К сожалению, ведомственность на всех уровнях (эгоизм корпоративный и личный), коррупция нравственная и политическая глушит экономику и в условиях администрирования и отсутствия реальной, а не декларативной, конкуренции, могут привести к глубокому кризису всех систем обеспечения устойчивого развития и создать чрезвычайно сложную, трудно осознаваемую многими гражданами ситуацию. Ясно, что мир сегодня находится в состоянии смены парадигмы жизнеустройства. Затратная экономика, основанная на безудержном потреблении вошла в противоречие с ресурсным обеспечением. Население на Земле увеличивается, а количество ресурсов не прибавляется. Необходим переход к новой системе жизнеустройства, основанной на концепции устойчивого развития, на базе новых ресурсо и энергосберегающих технологий, встроенных в экосистему, чтоб сохранить способность окружающей среды поддерживать жизнедеятельность ныне живущих и будущих поколений для сохранения устойчивого развития что должно стать ответом на вызовы 21 века для обеспечения счастливого и обеспеченного настоящего и будущего посредством нового мирового порядка в интересах всего населения планеты, учитывая изменение климата по причинам не зависящим от человеческой деятельности. Учитывая, что проблема устойчивого развития мирового сообщества очень актуальна, ее решение требует совершенно других подходов для решения этой проблемы, в отличии от тех, которые лежат в основе принятой ООН повестки, носящей в основном декларативный характер. При формулировании ЦУР необходим учет реальных условий проживания населения, различные географические и морально-этические нормы организации жизни конкретных сообществ, которые ничего общего не имеют с моделью принятой ООН целей устойчивого развития.

Совместные статьи с А. А. Анимицей

Энергетическая сеть возобновляемых источников электроэнергии («Великий американский солнечный пояс»)

Инж. Анатолий Анимица anatolyanimitsa@gmail.com

Проф. Измаил Хузмиев izmailh@mail.ru

Аннотация

Рассматривается идея создания континентальных высоковольтных сетей передачи энергии от возобновляемых источников: солнечной, ветровой, гидроаккумулированной и прочих видов, с целью продления эффективного времени работы источников в течение суток и снижения за счет этого потребности в аккумулирующих и пиковых мощностях.

Abstract

The idea of creating continental high-voltage power transmission networks from renewable energy sources, solar, wind, hydro-storage and other types, in order to extend the effective operating time of sources during the day and reduce the need for storage and peaking capacity due to this is considered.

Возобновляемые источники электроэнергии – это устройства и системы, использующие энергетический потенциал природы, не требуя добычи и подготовки полезных ископаемых – природного газа, нефти, угля для тепловых электростанций, а также урана для тепловых электростанций на энергии ядерного распада.

Рассматривается континентальная сеть масштаба государства Соединенные штаты Америки, способная объединить в единый энергетический источник множество разнообразных локальных устройств для генерации электроэнергии, в первую очередь – солнечных и ветровых электростанций.

Сегодня солнечные батареи показывают неуклонное улучшение показателей удельной мощности на единицу массы, площади и стоимости, ветровые турбины из года в год повышают показатели единичной мощности и эффективности, но выработка электроэнергии в масштабах меньших, чем объединяющий весь континент проект,

нерациональна, потому что солнечные батареи не дают электричество ночью, а ветростанции не работают когда нет ветра.

Предлагается решение – Великий американский солнечный пояс, к которому с помощью интеллектуальных интерфейсов могут подключаться солнечные батареи и электростанции на солнечных батареях, ветровые электростанции и ветропарки, а также другие электростанции, построенные на любых технических принципах.

Великий американский солнечный пояс позволяет построить энергоэффективную систему, которая потребует в несколько раз меньшую емкость накопителей энергии, неравномерно вырабатываемой в течение суток солнечными батареями и неравномерно вырабатывающую энергию от ветра за счет расположения пояса сразу в нескольких часовых поясах американского континента.

Такое размещение в местах с разной долготой работающих на единую сеть солнечных батарей позволяет расширить временные рамки дневного периода выработки электроэнергии и перемещать ее средствами сети к потребителям, имеющим разнесенные по часовым поясам максимумы потребления энергии.

