Главная (Newsland) Политика ТУРИСТИЧЕСКИЕ ЦЕНТРЫ НА ООПТ И АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ ЭНЕРГОТЕХНОЛОГИИ

18.07.2013 04:00

ТУРИСТИЧЕСКИЕ ЦЕНТРЫ НА ООПТ И АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ ЭНЕРГОТЕХНОЛОГИИ

Оснащение ООПТ (особо охраняемые природные территории) туристическими центрами, которыми будут регулярно использовать определенные категории посетителей, прежде всего, сотрудники, обслуживающие данную территорию, важно осуществлять таким образом, чтобы по возможности минимизировать негативное антропогенное воздействие на природу. Такое воздействие неизбежно возникает вблизи большинства типичных человеческих жилищ в виде бытовых отходов и стоков, выбросов парниковых газов при сжигании топлива для нужд отопления и горячего водоснабжения. При этом в силу возможной удаленности ООПТ такие туристические центры могут вообще не иметь сетевых подключений, то есть быть полностью энергетически автономны. В таких условиях целесообразно использовать альтернативные энерготехнологии, которые уже широко применяются в развитых странах.

В этой работе основное внимание уделяется ЗЕБ технологиям (от английского zero energy building, ZEB). ЗЕБ это общий термин, применяемый к домостроениям с «нулевым» энергопотреблением без выбросов парниковых газов. ЗЕБ может быть автономным от сетевого энергоснабжения - энергия производится в месте потребления. Главным принципом при разработке ЗЕБ было требование комфорта проживающих в нем людей. На земле многие люди живут в жилищах, традиционно являющихся ЗЕБ (хижины, юрты, навесы, пещеры и т.д.), в которых температура часто близка или равна температуре окружающей среды, нет электричества. Такое жилье не может рассматриваться как комфортное с точки зрения современного цивилизованного сообщества.

ЗЕБ стали возможны только благодаря современному развитию техники, строительных технологий и материалов. Вместе с тем большую роль сыграли экономические исследования с использованием статистических данных по объемам потребления, ценовой динамике и получаемой экономии. В настоящее время существуют компьютерные программы, способные быстро организовать проект и продемонстрировать получаемые экономические выгоды. При этом результат может быть показан по различным показателям (относительно цен, потребления энергии, вредных выбросов). Принято считать, что снижать выбросы парниковых газов, влияющих на экологию и изменение климата можно, если использовать возобновляемые источники энергии (ВЭИ), сберегать энергию, сокращать потребление.

В настоящий момент оперируют такими понятиями как «строение с почти нулевым энергопотреблением» (near-zero energy building) или «ультра низким» (ultra-low energy house). Домостроения, производящие избыток энергии и выдающие его в сеть называют «домостроения энерго-плюс» (energy-plus building). Сложности в понимании определений возникают из-за применения совпадающих терминов к разным домостроениям, исторически независимо возникших в Европе и Северной Америке [1]. Рассмотрим классификацию понятий ЗЕБ.

Netzerositeenergyuse - ЗЕБ, где количество потребления энергии, произведенной на сторонних ВИЭ, принадлежащих другим собственникам, и внутреннее потребление ЗЕБ равны, в США называют просто ЗЕБ, а в мировой классификации ЗЕБ за счет сторонних ВИЭ.

Netzerosourceenergyuse - ЗЕБ, где производится количество энергии, равное внутреннему потреблению дома и объему энергии, затраченному на передачу электроэнергии по сетям к нему.

Net zero energy emissions - в странах (кроме США и Канады) такие ЗЕБ определяется как домостроение с нулевым выбросом парниковых газов за счет энергоснабжения, их так же называют zero carbon building или zero emissions building. Это определение включает дома как с потреблением энергии от своих, так и сторонних ВИЭ или даже те ЗЕБ, которые одновременно используют как свои, так и сторонние ВИЭ. При этом продолжаются споры о включении/исключении из учета энергозатрат и углеродных выбросов, возникающих при строительстве (то есть еще до начала эксплуатации) ЗЕБ.

Net zero cost - в этом типе домостроений стоимость приобретенной энергии уравновешивается доходом от продажи электроэнергии в сеть, произведенной на принадлежащих этому зданию ВИЭ. То есть в этом типе ЗЕБ учитывается структура генерации электроэнергии и структура потребления.

