Реферат на тему:
Нові технології збереження енергії для України
Забуте право на Сонце, або тепло в Твоїй оселі
Гасло Майдану «Вільна людина в вільній країні» можливе лише тоді, коли
кожен бажаючий громадянин буде незалежним від монопольно контрольованих
природних ресурсів [1]. Крім їжі, одним з таких життєво необхідних
ресурсів є тепло для обігріву приміщень, електроенергія для роботи
побутових приладів та паливо для роботи транспорту. Всі вони нині
продукуються переважно з викопних ресурсів, а загальна вартість цієї
статті витрат може складати близько 50% витрат найбідніших верств
населення України. Ситуацію погіршує те, що людство насьогодні дійшло до
тієї межі, коли більша частина деяких природних ресурсів спожита [2], а
викликані людиною екологічні проблеми у вигляді забруднення
навколишнього середовища, парникового ефекту, підйому рівня світового
океану, тощо матимуть наслідком масові переселення людей, війни за
території та ресурси, тощо. У випадку подібних екстремальних явищ вони в
першу черг торкнуться України, як однієї з слаборозвинених країн, і тому
навряд чи актуальними будуть дотримання шляхетного гасла Майдану та
пошук умов для створення вільної України та Людини в ній. Враховуючи
значну інерційність природних систем, може виявитися, що навіть за умови
припинення будь-якої господарчої діяльності людства викликані ним зміни
в навколишньому середовищі виявляться незворотними та приведуть до
катастрофічних глобальних змін клімату. Нажаль, щодо майбутніх
перспектив планети нині ніхто не може дати певної відповіді, тому будемо
сподіватися, що точка неповернення ще не пройдена.
Сьогодні вже очевидно, що сучасний розвиток людства з хижацьким
використанням викопних ресурсів та відповідним забрудненням
навколишнього середовища веде все живе на нашій планеті до поглиблення
смертельної хвороби, назва якій – «людська цивілізація». Вихід для
нашого спільного виживання лише один: скоротити споживання природних
ресурсів хоча б до рівноваги, коли спожиті людством ресурси (в першу
чергу енергетичні) оборотно відновлюються в ході природних процесів.
Мусимо розчарувати також тих, хто покладає надії на розвиток атомної
енергетики: якщо зробити ставку на неї, то крім відомих негативних
факторів [3], також йдеться про те, що громадяни мають справу з
монопольним постачанням, а власник диктує ціни відповідно до своїх
забаганок, тож про поняття «свобода» і «право» в умовах централізованого
потоку ресурсів можна забути [4]. До того ж, існуюча нині занадто велика
централізація енергетики та наявність потужних магістральних мереж
роблять Україну вкрай вразливою з точки зору безпеки. Наприклад,
достатньо зруйнувати по одній опорі в 2-3 магістральних лініях
електропередач з напругою кілька сотень кіловольт, аби поставити всю
нашу країну на коліна, залишивши без енергопостачання в тому числі й
життєво важливі об’єкти. В зв’язку з цим постає потреба децентралізації
енергогенерації та енергопостачання, якою по своїй природі є
відновлювана енергетика. Наголошуємо, що активне використання ідей
відновлюваної енергетики дозволить досягти балансу з природою, та
мінімально убезпечити кожного з нас від несподіванок, пов’язаних з
припиненням централізованого електропостачання.
Те, що зміни клімату – це надзвичайно важливий наслідок діяльності
людства, на який варто серйозно реагувати, свідчать регулярні публікації
по цій темі у визнаних міжнародною науковою спільнотою журналах Nature
та Science. Остання подія в цьому напрямку: HYPERLINK
“http://nobelprize.org/nobel_prizes/peace/laureates/2007/” присудження
Нобелівської премії миру за 2007 рік громадській організації
HYPERLINK “http://www.ipcc.ch/” «Intergovernmental Panel on Climate
Change (IPCC)» («Міжурядова комісія щодо змін клімату») та
віце-президенту США Альберту Гору «за їх зусилля по розвитку та
поширенню знань щодо викликаних людською діяльністю змін клімату, та
закладення підґрунтя заходів по протидії таким змінам» [5]. Але якщо в
цивілізованому світі на найвищому рівні намагаються щось робити для
роз’яснення важливості збереження ресурсів та довкілля, то в Україні
такі спроби є справою небагатьох громадських активістів. Все доволі
очевидно: політики просто не зацікавленні в енергозбереженні, оскільки
представляючи державу Україна доволі часто «кришують» великі енергетичні
компанії з приватним інтересом, який полягає в максимальному продажу
ресурсів. Очевидно, що інтереси громадянина в мінімізації оплати за
тепло чи електроенергію тут абсолютно не збігаються з інтересами
політиків та постачальників. Тому нам всім треба брати справу в свої
руки та власними зусиллями розробляти заходи для приватного
енергозбереження та енергогенерації. На щастя, Україна має в цьому плані
немалий, але насьогодні забутий досвід завдяки «розвитку людської
цивілізації». Варто лише звернути увагу на Сонце, як джерело життя на
Землі. Завдяки можливості використання його дармової енергії можна
суттєво скороти використання викопних ресурсів для обігріву приміщень.
