Energie alternativă pentru casă: o privire de ansamblu asupra surselor de energie nestandardizate

Introducere

Întreaga economie mondială modernă depinde de bogăția acumulată pe vremea dinozaurilor: petrol, gaze, cărbune și alți combustibili fosili. Majoritatea activităților din viața noastră, de la mersul cu metroul până la încălzirea ceainicului din bucătărie, necesită în cele din urmă arderea acestei moșteniri preistorice. Principala problemă este că aceste resurse de energie ușor disponibile nu sunt regenerabile. Mai devreme sau mai târziu, omenirea va pompa tot petrolul din măruntaiele pământului, va arde tot gazul și va scoate tot cărbunele. Ce vom folosi atunci pentru a încălzi ceainice?

De asemenea, nu ar trebui să uităm de impactul negativ asupra mediului al arderii combustibilului. O creștere a conținutului de gaze cu efect de seră din atmosferă duce la o creștere a temperaturii medii pe întreaga planetă. Produsele arderii combustibilului poluează aerul. Locuitorii orașelor mari simt acest lucru deosebit de bine.

Cu toții ne gândim la viitor, chiar dacă acest viitor nu vine cu noi.Comunitatea globală a recunoscut de mult limitele combustibililor fosili. Și impactul negativ al utilizării lor asupra mediului. Statele lider implementează deja programe pentru o tranziție treptată la surse de energie ecologice și regenerabile.

Peste tot în lume, omenirea caută și introduce treptat înlocuitori pentru combustibilii fosili. Centralele solare, eoliene, mareomotrice, geotermale și hidroelectrice funcționează de mult timp în întreaga lume. S-ar părea că chiar acum ce ne împiedică să asigurăm toate nevoile omenirii cu ajutorul lor?

De fapt, energia alternativă are multe probleme. De exemplu, problema distribuției geografice a resurselor energetice. Parcurile eoliene se construiesc doar în zonele în care bate adesea vânturi puternice, solare - unde există un număr minim de zile înnorate, centrale hidroelectrice - pe râurile mari. Desigur, uleiul nu este disponibil peste tot, dar este mai ușor să-l livrați.

A doua problemă a energiei alternative este instabilitatea. La parcuri eoliene, generarea depinde de vânt, care își schimbă constant viteza sau chiar se oprește cu totul. Centralele solare nu funcționează bine pe vreme înnorată și nu funcționează deloc noaptea.

Nici vântul, nici soarele nu țin cont de nevoile consumatorilor de energie. În același timp, producția de energie a unei centrale termice sau nucleare este constantă și ușor de reglat. Soluția la această problemă nu poate fi decât construirea unor uriașe instalații de stocare a energiei pentru a crea o rezervă în caz de producție scăzută. Cu toate acestea, acest lucru crește considerabil costul întregului sistem.

Din cauza acestor dificultăți și a multor alte dificultăți, dezvoltarea energiei alternative în lume încetinește. Arderea combustibililor fosili este încă mai ușoară și mai ieftină.

Cu toate acestea, dacă la scara economiei globale sursele alternative de energie nu oferă mari beneficii, atunci în cadrul unei case individuale pot fi foarte atractive. Deja, mulți simt creșterea constantă a tarifelor la electricitate, căldură și gaz. În fiecare an, companiile energetice ajung mai adânc în buzunarul oamenilor obișnuiți.

Experții de la fondul internațional de risc I2BF au prezentat prima imagine de ansamblu a pieței energiei regenerabile. Conform previziunilor lor, în 5-10 ani, tehnologiile alternative de energie vor deveni mai competitive și vor deveni larg răspândite. Deja, diferența dintre costurile energiei alternative și convenționale se micșorează rapid.

Costul energiei se referă la prețul pe care un producător de energie alternativă dorește să-l primească pentru a-și compensa cheltuielile de capital pe durata de viață a proiectului și pentru a oferi o rentabilitate de 10% din capitalul investit. Acest preț va include, de asemenea, costul finanțării prin datorii, deoarece majoritatea au un efect de levier puternic.

Graficul prezentat ilustrează evaluarea diferitelor tipuri de energie alternativă și tradițională în trimestrul II al anului 2011 (Fig. 1).