Netoff-sitezeroenergyuse - здание может считаться ЗЕБ, если 100 % потребляемой им энергии приобретается у ВИЭ, даже если вся эта энергия произведена на удаленных от него источников.

Off-the-grid - это удаленно стоящие здания, которые не присоединены к сетям. Они используют энергию от ВИЭ и запасенную энергию (в период, когда ВИЭ не производят энергию, например, безветрие или солнце не светит). Такие автаркические дома – являются особой концепцией, где энергетический баланс потребления и производства формируется по часам или даже в меньшем масштабе.

Passivehouse – энергосберегающие дома, также относятся к категории ЗЕБ, имеют жесткие стандарты теплоизоляции и энергопотребяющего оборудования (впервые термин появился в Германии, эта же страна и выработала стандарт пассивного дома, в основу был положен главный принцип ЗЕБ – отсутствие выбросов парниковых газов).

При строительстве ЗЕБ обычно располагают таким образом, чтобы оптимизировать поток приходящей солнечной энергии в зависимости от тепловых масс, чтобы стабилизировать температурные колебания в течение светового дня [2]. Существуют компьютерные трехмерные модели, которые демонстрируют, как при различных расположениях здания может изменяться приход солнечной энергии в зависимости от дневного и сезонного положения солнца, кроме того, как будут влиять размещение и типы окон и дверей, изоляционные свойства строительных материалов, эффективность систем теплоснабжения, вентилирования, освещения, а так же климат вмещающего ландшафта. Такие модели помогают разработчикам предсказать, как будет выглядеть здание до его постройки, и позволяют им сделать экономические оценки по стоимости и срокам окупаемости, оценить экологический баланс эксплуатации здания.

ЗЕБ строят, используя энергосберегающие технологии. Создавая систему отопления и охлаждения, предусматривают использование высокоэффективного оборудования, а также изоляции, качественных окон, естественной вентиляции и других подходов. Подходы к созданию ЗЕБ зависят от климатической зоны расположения здания. Нагрузка на подогрев воды может быть снижена за счет фиксированной подачи воды потребителю (души с кнопками, которые выдают порцию воды до следующего нажатия кнопки), вторичного использования сточной воды, применения нагрева воды солнцем и водонагревателями с высокими показателями энергоэффективности. Кроме того дневной свет может передаваться по световодам, и обеспечивать до 100% необходимой осветительной нагрузки в дневное время. В ночное время целесообразно использование флюоресцентных и светодиодных ламп, которые не нагреваются. Разнообразные электрические нагрузки могут быть снижены за счет использования современных электроприборов с энергоэффективной маркировкой, и за счет уменьшения фантомной нагрузки электроаппаратуры в режиме ожидания (когда горит красный индикатор в ожидании дистанционной команды с пульта управления). Проведенные исследования показали, что такая фантомная нагрузка составляет до 10 % общего электропотребления в доме.

Другие используемые в ЗЕБ технологии (в зависимости от местного климата) это покрытие жилья почвенным слоем с растительностью, суперизоляция стен с помощью прессованных соломенных блоков, использование заранее специально смонтированных строительных элементов (стеновые панели, покрытия крыши, ландшафта). ЗЕБ часто сконструированы таким образом, чтобы дважды использовать энергию от «белых» приборов фирм производителей - Siemens, Bosch, Hitachi, Toshiba, Fujitsu, Haier, Whirlpool, GE, Electrolux, Hotpoint, Mabe Mexico, Inglis, Kenmore, White Westinghouse, Indesit, Fagor, Samsung, Beko, Blomberg, LG. Такие здания способны утилизировать тепло, которое в обычных домах выбрасывается наружу. В них вторично используется тепло вентиляционных каналов, горячая вода, комбинированная выработка тепла и электроэнергии, а также абсорбционные охладители (в отличие от компрессорных холодильников).

Объем получаемой в ЗЕБ энергии должен быть достаточным, чтобы обеспечить его нужды в электроэнергии, отоплении или вентилировании. В случае индивидуального (отдельно стоящего) дома могут быть использованы различные технологии микрогенерации для электро- и теплоснабжения – солнечные элементы, ветровые турбины, биотопливо и солнечные коллекторы (в соответствующее время года). Для того чтобы справиться с сезонными перепадами в потреблении, ЗЕБ часто соединены с электрическими сетями, что позволяет осуществлять экспорт электроэнергии в сеть при избытке и получение из сети при нехватке своей выработки.

