Александр Сурков, доцент кафедры охраны окружающей среды ПНИПУ (г. Пермь): «Научимся использовать энергию солнца рационально – решим проблему энергетического кризиса»

Солнечные батареи и ветряки постепенно начинают использовать и жители России. Некоторые идут дальше, применяя для обогрева дома тепло земли, воды и воздуха. О плюсах и минусах альтернативных источников коммунальных ресурсов мы поговорили с доцентом кафедры охраны окружающей среды ПНИПУ Александром Сурковым.

В Перми в прошлом году появился «умный дом»-лаборатория. Студенты и сотрудники ПНИПУ изучают в деревянном доме площадью на 200 кв. м альтернативные источники энергии. Проект был создан при поддержке министерства промышленности Пермского края. Университету предложили оснастить дом инженерными системами, позволяющими обеспечить его максимальную автономность от централизованного энерго-, тепло-, водоснабжения. Университету идея понравилась, и сейчас можно наглядно увидеть, как работают альтернативные источники в условиях уральского климата. Стоимость всех систем и инженерного оборудования, к слову, 12 миллионов рублей.

– Александр, температура в нашем регионе зимой достаточно низкая и опускается иногда и ниже -30°С. Как удается альтернативно отапливать дом?

– Мы используем тепловой насос. Как известно, у грунта на определенной глубине температура стабильная и положительная. К примеру, в Пермском крае глубина промерзания составляет чуть больше двух метров в зависимости от типа грунта. Мы пробурили семь скважин по 70 метров, там уж точно не промерзнет. Туда были опущены зонды из полипропилена, по которым циркулирует теплоноситель.

Температура грунта составляет порядка 6-8 градусов. Понятно, что для отопления мы такую температуру использовать не можем. Поэтому тепловой насос «отбирает» 2-3°С тепла у грунта, а затем теплоноситель сжимается в компрессоре. Даже из школьных знаний законов физики понятно, что при сжатии у тела увеличивается температура. В итоге насос может разогреть теплоноситель до 74°С. Дальше через бак-теплообменник температура передается в систему «теплый пол». А учитывая, что «теплый пол» нужно нагревать всего до 18-20°С (для комфортного пребывания в помещении), насос работает не в постоянном режиме. Понятно, что когда на улице -20°С, насос работает активно и гоняет теплоноситель по всем скважинам. А когда пиковые нагрузки и за окном -30°С, подключается еще и тепловой котел. То есть у нас два источника теплоснабжения. Наш электрокотел нагревает воздух в системе вентиляции.

– Насколько тепловой насос экономичнее обычного электрокотла?

– Его обычное потребление – 5-6 кВт⋅час. При этом на один киловатт электроэнергии он дает два-три, в идеальных условиях даже четыре. А обычный электрокотел выдает «один к одному». Однако при магистральном газоснабжении газ остается самым дешевым видом топлива. Но если нет возможности подвести газ, тепловой насос – неплохая альтернатива.

В качестве источника тепла можно использовать воду в реках и озерах – под льдом она даже зимой 4-5°С. Например, в Перми на биологических очистных сооружениях стоят тепловые насосы, которые используют тепло сточных вод. Температура сточных вод в среднем 16°С. Благодаря такому решению, удалось отказаться от котельной, которая работала на мазуте. Вариантов много, главное подбирать правильно теплоноситель, он должен быть всегда чуточку холоднее. Отмечу, что тепловые насосы активно внедряются в Дании, Швеции, США и других странах, сходных по климату с нашим.

– Для теплового насоса необходимо электричество. Откуда удается получить этот ресурс?

– У нас три источника электроснабжения. Первый – централизованная сеть. И два независимых – солнечная электростанция мощностью 5 кВт и ветрогенератор мощностью 0,4 кВт. Система устроена таким образом, что в случае нехватки энергии от альтернативных источников подключается центральное электроснабжение. Понятно, что когда интенсивно работает тепловой насос и электрокотел – энергии солнца и ветра не хватает.

При этом в дневное время энергию альтернативных источников накапливают аккумуляторы. Ясно, что электричество мы в основном расходуем в вечернее и ночное время, а значит, днем ее в любом случае нужно накапливать. Нужен и контроллер заряда – чтобы отслеживать, как заряжаются аккумуляторы. И инвертор, который преобразует в переменный ток постоянный, вырабатываемый ветрогенератором и солнечными батареями.

– Есть какие-то проблемы у этих альтернативных источников?

– У нас на крыше дома 12 солнечных батарей, но на максимальную мощность они работают лишь в солнечный день. Этого хватает у нас на систему освещения, диспетчеризации. Думаю, что для жилого дома этого вполне хватит. Но тем потребителям, которые тратят много энергии, может и не хватить. В пасмурную погоду, при рассеянном свете, они работают, но КПД падает. В условии высокой температуры выработка электричества также снижается. К нам недавно приезжали коллеги из Питтсбурга и рассказывали, что у них солнечные батареи получают 40% падающей на них солнечной энергии. А наши лишь 20-25%. Технологии быстро развиваются, но не нужно ждать, пока КПД достигнет 100%, нужно пробовать сейчас.