Conform cifrelor de mai sus, energia geotermală, precum și energia generată prin arderea gunoiului și a gazelor de depozitare, are cel mai mic cost dintre toate tipurile de energie alternativă. De fapt, pot concura deja direct cu energia tradițională, dar factorul limitativ pentru ei este numărul limitat de locuri în care aceste proiecte pot fi implementate.

Pentru cei care doresc să câștige independență de capriciile inginerilor energetici, care doresc să contribuie la dezvoltarea energiei alternative, care doresc doar să economisească puțin energie, este scrisă această carte.

Din carte V. Germanovich, A. Turilin „Surse alternative de energie. Modele practice pentru utilizarea energiei vântului, soarelui, apei, pământului, biomasei.

Continuați să citiți aici

Dezvoltarea surselor netradiționale

Sursele de energie netradiționale includ:

• energia solară;
• energie eoliana;
• geotermal;
• energia mareelor ​​și valurilor mării;
• biomasă;
• energie cu potențial scăzut a mediului.

Dezvoltarea lor pare posibilă datorită distribuției omniprezente a majorității speciilor; se poate remarca, de asemenea, compatibilitatea lor cu mediul și absența costurilor de operare pentru componenta de combustibil.

Cu toate acestea, există unele calități negative care împiedică utilizarea lor la scară industrială. Aceasta este o densitate scăzută a fluxului, ceea ce obligă la utilizarea instalațiilor de „interceptare” a unei suprafețe mari, precum și variabilitatea în timp.

Toate acestea conduc la faptul că astfel de dispozitive au un consum mare de material, ceea ce înseamnă că și investițiile de capital cresc. Ei bine, procesul de obținere a energiei datorită unui element de aleatoriu asociat condițiilor meteorologice provoacă multe probleme.

Cealaltă problemă cea mai importantă este „depozitarea” acestei materii prime energetice, întrucât tehnologiile existente de stocare a energiei electrice nu permit ca acest lucru să se facă în cantități mari.Cu toate acestea, în condiții casnice, sursele alternative de energie pentru casă devin din ce în ce mai populare, așa că haideți să facem cunoștință cu principalele centrale electrice care pot fi instalate în proprietate privată.

Este totul atât de neted?

S-ar părea că o astfel de tehnologie pentru alimentarea cu energie a unei case private ar fi trebuit de mult timp să iasă de pe piață prin metodele tradiționale centralizate de furnizare a energiei. De ce nu se întâmplă asta? Există mai multe argumente care mărturisesc că nu sunt în favoarea energiei alternative. Dar semnificația lor este determinată individual - pentru unii proprietari de case de țară, unele neajunsuri sunt relevante, iar altele nu sunt deloc de interes.

Pentru căsuțele mari de țară, eficiența nu prea mare a instalațiilor de energie alternativă poate deveni o problemă. Desigur, sistemele solare locale, pompele de căldură sau instalațiile geotermale nu pot fi comparate nici cu productivitatea celor mai vechi hidrocentrale, termocentrale și cu atât mai mult centrale nucleare.Totuși, acest dezavantaj este adesea minimizat prin instalarea a două sau chiar trei. sisteme, folosind mai multă putere. Consecința acestui lucru poate fi o altă problemă - pentru instalarea lor, va fi necesară o suprafață mai mare, care nu este posibilă alocată în toate proiectele de case.

Pentru a asigura alimentarea neîntreruptă a numărului de aparate electrocasnice și a sistemului de încălzire familiar unei locuințe moderne, este nevoie de multă putere. Prin urmare, proiectul ar trebui să prevadă astfel de surse care pot produce o astfel de energie. Și asta necesită o investiție solidă - cu cât echipamentul este mai puternic, cu atât este mai scump.

În plus, în unele cazuri (de exemplu, atunci când se utilizează energie eoliană), sursa poate să nu garanteze constanța producției de energie. Prin urmare, este necesară echiparea tuturor comunicațiilor cu dispozitive de stocare. De obicei, bateriile și colectoarele sunt instalate în acest scop, ceea ce presupune toate aceleași costuri suplimentare și necesitatea alocarii mai multor metri pătrați în casă.