Великий американский солнечный пояс – это виртуальная солнечная и ветровая электростанция, которая простирается от Сан-Диего и Лос-Анжелеса на западе с координатами 32.72° северной широты 117.16° западной долготы до примерно Чарлстона на востоке с координатами 32.82° северной широты 79.96° западной долготы.

Великий американский солнечный пояс 330 ГВт

Длина этого пояса – 3500 километров, или (117.16—79.96) =37.2° градуса долготы.

То есть этот пояс освещается Солнцем на 2 с лишним часа больше, чем единичная солнечная батарея в этой области Таким образом, емкость батарейных накопителей может быть уменьшена на 30 или даже 50%, цифру эффективности протяженной по долготе энергетической сети легко уточнить расчетом на любом из следующих этапов разработки идеи.

Этот солнечный пояс должен представлять собой единую энергетическую сеть, постоянного тока, протяженную примерно на одной широте с востока на запад, к которой с помощью ответвлений присоединяются различные электростанции, усредняя солнечную мощность и мощность ветра на всем пространстве этой генерации.

Какова возможная мощность такой виртуальной электростанции?

Например, пусть эта виртуальная электростанция имеет длину 3500 км=3.5 млн. м и ширину 1 м. и именно такова площадь сплошной цепи подключенных к ней солнечных батарей. Если принять мощность солнечной батареи 100 Вт/м2, получим 350 мегаватт номинальной мощности, а если ширина будет 1 километр – 350 гигаватт. Треть суммарной установленной мощности всех электростанций США.

Разумеется, никто не собирается ждать полного включения в работу всех панелей и батарей этой виртуальной электростанции. Они могут включаться буквально по одному квадратному метру – нужно лишь согласовать параметры их совместной работы на общую сеть. И стандарты такого согласования необходимо разработать с учетом будущего расширения потребностей в электроэнергии от Солнца.

Великий американский солнечный пояс рационально выполнить в виде линии электропередачи постоянного тока на 1000 – 1500 киловольт, применяя оборудование, давно и хорошо освоенное промышленностью.

В этом случае при напряжении 1000000 вольт и максимальной мощности перетока по одной линии 1 ГВт магистральный ток в такой линии составит 1000 ампер, а при мощности линии 10 ГВт – 10000 ампер, какие напряжения и токи уже освоены электротехнической промышленностью.

Компьютерное управление сетью позволит осуществлять непрерывный арбитраж и биржевой рынок поставщиков и потребителей энергии, причем эта сеть торговли электричеством может включать в себя как индивидуальных поставщиков и потребителей, так и сети более низшего порядка, как постоянного, так и переменного тока, подключаемые к этой протянутой с востока на запад основной сети по радиальным ответвлениям,

Сейчас невозможно оценить в деталях экономику такой сети, но можно дать некоторые общие принципы.

Допустим, сеть осуществляет поставку и распределение 100 ГВт электроэнергии в среднем 5000 часов в год. То есть общий объем распределяемой энергии составляет 500 000 ГВтчас электроэнергии в год. 500 000 000 МВтчас. 500 000 000 000 кВтчас.

Допустим, киловатт-час в перспективе будет стоить 5 центов. Тогда годовой объем перераспределения энергии через ВАСП – 25 миллиардов долларов.

Обычная мировая доля инфраструктуры распределения энергии – 3% ее тарифной стоимости. Уменьшим ее до 2%, и получим цифру 500 000 000 долларов США.

Исходя из этой величины можно на первом этапе оценивать выгодность такой идеи.

Данная цифра занижена в целом в 4—5 раз, данная страховочная поправка учитывает поэтапность ввода линий ВАСП, поэтапность подключения поставщиков и потребителей, а таке поэтапность снижения цены электроэнергии, то есть проектная выручка вычислена с разумной осторожностью. И подлежит, разумеется, более детальному и скрупулезному расчету на последующих стадиях проекта.

США – не единственная страна в мире, имеющая значительную протяженность. по долготе. Россия, Китай, Украина, а также цепочка стран Турция-Иран-Индия-Китай имеют еще большую протяженность с востока на запад и большой потенциал, аналогично – от Туниса до Египта можно построить примерно то же самое.

Следующим проектом такого рода я выбрал Великий африканский солнечный пояс – виртуальную солнечную электростанцию вдоль берега Средиземного моря от Туниса на западе до Египта, Израиля и, возможно, Иордании на востоке.