Коротко зазирнемо в історію. Зародження сонячної енергетики відбулося ще
до початку нашої ери. Так, першу пораду архітекторам по використанню
Сонця дав грецький історик Ксенофонт (430-354 рр. до н.е.): “Ми маємо
будувати південний фасад будинків вище, аби піймати зимове сонце”.
Сократ (469-399 рр. до н.е.) висунув ідею “Сонячного будинку”. В ньому
максимально використовувалося зимове Сонце і повністю виключалося
потрапляння прямого сонячного світла з південного боку влітку (див.
рис.9 на с.23 в [6]). А от як повідомляють матеріали HYPERLINK
“http://www.ecomuseum.kz/dieret/dieret.html” освітнього курсу DIERET ,
«в 100-му році н. е. історик Пліній Молодший збудував літній будинок в
Північній Італії, в одній з кімнат якого були вікна з тонкої слюди.
Кімната була теплішою за інші, а для її обігріву треба було менше дров.
У відомих римських банях в I-IV ст. н.е. навмисне встановлювали великі
вікна, які виходили на південь, аби в будинок надходило більше сонячного
тепла. До VI ст. сонячні кімнати в будинках та громадських будівлях
стали настільки звичними, що кодекс візантійського імператора Юстиніана
(VI ст. н.е.) запровадив «право на сонце», аби гарантувати
індивідуальний доступ до Сонця» (Кінець цитати. Детальніше про кодекс
читайте тут: HYPERLINK “http://en.wikipedia.org/wiki/Justinian_Code”
\t “_blank” http://en.wikipedia.org/wiki/Justinian_Code ).
На жаль, як показує пошук через Google, на момент написання статті в
українському сегменті Інтернет комбінація слів «право на сонце» давала
аж одне (!) посилання на матеріал, який не мав відношення до значення,
яке вказувалося вище. В той же час в російському сегменті інтернет
аналогічний пошук для комбінації слів «право на солнце» дав близько 27
тисяч (!) посилань, значна частина яких стосується наведеної тут
тематики. Особисто для нас в цьому нема нічого дивного: владний режим
Росії зневажає всі права Людини, які шкодять його існуванню. При цьому
він «великодушно» погоджується, аби воля Людей спрямовувалися туди, де
можна досягти хоча б якогось успіху відносно безболісно для режиму.
Одним з таких прав є природне «право на сонце», яке навряд чи
деклароване Конституцією хоча б однієї з країн світу. Наприклад, в
HYPERLINK “http://moskva.aif.ru/issues/605/18_03” московських ЗМІ
активно обговорюється те, що норма інсоляції для Москви складає близько
2 годин на день, а якщо в когось під вікнами внаслідок «ущільнюючої
забудови» росте будинок та є підозра, що норма порушена, то можна
замовити експертизу та звернутися в органи влади. Втім, ми підозрюємо,
що в Україні скоріш за все нема аналогічного нормативу, який дозволив би
ефективно боротися зі знищенням дитячих площадок, стадіонів та лісових
насаджень всередині житлових масивів.
Це тим більше дивно, оскільки історія України містить багато знахідок
щодо відновлюваної енергетики. Варто лише звернути увагу на автономність
селянських господарств в Україні. Традиційно український селянин
створював енергетично самодостатнє господарство. Саме самодостатністю
селянина можна пояснити настійливі намагання українців здобути волю.
Адже для самодостатнього господаря не було потреби мати над собою вищу
владу, окрім стосунків самоврядування. У 16 столітті в Україні
створилася унікальна господарська система самоврядування та
господарювання на землях Запорізької січі. Основу господарства складали
хутори-зимівники. Саме така автономна структура забезпечувала
надзвичайну живучість козацької республіки. Хутірські господарства були
характерною рисою України. Поневолення України завжди супроводжувалося
руйнуванням її автономних господарств. Запорізька система
хуторів-зимівників була знищена у 80-роках 18 століття разом із
введенням кріпацтва [7], але все ж залишалася досить поширеною на
Західній Україні. Так, на початок 1913 року на Волині HYPERLINK
“http://hop.com.ua/biblio/h_b_3_2.htm” налічувалося 41320 хуторів.