Получение энергии в ЗЕБ связано с топографией местности. Для того чтобы полностью отказаться от использования ископаемого топлива, необходимо, чтобы местоположение ЗЕБ имело геотермальный ресурс, микрогидро ресурс, солнечный ресурс и ветровой ресурс.

Один из ключевых вопросов ЗЕБ – баланс между энергосбережением и получением энергии от возобновляемых источников. На самом деле большинство ЗЕБ это комбинация этих двух стратегий. В результате значительных государственных субсидий в ряде развитых стран в фотовольтаику, ветроэнергетику и т.д., появились высказывания, что ЗЕБ это просто удобные современные дома с применением альтернативных энерготехнологий [3, 4].

Начиная с 1980 года, разработки пассивных (энергосберегающих) домов продемонстрировали, что теплопотребление дома может быть снижено на 70-90% во многих местах размещения, без активного наращивания производства энергии. Считается, что строительство такого дома не намного дороже традиционного. Однако все еще не так много специалистов среди строителей, которые способны использовать при возведении здания преимущества пассивного дома. На период августа 2010 года в Европе (главным образом в Скандинавии и немецкоговорящих странах) было 25 тысяч домов, сертифицированных как пассивные, а в США только 13 и еще несколько десятков в процессе строительства. Пассивные дома считаются более эффективными с точки зрения затрат по сравнению с установкой на крыше фотовольтных панелей. Размещение на крыше дома фотовольтных панелей может снизить потребность во внешней электроэнергии на 15-30%. Однако производство электроэнергии от фотовольтных панелей становится более эффективным с точки зрения окупаемости, если общая электрическая нагрузка снижается. Количество потребляемой энергии может
значительно варьироваться в зависимости от поведения жильцов. При этом то, что мы понимаем под удобством, также широко варьируется. Изучение однотипных домов в США с подобным набором жильцов показало огромные колебания по энергопотреблению, в некоторых случаях более чем в два раза [5]. Поведение жильцов различается по температуре внутри помещений, по освещенности, использованию горячей воды и пользованию различными бытовыми электроприборами [6].

В мире ЗЕБ получают все большее распространение в результате соответствующей государственной политики, изменения строительных стандартов, существенного роста цен на традиционные энергоносители. Различные государственные инициативы США представлены в специальной базе данных - Database of State Incentives for Renewables & Efficiency. Мировой Бизнес Совет по Устойчивому Развитию - WBCSD (World Business Council for Sustainable Development) участвует в большинстве инициатив по всему миру для поддержки развития ЗЕБ.

Тем, кто участвовал в осуществлении проектов энергоэффективного домостроения в течение последних 30 лет, пришлось преодолеть множество препятствий, пройти через ошибки, быть первопроходцами. Благодаря их усилиям, был приобретен успешный опыт и изучены дорогостоящие ошибки. Концепция энергоэффективного домостроения претерпела определенную эволюцию. Опыт канадской программы R-2000 и разработка немецких стандартов пассивных домов имели международное влияние. Сотрудничество на правительственном уровне в демонстрационных проектах также имело существенное значение. Развитые северные страны уже накопили значительный опыт.

В Канаде создана ЗЕБ Коалиция (Net-ZeroEnergyHomeCoalition) – это промышленная ассоциация, занимающаяся строительством ЗЕБ и распространением ЗЕБ стандартов [7]. В 2008 году TheCanadaMortgageandHousingCorporation начала строительство 15 демонстрационных ЗЕБ при спонсорской поддержке theEQuilibriumSustainableHousingCompetition. Эта же организация осуществила первый проект ЗЕБ в Канаде в Квебеке - TheEcoTerraHouseinEastman, Quebec. Этот дом придумал Маса Нагучи (MasaNoguchi) из theMackintoshSchoolofArchitectureforAlouetteHomes и разработал инженер Андреас Атинитис (AndreasK. Athienitis) из ConcordiaUniversity. Фирма BoschThermotechnology участвовала в проекте ЗЕБ в НьюБрунсвике - EcoPlusHomeinBathurst, NewBrunswick

В Ирландии в 2005 году стартовал проект ScandinavianHomes, которые положили начало пассивным домам в этой стране. В проекте использованы обычные дома, которые были преобразованы по технологии PHDP (PassiveHouseDesignPackage). В результате появилась компания Scandinavian Homes Ltd, которая в 2009 году с привлечением группы ученых из Университета Ольстера (University of Ulster) начала новый проект по использованию солнечной энергии для отопления и горячего водоснабжения.