Energia din vânt

Strămoșii noștri au învățat de mult să folosească energia eoliană pentru nevoile lor. În principiu, de atunci designul nu s-a schimbat prea mult. Doar piatra de moară a fost înlocuită cu un generator de antrenare care transformă energia lamelor rotative în electricitate.

Pentru a face un generator, veți avea nevoie de următoarele piese:

• generator. Unii folosesc motorul de la mașina de spălat, transformând ușor rotorul;
• multiplicator;
• baterie și controlerul său de încărcare;
• transformator de tensiune.

generator eolian

Există multe scheme pentru turbinele eoliene de casă. Toate sunt finalizate pe același principiu.

1. Cadrul este în curs de asamblare.
2. Este instalat pivotul. Lamele și un generator sunt montate în spatele acestuia.
3. Montați o lopată laterală cu un cuplaj cu arc.
4. Generatorul cu elice este atașat de cadru, apoi este instalat pe cadru.
5. Conectați și conectați la ansamblul pivotant.
6. Instalați colectorul de curent. Conectați-l la un generator. Firele duc la baterie.

Sfat. Numărul de palete va depinde de diametrul elicei, precum și de cantitatea de energie electrică generată.

Principalele tipuri de surse alternative de energie

Recent, s-au încercat practic multe opțiuni netradiționale pentru obținerea energiei. Statisticile spun că încă vorbim de miimi de procent din utilizarea potențială.

Dificultățile tipice cu care se confruntă în mod inevitabil dezvoltarea surselor alternative de energie sunt lacune complete în legile majorității țărilor privind exploatarea resurselor naturale ca proprietate a statului. Problema taxării inevitabile a energiei alternative este strâns legată de lipsa elaborării legale.

Luați în considerare cele mai utilizate 10 surse alternative de energie.

Vânt

Energia eoliană a fost întotdeauna folosită de om. Nivelul de dezvoltare al tehnologiilor moderne ne permite să-l facem aproape neîntrerupt.

În același timp, electricitatea este generată cu ajutorul morilor de vânt, asemănătoare morilor, dispozitive speciale. Elicea unei mori de vânt comunică energia cinetică a vântului unui generator care produce curent prin intermediul palelor rotative.

Astfel de parcuri eoliene sunt comune în special în China, India, SUA și țările Europei de Vest. Liderul neîndoielnic în acest domeniu este Danemarca, care, de altfel, este un pionier al energiei eoliene: aici au apărut primele instalații la sfârșitul secolului al XIX-lea. Danemarca închide în acest fel până la 25% din cererea totală de energie electrică.

La sfârșitul secolului al XX-lea, China a putut furniza energie electrică regiunilor muntoase și deșertice doar cu ajutorul turbinelor eoliene.

Utilizarea energiei eoliene este poate cel mai avansat mod de producere a energiei. Aceasta este o variantă ideală de sinteză, în care se combină energia alternativă și ecologia. Multe țări dezvoltate ale lumii cresc constant ponderea energiei electrice generate în acest mod în bilanțul lor total de energie.

Soare

Încercările de a folosi radiația solară pentru a genera energie s-au făcut și de mult timp, în acest moment este una dintre cele mai promițătoare modalități de dezvoltare a energiei alternative. Însuși faptul că soarele de la multe latitudini ale planetei strălucește pe tot parcursul anului, transferând pe Pământ de zeci de mii de ori mai multă energie decât consumă întreaga omenire într-un an, inspiră utilizarea activă a stațiilor solare.

Majoritatea celor mai mari stații sunt situate în Statele Unite, în total, energia solară este distribuită în aproape o sută de țări. Ca bază sunt luate fotocelule (convertoare ale radiației solare), care sunt combinate în panouri solare la scară largă.

Căldura Pământului

Căldura din adâncurile pământului este transformată în energie și folosită pentru nevoile umane în multe țări ale lumii. Energia termică este foarte eficientă în zonele cu activitate vulcanică, locuri în care există multe gheizere.

Liderii în această zonă sunt Islanda (capitala țării, Reykjavik, este alimentată integral cu energie geotermală), