Климат России определяет повышенную сезонную потребность россиян в отдельных видах энергии. При стабильном спросе в течение всего года на механическую и электрическую энергии, летом резко возрастают расходы воды и искусственного холода, а зимой — тепла. Удовлетворить часть этих потребностей можно за счет комплексного использования солнечной энергии.

В проекте «АЭ» представлены технологии использования солнечной энергии, аккумулированной в солнечном соляном пруду и теплоты (талой воды)/холода (льда) котлована для бесперебойного энергоснабжения малых потребителей. Это технологии совместного использования солнечной энергии и энергии, запасенной в котловане, могущие обеспечить летом водоснабжение, выработку электроэнергии, выработку среднетемпературного холода, а зимой — теплоснабжение.

Это технологии раздельного использования солнечной энергии и энергии, запасенной в котловане, могущие обеспечить летом: сушку торфа, нагрев воды и воздуха; производство биогаза; приготовление пищи; удовлетворение физиологических потребностей (летняя баня); охлаждение воздуха, а зимой — подогрев воздуха. Определена экономическая эффективность (расчет) системы холодотеплоснабжения для средней полосы России, на примере Омской области. Разработана конструктивная схема по концентрации отраженной солнечной энергии в солнечный соляной пруд, позволяющая обеспечить увеличение поступления солнечного излучения в пруд в утренние и вечерние часы в два-пять раз, по сравнению с обычными концентраторами.

 

 

Выполнены расчеты по предложенным автором математическим зависимостям (моделям) и алгоритму поступления в пруд прямого, косвенного, а также рассеянного солнечного излучения. Все человечество ежегодно потребляет 7–8 млрд тонн минеральных ресурсов, и столько же ежесуточно в среднем расходуется воды. Наибольшее потребление воды в России, а значит и энергии на ее перекачку, приходится на летний период.

Отмеченная закономерность, несмотря на короткое лето, позволяет более половины водоснабжения для сельского хозяйства обеспечивать за счет солнечной энергии. Актуальность водоснабжения от солнечной энергии основывается на том, что чем больше солнечной энергии, тем засушливее лето, а значит — тем легче недостаток естественного увлажнения восполнить орошением. Когда же нет Солнца, дожди заливают урожай, то нет потребности в орошении.

Значительная часть из 10 млн населения России, не присоединенного к электросетям, проживает в Сибири и на Дальнем Востоке. Они получают энергию в основном от автономных дизель-генераторов небольшой мощности. Необходимое для этого топливо завозится из далеко расположенных центров автотранспортом, водными путями, а иногда даже вертолетами, что делает это топливо очень дорогим. Из-за этого не осваиваются для проживания и хозяйственной деятельности живописнейшие местности.

Выработка электроэнергии летом на базе солнечного соляного пруда гарантирует малым потребителям бесперебойное электроснабжение в любое время суток для холодильного оборудования, осветительных приборов, водоснабжения, медицинского оборудования, радиоаппаратуры и электробытовых приборов. Развитие рыночных отношений в России, приведших к тому, что скоропортящиеся продукты питания и технологическое сырье в нашей стране уже не раскупают с «колес», резко увеличивает в теплый период года потребность производителей и переработчиков в холоде.

Огромные просторы Российской Федерации с неразвитой сетью транспортных коммуникаций предопределяют необходимость иметь значительные страховые запасы продуктов питания и технологического сырья, хранение и реализация которых также связаны со значительным потреблением холода. Главное преимущество использования солнечной энергии летом для замораживания и охлаждения состоит в совпадении максимумов ее поступления и потребления искусственного холода.

При этом применение солнечной энергии для выработки холода эффективно вдвойне, так как разумно размещенная приемная часть солнечной установки, затеняя охлаждаемые объекты, уменьшает поступление в них солнечного тепла, и, следовательно, потребность в холоде. Конечно, использование в качестве приемника и аккумулятора энергии Солнца солнечного соляного пруда требует отводов земли. Однако они не так велики относительно не только равнинных водохранилищ ГЭС, но даже горных.

Так, при площади зеркала водохранилища Новосибирской ГЭС 1072 км2, годовая выработка электроэнергии составляет 1678 млн кВт⋅ч электроэнергии, то есть 1,56 кВт⋅ч с 1 м2 водохранилища, при среднегодовом коэффициенте использования установленной мощности около 40 % (для СаяноШушенской ГЭС — 38 кВт⋅ч в год с 1 м2). Гелиоэлектростанция на базе солнечного соляного пруда по расчетам будет вырабатывать более 60 кВт⋅ч электроэнергии с 1 м2 за лето (Омск).

 

 

Конечно, в горных местностях выработка электроэнергии с 1 м2 водохранилища намного выше, чем на равнинных ГЭС, но там и стоимость земли совершенно другая, а кроме того инсоляция более высокая, что повышает выработку электроэнергии гелиоэлектростанцией. При сооружении солнечного соляного пруда чернозем (гумус) не становится дном рукотворного моря, а используется для повышения плодородия территории.

Если мы рассмотрим Кубань как житницу Российской Федерации, то можно с большой долей вероятности принять, что хлебороб с 1 га (10 тыс. м2) поля получает чистый доход примерно 10 тыс. руб. (рисовод, заливающий обширные поля водой — «солнечный пруд», но для других целей — наверное, столько же). А если теперь рассмотрим гелиоэлектростанцию, в состав которой входит пруд и котлован со льдом площадью по 100 м2 каждый, с которых вполне можно «собирать» за лето до 6 тыс. кВт⋅ч электроэнергии.

При минимальной стоимости электроэнергии по 3 руб. за 1 кВт⋅ч (экологически чистая электроэнергия на Кубани должна стоить дороже, а вдали от цивилизации — по 10 руб. за 1 кВт⋅ч и более), доход с 200 м2 составит 18 тыс. руб. или при переводе на 1 га — 900 тыс. руб. Если же рассматривать отдельно солнечный соляной пруд, используемый для выработки теплоты (нагрев воды), то с пруда площадью 78,5 м2 (одна «сотка» с дорожкой для концентратора) можно получить за лето (Омск) более 50 тыс. кВт⋅ч теплоты.

При ее минимальной цене 0,5 руб/кВт⋅ч (для децентрализованных территорий надо принимать 2,5–3,0 руб. за 1 кВт⋅ч теплоты) доход с одной «сотки» составит 25 тыс. руб. (с 1 га — 2,5 млн руб.). Все системы и установки проекта «АЭ», в случае временного снижения мощности возобновляемых источников энергии, могут при необходимости параллельно работать и от дорогих и дефицитных традиционных энергоносителей — угля, дров, бензина, керосина, дизтоплива, газа, то есть являются установками гарантированного энергообеспечения с надежным резервированием.

Для их бесперебойной работы не требуются в качестве резерва огромные аккумуляторы или двигатели внутреннего сгорания (ДВС) равновеликой мощности (резервирование аккумуляторами или ДВС почти всегда удваивает капитальные вложения, при этом, например, для работы ДВС не снимается проблема организации развернутого топливного хозяйства и доставки в больших количествах строго определенного сорта топлива).

В разрабатываемых системах и установках резервирование сводится к параллельному размещению на них форсунок-топок открытого (свободного) горения, что предопределяет минимальные капитальные затраты по организации гарантированного обеспечения потребителя удобными видами энергии — механической, электрической, тепловой, или же потенциальной энергии в виде потока жидкости или искусственного холода.