Одной из наиболее актуальных проблем современности является экономия энергетических ресурсов. Из всех видов вырабатываемой энергии наибольшее распространение получили – электрическая и тепловая энергия. Главным ресурсом для выработки электрической и тепловой энергии в стране в настоящее время является органическое топливо.
В процессе хозяйственной деятельности происходит преобразование всех компонентов биосферы, при этом нарушаются сложившиеся связи между живыми организмами и средой их обитания. При потреблении природных ресурсов большая часть веществ не включается в биотический круговорот веществ, что приводит к истощению природных ресурсов, снижению качества окружающей среды и нарушению природных ландшафтов.
Энергетика занимает третье место в промышленности по выбросам загрязняющих веществ от стационарных источников. Решение экологических проблем тепловой энергетики связаны с реализацией экологической политики РАО «ЕЭС России» на региональном уровне.
Последствиями антропогенной деятельности является накопление промышленных, сельскохозяйственных и бытовых отходов, возрастает загрязнение окружающей среды, отчуждение и деградация ценных земель. В связи с этим большое внимание на современном этапе отводят мониторингу возобновляемых энергетических ресурсов – физическому, химическому, биологическому, почвенному.
В ближайшей перспективе все большую часть прироста национальных потребностей России в топливе и энергии необходимо будет обеспечивать за счет мероприятий по энергосбережению. Энергосбережение - это не только внедрение технологий, позволяющих увеличить эффективность использования традиционных энергоносителей, но также и диверсификация энергобаланса за счет использования альтернативных источников энергии.
Широкое использование возобновляемых источников энергии соответствует высшим приоритетам и задачам энергетической стратегии России. Приоритетные направления решения этой задачи определены в Федеральном законе «О техническом регулировании», важнейшей целью которого является защита жизни и здоровья граждан, охрана окружающей среды и повышение уровня экологической безопасности промышленных объектов.
Эффективность использования возобновляемых энергетических ресурсов (ВЭР) во многом определяется эффективностью использования техногенных отходов в качестве вторичного сырья для восстановления или частичной замены природных энергетических ресурсов.
Эффективное использование всех без исключения видов ВЭР невозможно без применения наукоемких и нестандартных технологий, поэтому этот процесс следует относить к фактору научно-технического прогресса. В настоящее время, в том числе с экономической точки зрения, особое внимание уделяется созданию и применению когенерационных установок, представляющих собой оборудование для комбинированного производства электроэнергии и теплоты. В когенерационных установках применяются газопоршневые двигатели внутреннего сгорания, приспособленные к работе на биогазе, полученном при сжигании ВЭР.
В новых условиях хозяйствования приоритетными направлениями являются создание материальной основы для совершенствования малой энергетики на органическом топливе и нетрадиционных источники энергии. В сравнении с традиционными системами более эффективна газовая микроэнергетика. Малые установки позволяют вырабатывать необходимое количество энергии в соответствии с текущими потребностями в непосредственной близости от потребителя. Они обладают высокой надежностью и малоинерционные.
В работе представлены разработанные научно-обоснованная методология утилизации целлюлозосодержащих отходов, технологии получения возобновляемых энергетических ресурсов биоконверсией бытовых и промышленных отходов, комплекс мероприятий по моделированию и улучшению систем энергообеспечения на базе газогенератора твердого топлива.
Особое внимание уделяется мониторингу возобновляемых энергетических ресурсов, методологии управлением качества природных и техногенных энергетических ресурсов, переработки растительного сырья с учетом физико-механические свойств энергетических материалов. Для адекватной оценки антропогенных воздействий и диагностирования ранних нарушений в природных и техногенных экосистемах используют методы биомониторинга (биотестирование), которые основываются на интегральных ответных реакциях живых организмов на антропогенное воздействие и позволяют управлять биоэнергетическим потенциалом природных и техногенных экосистем.
Методологической основой определения условий формирования и функционирования природных и техногенных систем является принцип экологической безопасности, основанный на всестороннем научном анализе, прогнозировании, ресурсосбережении и создании восстановительных технологий, позволяющих управлять взаимодействием человеческого общества со средой обитания.
Эффективность использования возобновляемых энергетических ресурсов во многом определяется эффективностью использования техногенных отходов в качестве вторичного сырья для восстановления или частичной замены природных энергетических ресурсов.
С этой целью разработана научно обоснованная методология биоконверсии целлюлозосодержащих отходов с получением таких энергетичеких материалов, как биогаз и биогумус. В основе методологии переработки растительного сырья (целлюлозосодержащих отходов) лежат принципы управления физико-механическими свойствами энергетических материалов и моделирования сложных дисперсных систем (тел), образующихся в технологическом цикле.
Разработана технология получения возобновляемых энергетических ресурсов биоконверсией бытовых и промышленных отходов, которая позволяет повысить эффективность и сократить время переработки промышленных отходов с целью получения биогаза, разработана технология, включающая использование целлюлозосодержащих отходов и почвы, введение микроорганизмов, увлажнение и инкубацию. Использование биологического способа переработки целлюлозосодержащих отходов с использованием препарата «Тамир» позволяет получать гумифицированный продукт, при внесении которого в почву техногенной зоны ускоряется продукционный процесс тест-растений, сокращает срок гумификации (1 – 2 недели) при рекультивации почв.
Восстановление плодородия почв должно основываться на принципах баланса питательных веществ естественных природных экосистем, для поддержания цикличности круговорота питательных веществ рекомендуется в поверхностный слой почвы вводить гумифицированный продукт.
Газопоршневые когенерационные установки, в которых двигатель адаптируют под соответствующее топливо – биогаз, по теплоте сгорания, степени детонации и метановому числу. В состав модуля КГУ входят генераторы постоянного и переменного тока, водогрейные котлы, системы охлаждения, управления, вентиляции, сигнализации, смазки. Модуль дополнительно оборудуется системами кондиционирования.
Предлагаемая схема тепло- и электроснабжения наиболее эффективно может быть использована для различных сельскохозяйственных объектов, в том числе для энергоснабжения теплиц. Применение предлагаемой схемы позволит решить экологические проблемы сжигания топлива, повысить эффективность производства за счет получения и использования биогумуса и биогаза.