В Норвегии в феврале 2009 года Норвежский Исследовательский Совет (ResearchCouncilofNorway) создал специальный исследовательский центр по ЗЕБ (ResearchCentreonZeroEmissionBuildings) в Норвежском Научно-Техническом Университете (theNorwegianUniversityofScienceandTechnology). Это уже восьмой центр в этой стране. Фактически создана сеть исследовательских центров по альтернативным энерготехнологиям - FME (CentresforEnvironment-friendlyEnergyResearch). Норвегия поставила цель – приобрести свой опыт и внести вклад в развитие таких технологий. Вместе с тем это новые виды производств и новые рабочие места.

Однако важно отметить преимущества и недостатки ЗЕБ. К первым относят: независимость владельцев ЗЕБ от колебаний цен на внешние энергоносители; больший температурный комфорт внутри жилых помещений (изотермальные карты); снижение вероятности возникновения дефицита энергии; снижение общих затрат на энергоснабжение за счет улучшенных показателей энергоэффективности; более высокая надежность; минимальные затраты на обновление установок и конструкций; соблюдение законодательно ужесточающихся требований к характеристикам зданий – более высокие платежи, налоги на неэнергоэффективные дома. Недостатки ЗЕБ проявляются в том, что начальные вложения могут оказаться выше; нехватает дизайнеров и строителей, которые имеют необходимые умения для строительства ЗЕБ; возможное снижение цен компаний производителей альтернативных энергоустановок могут снизить значение инвестированного капитала в энергоэффективность (технология производства фотовольтных панелей снижала цены примерно на 17% в год – это снижает значимость инвестированного капитала в эту отрасль);будучи сконструирован под текущие климатические характеристики, ЗЕБ может оказаться неспособным поддержать комфорт при изменении климата.

В заключение необходимо отметить, что, несмотря на заявленные эколого-политические цели при инициации этого направления (снижение выбросов парниковых газов), главными мотивирующими факторами развития ЗЕБ в передовых странах были и есть экономические: наличие государственных субсидий, рост цен на энергоносители, развитый рынок услуг по альтернативным энерготехнологиям. В тоже время каждая страна, несмотря на географическую близость, принадлежность к Евросоюзу и даже сходство климатических характеристик, идет своим путем в направлении наработки собственного опыта альтернативных энерготехнологий исходя из своих территориальных, материальных, финансовых, человеческих и других экономических ресурсов. Вместе с тем эти страны находятся в тесной кооперации, пристально следят за возникающими новинками на рынке альтернативных энерготехнологий, проводят совместные встречи.

Говоря о месте российских северных регионов в этом общемировом процессе, следует отметить, что действовать приходится при отсутствии реальной государственной поддержки. Однако сильные хозяйственники, прозревающие перспективу, изыскивают возможности для внедрения альтернативных энерготехнологий. Представляется необходимым вспомнить свой исторический опыт обустройства традиционного русского жилья (изба с печью). Анализ канадского опыта поиска альтернативной энерготехнологии для отопления жилья наводит на мысль, что они пытаются изобрести русскую печь. Канадцы хотят, чтобы в печи можно было сжигать разные виды топлива (дрова, пеллеты, и проч.), и чтобы она долго хранила тепло. Россия в плане применения альтернативных энерготехнологий в домостроении в очередной раз забыла свой лучший опыт и не слишком расторопно применяет хороший чужой.

Таким образом, рассмотрена возможность применения ЗЕБ для нужд ООПТ через анализ эволюции понятия ЗЕБ. Рассмотренная классификация ЗЕБ, анализ преимуществ и недостатков ЗЕБ, вариантов проектных разработок и способов строительства ЗЕБ убеждают, что они возможны для применения в качестве информационно-туристического центра ООПТ. Существующие современные технологии позволяют рассмотреть варианты проектов ЗЕБ для конкретного участка ООПТ и выбрать наиболее оптимальный, с точки зрения использования доступных альтернативных источников, минимизации экологического воздействия и экономических затрат.

ЛИТЕРАТУРА