В данной статье исследуются возможные способы альтернативной генерации электроэнергии, путём использования энергии сточных вод в многоквартирных домах, а также путём использования энергии сброса воды в очистных сооружениях города Барнаула. Приводится несколько возможных вариантов установки мини-гидроэлектростанции и варианты её оснащения. Ключевые слова: сточные воды, дефицит электроэнергии, мини-ГЭС.
Ключевые слова: сточные воды, дефицит электроэнергии, мини-ГЭС
USE OF WASTE WATER FOR GENERATING ELECTRICITY
Domanov M. Yu., Popov A. N., Stashko V. I.
Abstract: this article explores possible ways to generate alternative electricity by using waste water energy in apartment buildings, as well as by using water discharge energy in the treatment facilities of the city of Barnaul. There are several possible options for installing a mini-hydroelectric power station and options for its equipment.
Keywords: waste water, electricity deficit, mini-hydroelectric power station
В настоящее время возникают проблемы, связанные с энергетическим кризисом, такие как изменение климата, снижение количества добычи нефти, газа и других полезных ископаемых, однако энергопотребление продолжает расти во всём мире и город Барнаул не является исключением. Согласно рейтингу регионов по уровню энергодостаточности в 2018 году дефицит электроэнергии в Алтайском крае составляет порядка 30%. Это значит, что 70% потребляемой энергии генерируется на территории Алтайского края, а остальные 30% требуемой электроэнергии энергоснабжающие организации закупают, что в свою очередь оказывает влияние на размер регионального тарифа. Одним из альтернативных вариантов решения проблемы дефицита электроэнергии является использование возобновляемых источников энергии, которые избегают воздействия на окружающую среду. К возобновляемым источникам энергии относятся солнечные, ветряные и гидроэлектростанции, однако не все из них применимы по различным причинам, будь то климатические условия или территориальная невозможность их установки.
Однако с каждым годом вместе с ростом потребления электроэнергии возрастает и потребление воды населением. Существуют нормы хозяйственно-питьевого потребления воды, согласно СНиП 2.04.01-85* в доме высотой 12 этажей с централизованным горячим водоснабжением и повышенными требованиями к благоустройству средней расход воды на человека в сутки составляет 300-360 литров. Из этого можно заключить, что весь объём используемой жителями многоэтажных домов воды просто сбрасывается в канализационную систему, и уносит вместе с собой колоссальное количество кинетической энергии, которая никак не используется. Использовать эту энергию можно путём установки мини-гидроэлектростанций, при помощи которых возможно преобразовать кинетический энергию сбрасываемой воды в электрическую. Мини-гидроэлектростанция считается экологически чистым и возобновляемым источником энергии. Кроме того, в отличии от обычных ГЭС, для установки мини-ГЭС не требуется построения плотины и затопления больших территорий. Применение мини-гидроэлектростанций является оптимальным вариантом для электроснабжения малых потребителей. Есть несколько возможных мест для установки генерирующего оборудования, рассмотрим два из них, которые являются наиболее эффективными. Неоспоримым плюсом мини-ГЭС является вариативность их компоновки, то есть возможность установки генераторов разной мощности, в зависимости от количества сбрасываемой воды.
Основываясь на перечисленных выше данных, существует возможность выполнить приблизительный расчёт неиспользуемой энергии на примере одного многоквартирного девятиэтажного дома. В среднем в одном таком доме проживает около 700 человек, в таком случае расход воды всех жителей дома за сутки составит:
При таком объёме сточных вод за одни лишь сутки, теряется количество потенциальной энергии равное:
где m – это масса сточных вод;
g – ускорение свободного падения жидкости в трубе;
h –средняя высота с которой вода будет падать в трубе многоэтажного дома [2].
Однако для генерации электроэнергии нам будет необходимо использовать кинетическую энергию воды, для этого нам необходимо знать скорость сточных вод. Согласно СНиП 2.04.01-85*, скорость движения жидкости по канализации должна быть не менее 0,7 м/с, тогда количество теряемой кинетической энергии за сутки будет равно:
где m – это масса воды, уходящая в канализацию со всего дома;
V – скорость движения жидкости.
Получаемую при таком варианте установки мини-гидроэлектростанции энергию, можно направить на освещение подъездов, улиц и прилегающих территорий, что свою очередь снизит коммунальную плату для потребителей. Возможный вариант устанавливаемого в подъезде генератора представлен на рисунке 1. Однако стоит заметить, что у данного места установки генератора имеется ряд недостатков, например, таких как: отсутствие постоянного потока воды, т.к. в ночное время потребление воды уменьшается, а также присутствует вероятность частого засорения труб и турбины, из-за отсутствия систем очистки сточных вод в жилых домах.
Рисунок 1 – Гидроэлектрический генератор, для установки в подъезде
Существует второй вариант установки подобного оборудования, но уже с большей мощностью в местах сброса очищенной воды недалеко от очистных сооружений. Преимуществом данного варианта несомненно является колоссальный объём проходящей через мини-гидроэлектростанцию воды, что в свою очередь позволит установить генератор большей мощности, а также тот факт, что вода будет очищена и её потоком можно будет управлять при помощи регулирования, позволит сократить время простоя данной мини-ГЭС. Большая мощность данной ГЭС позволит расходовать вырабатываемую электроэнергию не только на малых потребителей, но и на питание средних и даже крупных потребителей. Для ООО «Барнаульский водоканал» принятый на 2019 год запланированный объём сточных вод составляет 49098,532 тыс. куб. м [3]. Проведя приблизительный расчёт количества неиспользуемой потенциальной энергии сточных вод за плановый календарный 2019 год, получаем:
Из вышеизложенного можно заключить, что использование подобных мини-гидроэлектростанций, позволит снизить тарифы на коммунальные платежи, улучшить ситуацию с дефицитом электроэнергии в Алтайском крае без ущерба климатической ситуации и больших экономических вложений.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Балацкий, Д. В. Состояние природной среды и условия жизни в Барнауле (медико-экологический аспект) / Д. В. Балацкий // География и природопользование Сибири : сб. ст. — Барнаул, 2005. — Вып. 5. — С. 255-264.
2. Арутюнян, А.А. Основы энергосбережения [Текст] / А.А. Арутюнян. — Москва: Энергосервис,2007. — 600 с.
3. Решение управления Алтайского края по государственному регулированию цен и тарифов от 19 декабря 2017 г. N 725 "О корректировке тарифов на водоотведение" - http://gkh-altay.ru/d/205499/d/resheniye_upravleniya_ak_no725 _ot_191217g.pdf
Доманов Максим Юрьевич, магистрант кафедры «Электроснабжение. промышленных предприятий», Энергетического факультета ФГБОУ ВО «Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова», e-mail:
Попов Андрей Николаевич, научный руководитель, к.т.н., доцент кафедры «Электроснабжение промышленных предприятий» ФГБОУ ВО «Алтайский. государственный технический университет им. И.И. Ползунова», e-mail:
Сташко Василий Иванович, к.т.н., доцент кафедры «Электроснабжение промышленных предприятий» ФГБОУ ВО «Алтайский. государственный технический университет им. И.И. Ползунова», e-mail:
Ссылка для цитирования:
Доманов М. Ю., Попов А. Н., Сташко В. И. Использование сточных вод для генерации электрической энергии // Электронный журнал «Энерджинет». – 2020. – E20003. URL: http://nopak.ru/e20003