Дело за малым – посчитать и объявить условия участия людей и организаций в этом проекте. А также создать сетевую инфраструктуру и системы расчета за поставленную и полученную электроэнергию.

В статье не рассматривается подключение к данной сети ветроэлектростанций и волновых ГЭС, но это еще два фактора, которые в принципе позволят вдвое увеличить эффективность описанной сети.

ВЭС VAWT 20 MW

Рациональный подход к утилизации ТБО

А. А. Анимица (1), И. К. Хузмиев (2)

Мариуполь (1) село Кобан (2)

Аннотация

Несмотря на постоянно звучащие в научных публикациях, в социальных сетях и в публичных выступлениях требования не накапливать возле городов твердые бытовые отходы (ТБО) и не загрязнять атмосферу и гидросферу выбросами продуктов сжигания ТБО, мы повсеместно наблюдаем в основном – накопление миллионов тонн гниющих отходов в свалках возле крупных городов, и в меньшей степени – смрад и дым выбросов от горящих отходов.

Почему так происходит и что можно предложить для прекращения этого неприемлевого положения дел – тема настоящей статьи.

Рассматриваются этапы и порядок утилизации, дается оценка реализуемости и экономической эффективности подхода.

Проблема загромождения пространств возле городов, загрязнения воздуха и воды, смрад, криминогенная среда и масса других отвратительных проявлений – цена, которую платит цивилизация хомо сапиенс за удобство выбрасывать бытовые отходы не заботясь о сохранении окружающей среды.

Раздельый сбор мусора и его сортировка перед утилизацией являются утопическими проектами, способными только лишь набить карманы менеджеров и хозяев таких систем сохранения окружающей среды.

Огромные заводы по сжиганию мусора способны порождать только дым, вонь и многотысячные демонстрации протеста жителей Шиеса в Архангельской области и других городов против этого варварства.

И все это – только чтобы не сесть и не подумать, а как это сделать выгодно для всех и не слишком затратно.

Для конкретности возьмем два города в РСО-Алания: Белан и Владикавказ (Табл.1)

Таблица 1

ТБО из Беслана везут на полигон Владикавказ, неся при этом существенные материальные затраты в виде стоимости топлива, других затрат на автотранспорт, амортизации автомобилей, зарплаты водителей (минимум 6 машин и 7—10 водителей) и т. д.

Мы попробуем описать концепцию технологии с минимизацией затрат и вреда от массы городских твердых бытовых отходов – сначала на примере Беслана, а затем, когда удастся внедрить и испытать технологию – во Владикавказе и в остальных столицах Северного Кавказа (Табл.2)

Таблица 2. Столичные города Северного Кавказа

Предлагаемая технология широко известна – это пиролиз. Оборудование выпускается множеством предприятий как в России, так и за рубежом, например, в Китае.

Объем камер пиролизных реакторов находится в пределах от 1 до 60 кубометров и выбирается в зависимости от мощности потока ТБО и суммарной производительности комплекса. Например, установка F4000 имеет главную камеру диаметром 1.6м и длину 8 м (горизонтальный тип) с объемом 16 м3 и загрузкой 4000 кг.

Существуют удобные вертикальные реакторы объемом около 6 м3, пригодные для пилотных проектов.

Данные объемы, от 6 до 16 м3, представляются наиболее рациональными для использования и хорошо согласуются с предлагаемой далее технологией.

Рис.1. Пиролизная установка F4000 (Китай)

Основной недостаток таких пиролизных камер – очень малая весовая вместимость, обусловленная низкой плотностью ТБО – от 200 до 250, редко 300 кг/м3.

Для повышения производительности пиролизных реакторов мы придумали простой двухстадийный процесс предварительной подготовки ТБО.

Сначала вывезенный из контейнеров складирования объем с плотностью около 250 кг/м3 подается на измельчители – шредеры.

Рис.2. Промышленные шредеры ТБО (ТКО – твердые коммунальные отходы)

Такие шредеры позволяют получить более плотную и однородную массу ТБО (ТКО – твердых коммунальных отходов) и добиться плотности до 300—400 кг/м3. Это положительно скажется на загрузке пиролизных реакторов.

