АЭ
Кондиционеры и холодильники на солнечной энергии известны уже достаточно давно.
В основном они работают на абсорбционных бромисто-литиевых установках. Рынок данных установок практически пустой. Так что, налаживание серийного производства холодильных установок на АЭ, это чрезвычайно перспективное направление. В южных странах энергия Солнца выдаёт за день до 6 кВт/час энергии на 1 м. кв. Для сравнения типовой домашний холодильник потребляет порядка 1 кВт/часа электроэнергии в сутки, а стандартный комнатный кондиционер за сутки потребляет порядка 8 кВт/часа. Если подсчитать, то применение холодильных установок на АЭ, позволят сэкономить огромное количество электрической энергии и топлива. Существующие установки АЭ нужно очень серьёзно модернизировать и доработать. К тому же надо создавать новые компрессионные холодильные установки, работающие на суммарной АЭ, которые намного эффективнее абсорбционных. В общем-то, для разработчиков АЭ и производственных предприятий, работы в данном направлении — «непочатый край».
2.5. Установки по аэрации и очистке водоёмов на АЭ
Водоёмы могут очищать сами себя, используя свою собственную энергию и источники АЭ.
Установки по аэрации и очистке водоёмов на АЭ, могут работать круглосуточно и без участия человека. Типовые конструкции таких установок хорошо известны, поэтому задача разработчика АЭ состоит в том, чтобы данные установки перевести на работу от различных источников АЭ. Эти установки дают очень неплохой экономический эффект, при их использовании в рыбном хозяйстве.
2.6. Гибридные установки АЭ
Установки АЭ, которые используют более одного вида энергии, называются гибридными. Рассмотрим пример гибридной установки АЭ установленной на плавучей морской платформе (рис. 1). Данная установка использует энергию Солнца, ветра, морской волны и морской зыби. Все эти виды энергии суммируются в единой установке и направляются на общую нагрузку. Суммарной энергией может быть энергия сжатого воздуха, напор воды, электричество и прочие виды энергии. Установка остаётся работоспособной при наличии хотя бы одного источника АЭ.
Изготавливать такую установку нужно из готовых и проверенных агрегатов АЭ, что позволит её сделать заведомо работоспособной. Впрочем, для опытного образца, можно использовать и устаревшие агрегаты АЭ, которые значительно дешевле. Чтобы «прикинуть», во что обойдётся изготовление морской платформы, нужно сложить стоимость материалов и комплектующих агрегатов и полученную сумму умножить на 4. Эта формула подходит и для других установок, которые собираются из готовых узлов, и где нет станочной обработки деталей.
Данная гибридная установка является многофункциональной. Она может производить пресную воду, электричество, водород и т. д. На базе данной установки могут быть изготовлены холодильники, производственные предприятия, жилые дома, научные лаборатории, плавучие рестораны, очистные сооружения и многое другое. Впрочем, собирать агрегаты на плавучей платформе вовсе не обязательно, их можно устанавливать и на островах, и на прибрежных скалах (рис. 2). Таким образом, можно необитаемые острова сделать вполне пригодными для проживания.
Если бы агрегаты АЭ, входящие в состав данной установки использовались по отдельности
и каждый из них использовал бы только один вид АЭ, то мы, скорее всего, получили бы заведомо убыточный вариант. А вот когда мы их объединяем в единую систему и вся эта система работает на производство конкретного продукта, то в этом варианте и самые убыточные агрегаты становятся прибыльными. Это и есть главное преимущество гибридных установок АЭ. Энергий много – установка одна. Дёшево и надёжно!
2.7. Солнечные двигатели (СД)
СД преобразуют солнечную энергию в механическую. Наиболее известными СД являются
СД на полимерах с переменной упругостью, нитиноловые СД (металл-память), паровые СД,
СД Стирлинги и СД абсорбционного типа.
Несомненными лидерами по КПД, стали солнечные Стирлинги, которые способны преобразовывать 30% солнечной энергии в электричество. Однако для индивидуального пользователя эти установки слишком дорогие и слишком громоздкие. Все остальные СД для производства электричества просто убыточные, но они могут быть очень даже полезными и прибыльными в других областях.
Солнечные насосы, ни в каком электричестве не нуждаются, они могут поливать Ваш огород и заполнять водонапорную башню. Для работы солнечных насосов, с точки зрения экономии, наиболее предпочтительно применять паровые или абсорбционные СД.
СД подразделяются на двигатели непрерывного действия и СД периодического действия. СД периодического действия, могут накапливать солнечную энергию в виде жидкого сжатого газа, водорода и некоторых других видов энергии. Ясное дело, что поливать огород круглосуточно совершенно не нужно. Стало быть, можно использовать СД периодического действия, который намного проще и дешевле СД непрерывного действия. Заправлять автомобиль водородом или сжатым воздухом, тоже нужно периодически. Стало быть, автозаправочные станции на АЭ, также лучше изготавливать на СД периодического действия.
КПД теплового двигателя, в соответствии с теоремой Карно, определяется разностью температур нагревателя и холодильника. Чем больше разность, тем выше КПД, поэтому предпочтительно использовать в конструкции СД, солнечные рефлекторы. Система слежения за Солнцем, может быть также сконструирована на СД.
Интересно, что зачернённая медная пластина нагреется на Луне до 350–380 град. Если эту пластину закрыть от Солнца, то её температура в тени опустится до минус 140–160 град.
Так что создание неэлектрического «вечного» лунного двигателя при наличии современных технологий и материалов это вполне реальная вещь. На вечном двигателе, можно изготовить и
«вечный» луноход, и жилое поселение, и научную станцию. Разумеется, что никакой электропривод на Луне больше 2–3 лет там не «протянет», а в неэлектрическом СД ломаться просто нечему. На Солнышке нагрелся, в тенёчке охладился вот и вся его работа.
2.8. Ещё очень много полезных неэлектрических установок АЭ
Зоны отдыха, игровые площадки, аттракционы, всегда были прибыльным и полезным делом. На АЭ, можно изготовить достаточно много интересных аттракционов. В качестве примера,
на рис. 3 приведён пример «вечной» карусели, работающей на энергии ветра. В качестве ветроколеса используется ротор Дарье, который через замедляющий редуктор вращает саму карусель. Энергию карусели можно дополнить и солнечными батареями. Это будет не очень накладно, поскольку мощность небольшой карусели примерно 250–300 Вт (мощность аналогичных качелей примерно такая же).
Солнечная кухня это тоже достаточно перспективное направление. Солнечный рефлектор диаметром 1,5 м. позволяет вскипятить литровый чайник за 8 минут (рис. 4). Стоимость такого рефлектора примерно 20–25 долл., а кипячёная вода, это лучшее противодействие эпидемиям и кишечным заболеваниям. Наше здоровье, это тоже прибыль.
В целом же, к производству можно было бы предложить ещё массу самых разнообразных изделий АЭ от солнечной зажигалки (рис. 5) до водородной заправки (рис. 6) и автомобиля на АЭ (рис. 7), и от стиральной машины до самогонного аппарата на солнечной энергии.
Как правило, в процессе изготовления одной установки АЭ, на «белый свет» появляются и ещё несколько новых моделей. Мысль порождает новое изделие, а новое изделие порождает новые мысли. Для тех же, у кого никаких мыслей нет, проблематикой АЭ лучше бы вообще не заниматься.
Автор: Татауров Олег Леонидович, [email protected]