Певне відродження автономних господарств відбулося за столипінської
реформи й на сході (в цьому якраз була нагальна економічна потреба). Але
найбільшого руйнування такі господарства зазнали за совєтської влади.
Хоча цікаво, що за НЕП хутірські господарства толерувалися (очевидно,
через їх економічну ефективність). Фактично вони були повністю
зруйновані вже у 70-х роках 20-го століття. Причина нищення автономних
господарств є більш політична, ніж економічна. Вільна людина нищилася,
перетворювалася на наймита, який у всьому залежав від центральної влади.
Влада забирала напівфабрикати і розподіляла готову продукцію на власний
розсуд. До того ж компактно розміщених людей легше й контролювати.
Руйнувалася автономна господарча інфраструктура, втрачалися навички.
Сільське населення вже годувалося й одягалося містом й при цьому не було
здатне виконувати власні виробничі функції. Простий процес виробництва
сільськогосподарської продукції, доступний неграмотному селянину,
перетворився в „битву за урожай”, що незмінно зазнавала поразки через
значні втрати. Боротьба совєтської влади з автономністю людини мала
регулярний, добре продуманий, планомірний характер. Нищився реманент,
продукція, переслідувалися промисли, руйнувався селянський уклад. Так, з
1946 по 1960 роки з карти Полтавщини зникли та зняті з обліку 645
хуторів, а за півстоліття зникло більше ніж 1000 населених пунктів [8].
В результаті криза центральних розподільчих органів у 90-х роках 20-го
століття найбільш болісно вдарила якраз по сільському населенню і саме
там, де була втрачена автономність господарств. Люди виявилися
нездатними навіть пекти власний хліб. Більше того, енергетична
залежність від великих енерговласників, з системою централізованого
енергопостачання, є однією з найбільших проблем малого й середнього
бізнесу (з селянами включно), що стримує розвиток середнього класу й
громадянського суспільства в Україні [9].
Нинішній стан розвитку відновлюваної енергетики дозволяє відродити
енергетичну й господарчу автономність та незалежність Людини. Саме такий
сценарій є єдино можливим за умов загрози світової енергетичної й
екологічної криз. Сучасні комунікаційні технології дозволяють уникнути й
основних проблем автономних господарств – їх соціальної й економічної
ізоляції. Основою існування таких господарств має стати їх енергетична
незалежність. Більше того, саме такі господарства можуть і мають стати
джерелом енергопостачання для інших споживачів, розташованих у великих
містах. Така практика вже не є новою для багатьох розвинених
демократичних країн. Енергокомпанії Німеччини зобов’язані сплачувати
вартість виробленої автономними господарствами електроенергії, що
надійшла до загальної енергомережі. Фактично їх електролічильники
працюють і в зворотному напрямку. В Данії кожна десята родина є членом
енергогенеруючого кооперативу, або власником вітроелектростанції [10].
Колишній СРСР мав значний досвід промислових розробок у сфері сонячної
енергетики, які проводилися переважно в другій половині 20-го століття.
Якимось дивом, з чиєїсь легкої руки (цікаво, хто ж був ініціатором цієї
справи?) в 70-ті роки в СРСР були спущені директиви на розвиток сонячної
енергетики й ці розробки фінансувалися з державного бюджету [11]. Цим
питанням займалися HYPERLINK
“http://www.mtu-net.ru/lge/predl/predl.html” Енергетичний інститут
ім.Кржижанівського , HYPERLINK
“http://oivt.nm.ru/razd-nach/index1.html” Інститут високих температур
АН СРСР , НПО „Солнце” АН Туркменської РСР, HYPERLINK
“http://www.academy.uz/old/rus/otdel/tehnic/1_2.htm” Фізико-технічний
інститут АН Узбецької РСР , Інститут ВНИИКТЭП Держплана СРСР (в 1991
році перетворений на HYPERLINK “http://www.oilmaps.ru/main/about”
Картографический Информационный Центр “ИНКОТЭК” ), ВНИПИ Теплопроект (з
1999 HYPERLINK “http://www.teploproekt.ru/about.html” ЗАО
Теплопроект-Т ), ППО „Спецгелиотепломонтаж” (Тбілісі), СО
„Сантехмонтаж”, HYPERLINK “http://www.engutil.ru/” ЦНИИЭП инженерного
оборудования , ТашкентЗНИИЭП, ТбилисиЗНИИЭП. Такі потужні ресурси могли
водночас вивести країну в світові лідери сонячної енергетики. Однак
особливості совєтського планування в поєднанні з відсутністю нагальної
потреби в таких розробках мирно упокоїли прекрасну справу. Про
досягнення тих часів можна прочитати на HYPERLINK
“http://www.geleo.boom.ru/article04.htm” сайті ентузіаста сонячної
енергетики, доктора технічних наук Бутузова Віталія Анатолійовича із
Краснодара , де крім всього наведені авторські схеми ефективних систем
для споживання сонячної енергії.