Такие шредеры рационально размещать вблизи мест сбора ТБО, уменьшая плечо доставки первичного состояния отходов. Например, для Беслана это может быть две площадки с двух сторон железной дороги (Рис.3) Годовой объем ТБО 95000 м3 может быть обработан двумя-тремя шредерами с часовой производительностью по 8—10 м3 (95000 м3 в год на 5000 рабочих часов в году дает 19 кубометров в час.

Но этого недостаточно. Дробленые отходы можно уплотнить еще в 2—2.5 раза с помощью пресс-компакторов (Рис 4). Они имеют усилие около 30 тонн и позволяют добиться плотности прессованных отходов до 1000 кг/м3.

Мы можем создать и организовать производство более дешевых и эффективных атмосферных прессов. Например, с учетом установки F4000.

Возьмем цельную трубу 1420 мм и отрежем 2.5 метра. Будет объем 4 кубометра. У трубы два поршня – сжатия и выталкивания. Поршень сжатия и выталкивания снизу. Загружаем 4 куба измельченного ТБО плотностью 0.4т/м3, накрываем поршнем и даем в камеру вакуум.

Площадь поршня 16000 см2, и сила прессования будет 16 тонн! Даже если не вакуумировать до нуля, тонн 10 будет обязательно. Процесс прессования занимает меньше минуты. Цикл составит минут 5 – на загрузку, прессоание, выталкивание полученной шайбы высотой около метра.

Шайба высотой в метр и диаметром 1420мм имеет объем 1 м3 и весит около 1.6 тонны.

Обматываем шайбу стрейч пленкой (Рис.5) и такой груз уже можно складировать на временное хранение до момента переработки.

Рис.3. Карта Беслана (Яндекс карты) с железной дорогой

Рис. 4. Пресс-компактор Европресс

Рис.5. Машина для обматывания в стрейч пленку

Такие шайбы можно везти непосредственно в цех пиролиза, а можно оставлять на складе ТБО на некоторое время. Пленка изолирует содержимое от атмосферы и это благоприятно влияет на экологию.

При высоте складирования шайб диаметром 1.4 м (округленно) и высотой 1 м в 8 ярусов плотность складирования составит около 6 тонн на квадратный метр, или 60000 тонн на гектар, то есть площадки 100х100 м хватит для сглаживания потока ТБО для всей Владикавказской агломерации.

Шайбы плотно укладываются в пиролизную камеру, например, F4000 – 8 штук по 1.6т всего 12—13 тонн,

Такие шайбы имеют теплотворную способность около 2000 ккал/кг, или до 10000 кДж/кг., то есть тонна такого ТБО соответствует примерно 0.2 тонны мазута или дизтоплива. И продукция одной загрузки пиролизера эквивалентна примерно 2 тоннам дизельного топлива. Остальное уйдет на нагрев пиролизеров и на инертный остаток.

Повышение максимальной температуры пиролиза примерно до 600°С резко повышает выход газообразных продуктов разложения ТБО и дает возможность после некоторой очистки направлять пиролизный газ прямо на газопоршневой двигатель когенерационной электростанции (Рис.6).

Расход топлива на газопоршневых электростанциях мощностью, например, 1 МВт, составляет в пересчете на дизельное топливо 250 кг/МВтчас, то есть из одной шайбы ТБО массой 1.6т получится 1 МВтчас электроэнергии и примерно столько же тепловой.

Для Беслана, например, его годовая масса ТБО 24000 тонн эквивалентна 15000 МВтчас, которые могут быть получены от 2—3 когенераторов мощностью по 1 МВт, с учетом времени на обслуживание, простои и ремонты – лучше трех.

Таким образом, подобная схема сбор ТБО – измельчение – уплотнение – герметизация в пленку – пиролиз – когенерация дает для Беслана вместо 95000 кубометров гниющего мусора на полигоне 15000МВтчас электроэнергии (если считать по 2000 рублей за МВтчас – 30 миллионов рублей), сравнимое количество тепловой энергии, снижение захватываемых под мусор площадей, несколько десятков рабочих мест и огромную прибыль от франшизы по распространению опыта использования такой технологии.

Можно смело оценить суммарный экономический, экологический и политический эффект в сотню миллионов рублей.

