Энергия. 
Основные аспекты развития экопоселений в Алматинской области

Энергетика вносит наибольший вклад в загрязнение окружающей среды планеты. 40% всей производимой энергии потребляет жилищный сектор [33]. Поэтому от совершенствования архитектурно-строительных решений и систем энергоснабжения городов во многом будет зависеть качество городской среды и состояние среды планеты в целом.

В городских агломерациях потребление энергии имеет ключевое значение для функционирования транспорта, промышленного производства, домашних хозяйств и деятельности учреждений. Существующая для большинства городов зависимость от невозобновимых источников энергии может привести к изменению климата, загрязнению воздуха с вытекающими из этого экологическими проблемами. Согласно концепции устойчивого развития населенных пунктов развитие систем энергообеспечения должно идти по двум основным направлениям. Это — энергосбережение и переход на использование возобновляемых источников энергии.

Расход энергии на отопление здания можно сократить на 20−40% только за счет рационального планирования и использования качественного теплоизоляционного материала. Дополнительную экономию дают современные технологии такие как система рекуперации, солнечные коллекторы (солнечный подогрев воды), грунтовые теплообменники, фотоэлектрические панели, солнечные электростанции (СЭС) в том числе и башенные, ветрогенераторы.

Рисунок Принцип работы рекуператора совместно с грунтовым теплообменником при вентиляции дома.

Работа установки реализуется следующим образом: «отработанный» теплый воздух из помещения по системе воздуховодов попадает в теплообменник, в котором нагревает свежий холодный воздух с улицы, поступающий далее уже с более комфортной температурой в помещение. Показанная на рисунке система является активной, так как в работе рекуператора используется насос и теплообменник.

Различают несколько типов солнечных коллекторов: плоские, с концентраторами, промышленные, вакуумные и комбинированные. Для использования солнечного коллектора в условиях отрицательных температур перспективным является вакуумный коллектор, имеющий наиболее высокий КПД.

Поглощает радиацию в солнечном коллекторе специальная поверхность, соединенная с медными трубками, по которым циркулирует теплоноситель. Теплоноситель, проходя по всей площади коллектора, нагревается и попадает в резервуар, где отдает тепло через теплообменник в бак — аккумулятор тепла. Коллекторы и трубопроводы имеют хорошую теплоизоляцию, уменьшающие потери энергии.

Рисунок Принцип работы фотоэлектрических панелей.

Рисунок Принцип работы башенной солнечной электростанции.

Башенные солнечные электростанции основаны на принципе получения водяного пара с использованием солнечной радиации. В центре станции стоит башня высотой от 18 до 24 метров (в зависимости от мощности и некоторых других параметров высота может быть больше либо меньше), на вершине которой находится резервуар с водой. Этот резервуар покрыт чёрным цветом для поглощения теплового излучения. Также в этой башне находится насосная группа, доставляющая пар на турбогенератор, который находится вне башни. По кругу от башни на некотором расстоянии располагаются гелиостаты.

Гелиостат — зеркало площадью в несколько квадратных метров, закрепленное на опоре и подключённое к общей системе позиционирования. То есть, в зависимости от положения солнца, зеркало будет менять свою ориентацию в пространстве. Основная и самая трудоемкая задача — это позиционирование всех зеркал станции так, чтобы в любой момент времени все отраженные лучи от них попали на резервуар.

В ясную солнечную погоду температура в резервуаре может достигать 700 градусов. Такие температурные параметры используются на большинстве традиционных тепловых электростанций, поэтому для получения энергии используются стандартные турбины. Фактически на станциях такого типа можно получить сравнительно большой КПД (около 20%) и высокие мощности.

Одним из наиболее динамично развивающихся коммерческих видов возобновляемых источников энергии является ветроэнергетика. В настоящее время установленная мощность ветроэлектростанции составляет более 60 000 МВт, или 1,5% мировой генерирующей мощности.

Основным рабочим органом ветродвигателя ветроустановки (ВЭУ) является ветроколесо, принимающая на себя энергию ветра и преобразующие ее в механическую энергию своего вращения. Ветроколесо вращается за счёт аэродинамических сил, возникающих при взаимодействии ветрового потока и лопастей. Различают быстроходные и тихоходные ветроколеса.

Классификация в зависимости от мощности может выглядеть следующим образом: малые — 0,3−5 кВт, средние — 10−20 кВт, большие — 20 кВт и более. При выборе конструкции и места станции берется во внимание сложность природы ветра, связанной, прежде всего с непредсказуемостью направления и частотной пульсацией скорости ветрового потока.

В зависимости от ориентации оси вращения рабочего органа ветродвигатели делается на на горизонтально-осевые и вертикально-осевые.

Горизонтально-осевые ветродвигатели, это такие. у которых ось вращения ветроколеса расположено вдоль направления ветрового потока. Для нормальной работы такие виды двигателей требуют установки плоскости вращения ветроколеса перпендикулярно вектору скорости ветра.

Вертикально-осевые имеют ось вращения рабочего органа, расположенную вертикально относительно горизонтальной плоскости. Для таких устройств не требуется установка на ветер.

Рисунок Горизонтально-осевой ветрогенератор.