Серед згаданих вище організацій в Україні продовжують займатися сонячною
енергетикою лише енергетичний інститут ім.Кржижанівського та КиївЗНДІЕП
( HYPERLINK “http://www.zniiep.com.ua/” Київський зональний
науково-дослідний інститут експериментального проектування ). Саме в
КиївЗНДІЕП був розроблений в 1977 році перший радянський сонячний
колектор [11]. У 1991 році його фахівцям була присвоєна премія Ради
міністрів СРСР. Було виконано цілу серію проектів з сонячної енергетики.
В 1978 році побудовано сонячний колектор в п.Рибачий (Крим) в пансіонаті
„Горный”. В 1982 році – 9-поверховий житловий будинок в Херсоні з
сонячним колектором площею 270 м2. Будинки серій 67, 87 (5 поверхові) з
сонячними конструкціями в Ізмаїлі (45 кв.), Очакові (50 кв.), Феодосії
(110 кв.), Херсоні (64 кв.)… Дитячий садок на 420 місць з сонячним
колектором в Одесі… Житловий будинок в с.Колесне, с.Болгарка Одеська
обл… У 1987 році сонячно-теплова котельня в с.Кропивна Золотоніського
району Черкаської області… Ми не знаємо, чи вціліло насьогодні хоча б
щось з переліченого, але як бачимо, немалий досвід був.
Проблемою тогочасних сонячних колекторів була їх корозія та втрати води.
Це вимагало значних експлуатаційних витрат, проблема була ще й в тому,
що коштів на наступну експлуатацію не передбачалося. Сучасні технології
й матеріали дозволяють подолати ці труднощі й спростити наступну
експлуатацію. Саме тоді було створено основи нормативної бази
застосування геліоустановок, розроблено типові й експериментальні
проекти. На щастя цей потенціал в Україні збережено. В КиївЗНДІЕП працює
HYPERLINK “http://www.zniiep.com.ua/Energo/energo_ru.htm” центр
енергозбереження , видається збірник HYPERLINK
“http://www.zniiep.com.ua/Energo/energo_publications_ru.htm” \l “31”
“Энергосбережение в зданиях” . Використання сонячної сонячної енергії є
важливим, якщо не головним, фактором енергозбереження. Ми якось не
задумуємося над потужністю тієї енергії, яка потрапляє на Землю від
Сонця. А керівник центру В.Ф.Гершкович в роботі „Новый поворот к Солнцу”
[11] cтверджує, що енергії, яка падає на ділянку українського степу
розмірами 20 на 20 км вистачить для опалення й гарячого водопостачання
всіх будинків в Україні. Відчуваєте можливості? Проблема лише в тому як
цю енергію брати, зберігати, передавати. До того ж взимку нам цієї
енергії мало, а влітку з надлишком.
Є способи дуже складні, але є й елементарно прості, однак не менш
ефективні. Одному з таких простих способів, які застосовували в Україні
здавна і присвячена ця стаття. Як не дивно, але серед багатьох методів
енергозбереження детально розглянутих в розробці [12] такі способи й
рекомендації відсутні.
Ми не будемо далі втомлювати Вас вступною частиною про важливість для
кожного з нас сонячної енергетики, тому перейдемо до суті нашого
об’ємного матеріалу, підготовка якого велася авторами в ході активного
спілкування через Інтернет понад півроку. Зважаючи на те, що матеріал
містить розрахунки та практичні поради, то він розбитий відповідно на 2
частини: «Теоретичні дані та розрахунки» та «Практичні наслідки для
застосування». В теоретичній частині все наведено доволі стисло, але
достатньо, аби трохи просунуті в технічному плані читачі могли проводити
власні розрахунки. Хоч ми й намагалися максимально спростити цю частину,
але вона може бути дещо складною для розуміння непідготовленими
читачами. Тому закликаємо їх прочитати її хоча б «по діагоналі», аби
усвідомити поняття «зима», «літо» та «сонячний куб», які
використовуються в даній статті. Особливо просимо звернути увагу на Рис.