А с ветрогенератора энергии мы получаем совсем мало, так как он расположен ниже крон деревьев. Для эффективной работы нужен ветер со скоростью хотя бы пять метров в секунду. Думаю, что есть территории, где ветер дует постоянно. А у нас «ветряк» стоит прямо на здании, небольшой. В Европе строят настоящие ветропарки. Но и там есть проблемы – нужно эту энергию как-то передавать на расстояния. А при передаче будут большие потери. Нужно, чтобы потребитель находился рядом. Но одни говорят, что от ветропарков шум возникает и он плохо воздействует на здоровье человека и животных. А другие, что ветропарки влияют на миграционные перелеты птиц, и птицы в лопасти попадают.

– Горячая вода – еще один важный ресурс для комфортной жизни. Обычно для нагрева (если стационарных сетей нет) используются газовые или электрокотлы. Есть ли еще варианты?

– У нас стоит плоский гелиоколлектор. Как он устроен? Поверхность коллектора поглощает солнечный свет. А внутри находятся медные трубки, по которым циркулирует легкокипящая жидкость. Она и передает тепло в бак, где нагревается вода. Производительность – около 60 литров в час. Этого для семьи из трех-четырех человек вполне достаточно. Температура воды получается примерно 45°С.

Но опять же зимой есть проблемы. Физически от снега все равно систему необходимо чистить. Хотя производители заявляют, что коллекторы не должны снег накапливать. Но в российских реалиях чистить приходится. А из-за перепадов температур бывает обледенение – и точно так же с солнечными батареями.

Гелиоколлектор стоит больше 100 тысяч рублей, но это практичный агрегат, и думаю, что его использовать стоит.

– Ну и, наконец, канализация. Как быть с ней?

– Для этих целей есть станция биологической очистки сточных вод. Процесс происходит с помощью микроорганизмов, которые удаляют загрязнения, используя их в качестве пищи. Очищают они воду на 98-99%. Образовавшуюся воду можно использовать в технических целях – для полива растений, других каких-то нужд. Целесообразно такие установки ставить на дачных участках, в коттеджных поселках. Понятно, что в зависимости от интенсивности использования придется вызывать иногда специальную машину. Бактерии имеют свойство размножаться, и этот излишек биомассы нужно убирать, чтобы не было переполнения. Производительность установки – 700 литров в час.

Кстати, установка должна быть также закопана ниже глубины промерзания. Чтобы бактериям было комфортно. Дополнительно к ним «подсасывается» кислород. Без него процесс идти не будет. Конечно, нельзя сливать туда жесткую химию – белизну, хлорку и так далее. Понятно, что сильно разбавленное водой моющее средство, которое используете на кухне, или шампунь, когда вы моетесь, не должен вреда причинить. Но в чистом виде сливать такие продукты не стоит.

– Расскажите, какие еще перспективные устройства существуют, которые могли бы понравиться жителям России?

– Ученые из Питтсбурга нам рассказывали про проект «зеленой крыши». Они собирают дождевую воду, очищают ее и используют для питьевых целей. Это делается, чтобы вода не скапливалась на улицах. У них тоже есть проблема с ливневой канализацией, как и во многих городах России. А в нашем «умном доме» есть интересная система, пока не смонтированная. Будут ли они вообще работать – не знаем. Это так называемые термохарвестеры. Они вырабатывают электрический ток и работают на разнице температур на улице и в доме. Так это или нет – проверим.

Есть у нас и мини-ТЭЦ своего рода. Она позволяет получать и энергию, и тепло. Работает на газу. Это достаточно сложный агрегат, и его работа основана на так называемом «беспламенном горении». Дополнительно к нему стоит абсорбер, который убирает предварительно из газа соединения серы – меркаптаны. Их туда добавляют, чтобы мы могли почувствовать запах во время утечки газа. Соответственно, если от них газ не очистить – агрегат очень быстро выйдет из строя. Минус этой установки в том, что она не может производить отдельно либо тепло, либо электричество. Летом отопление нам не нужно, но тепло куда-то нужно девать. В качестве решения проблемы можно, к примеру, использовать это тепло для подогрева бассейна. Но эта установка самая малопроизводительная.

– Стоит или нет использовать подобные устройства в обычной жизни?

– Постепенно люди начинают ставить систему очистки сточных вод, системы очистки питьевой воды и так далее. В тех населенных пунктах, где традиционные сети сложно подвести, альтернативные источники должны применяться. А тем, кто решит использовать в своих домах подобное оборудование, хочу сказать, что производители о недостатках продукции будут умалчивать. О возможных проблемах вы узнаете, когда сами будете эксплуатировать эти системы. Нужно быть готовым к этому.

Почему же в России альтернативные источники энергии не получили столь широкого распространения, как в Европе? Нужна ли нам вообще такая энергия? Узнать ответ на этот вопрос и рассмотреть в деталях «умный дом» можно в нашем видеосюжете.