Рис. 6. Газопоршневая когенерационная электростанция

Потребуется еще очистка выхлопных газов когенерационной ТЭС, и некоторое дополнительное оборудование для утилизации инертного остатка.

Разумное использование остатка включает выделение металла и углерода, а се остальное можно размолоть и использовать в качестве наполнителя малоответственных стройматериалов, безопасных в экологическом смысле.

Цемесская бухта – ветрозащита, акватория и энергетика

А. А. Анимица (1), И. К. Хузмиев (2)
Мариуполь (1) село Кобан (2)

Tsemesskaya Bay – wind protection and power generation

Eng. A.A.Animitsa (1), prof. I.K.Huzmiev (2)

Mariupol (1), Koban (2)

Аннотация

Цемесская бухта – также Новороссийская – незамерзающая бухта в северо-восточной части Черного моря. Предлагается способ существенно повысить функциональность бухты для организации комфортных всепогодных грузового, пассажирского, яхтенных и военно-морского портов с одновременным решением задачи энергообеспечения территории и инфраструктуры на берегах бухты путем создания энерговетрозащитного пояса на базе ветроэлектростанций с вертикальной осью вращения конструкции А. Анимицы вокруг района бухты и полуостровов по технологии LOW конструкции А. Анимицы в акватории бухты.

Одновременно улучшается и рекреационная привлекательность всего района северо-восточного побережья Черного моря

Цемесская бухта (также Новороссийская бухта) – незамерзающая бухта в северной части российского побережья Чёрного моря. Вторая по значению бухта в российской акватории черноморского бассейна после Севастопольской бухты. В состав Российской империи бухта вошла в 1829 году, после очередной русско-турецкой войны. С тех пор активно используется для военных, торговых и пассажирских нужд региона и в первую очередь города Новороссийска.

Цемесская бухта непроста для навигации по целому ряду причин. Хотя вход в бухту довольно широк, прямо в его середине лежат довольно обширные Пенайские банки. Также определённую опасность представляют затонувшие суда, их части и другие подводные препятствия.

Кроме этого, берега бухты окаймляют рифы, следующие параллельно береговой линии на расстоянии 1,5 – 2,0 кабельтовых от неё. Лоцманская проводка является обязательной. Глубины бухты нарастают постепенно, у берега они резко уменьшены, что вынуждает переносить портовые операции на менее защищённые участки открытого побережья. Размер самой гавани небольшой, по типу гавань относится к прибрежной с волноломами (ПВ); слип в порту – небольшой, а сухой док отсутствует вовсе. Распад СССР привёл к увеличению транспортной скученности в Цемесской бухте: здесь вынуждены были уживаться гражданский, военный и торговый флоты.

Количество осадков над бухтой в холодный период превышает их количество в тёплый период. Рейды Цемесской бухты не дают укрытия от северо-восточных, юго-восточных и южных ветров. С ноября по март сильный северо-восточный ветер (бора) достигает силы урагана (или жестокого шторма) при скорости ветра свыше 29 м/сек. и волнении моря до 12 баллов. Бора может держаться несколько дней в году. Температура воздуха за пару часов может упасть на 10—15 градусов. Бора в целом труднопрогнозируема и резко усложняет работу порта в целом и проблему обеспечения безопасности кораблей и людей в частности. Лоция рекомендует всем судам во время боры заблаговременно уходить в открытое море или же отстаиваться на якоре в ожидании улучшения погоды в защищённом районе селения Южная Озереевка.

Приведенных справочных сведений из лоции Черного моря достаточно, чтобы оценить не только региональное и общегосударственное значение Цемесской бухты и задачи по ее кардинальной реконструкции, но и то геополитическое значение, которое приобретет собственно бухта, а также все восточное побережье Черного моря.

Берег района Цемесской бухты окаймлен невысокими горами высотой преимущественно 200—600м, и именно сход холодного воздуха с этих гор и дает ветер бора со скоростями до 30 м/с.

Такой ветер в несколько меньшей степени характерен для всего северо-восточного побережья Черного моря. и предлагаемые в статье мероприятия после успешной их апробации можно будет распространить на весь берег, от Анапы и Новороссийска до Туапсе и Сочи.