4, який показує кількісні перспективи «сонячної енергетики» для поясу
широт, в якому знаходиться Україна, після чого переходити до Частини 2
«…застосування».
Частина 1. Теоретичні дані та розрахунки
1.1 Модель, яка використовується в роботі
Нехай об’єкт, для якого будуть вестися розрахунки, нерухомо знаходиться
в т.А земної поверхні на географічній широті ?. До т.А прив’язуємо
нерухому систему координат, вісь АХ якої направляємо на географічний
захід, AY – на географічний південь, AZ – вгору перпендикулярно до
площини горизонту (див. Рис.1). Таким чином, об’єкт А знаходиться в
точці з координатами (0,0,0). Нехай рух Сонця довкола об’єкта А
відбувається по небесній сфері з радіусом 1, сфера описується за
допомогою простого рівняння x2+y2+z2=1. Роз’яснення інших означень
наведені на Рис.1.
В точці А земної поверхні розташований об’єкт, для якого ведеться
аналіз;
площина SWDNFO – площина горизонту;
точки S, W, N, O – відповідно точки географічного півдня, заходу,
півночі та сходу;
Р – полярна зірка;
вісь Р’AP – вісь добового обертання небесної сфери, вісь нахилена під
кутом ? (географічна широта місцевості) до площини горизонту;
площина WKOE – площина небесного екватора, яка проходить через об’єкт
спостереження А та перпендикулярна осі Р(AP. Як наслідок, небесна сфера
нахилена до площини горизонту під кутом (90o-?);
В рамках моделі, яка розглядається, шлях Сонця по небесній сфері
протягом будь-якого дня року відбувається в площині, яка паралельна
площині небесного екватора. Кут сходження ? – кут між площиною небесного
екватору та напрямком на сонце в найвищій точці підйому по небесній
сфері протягом певного дня. ?=0 для днів сонячного рівнодення, ?>0 для
літньої пори року – проміжок часу між днями весняного та осіннього
рівнодення, в іншому випадку ?0 для
літньої пори року. Сонце в наведеному прикладі здійснює денну подорож по
дузі FCD на поверхні небесної сфери, залишок дуги на небесній сфері
відповідає нічній подорожі сонця.
Розташування осей координат для математичного опису руху сонця по
небесній сфері: центр координат розташований в т.А, вісь АХ спрямована
на географічний захід, вісь АY – на географічний південь, вісь AZ
спрямована перпендикулярно вгору до площини горизонту.
Для математичного опису руху Сонця по небесній сфері використовуємо
наступні спрощення:
1. Ми будемо використовувати поняття «літо» як проміжок часу між
весняним (20-21 березня в залежності від року) та осіннім рівноденням,
інший період відповідає поняттю «зима». Внаслідок нерівномірності
обертання Землі по еліптичній орбіті довкола Сонця фактичне осіннє
рівнодення (22-23 вересня, див. HYPERLINK
“http://uk.wikipedia.org/wiki/Рівнодення” \t “_blank”
http://uk.wikipedia.org/wiki/Рівнодення ) на кілька днів відрізняється
від осіннього рівнодення, яке дає запропонована нижче модель (Т=182-183
або 18-19 вересня).
2. Сонце по небесній сфері протягом будь-якого дня рухається рівномірно
в площині, паралельній небесному екватору. Сама площина кожного дня
змінює своє положення відповідно до кута сходження ? між площиною
небесного екватору та напрямком на сонце в найвищій точці підйому по
небесній сфері протягом конкретного дня. Вважаємо, що протягом одного
дня ? не змінюється і є постійним. Значення ? протягом року змінюється
по синусоїді [13]:
? = ?*sin(2?T/365.25)(1),
де ?=23o27′ – кут між віссю власного обертання Землі та нормаллю до
площини обертання Землі довкола Сонця; T – кількість днів (ціле число),
які минули від весняного рівнодення (20 березня), 365.25 – тривалість
року. ? може бути більше 0 (літо) або менше 0 (зима).
Значення ? змінюється лише на початку нової доби з порядковим номером Т,
протягом неї ? є незмінним.
3. Сонце зі сходженням ? рівномірно рухається по колу з центром в т.М
(див. Рис.1). Взимку це коло завжди розташоване нижче небесного
екватора, а влітку – вище. Для подальших розрахунків розбиваємо коло на
1440 рівних сегментів відповідно до кількості хвилин в добі. Тоді
координата х Сонця протягом доби змінюється відповідно до наступного
закону:
x = -cos?*sin(2?t/1440) (2)
деt–кількістьхвилин,якіминуливідпівночі,0
Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter
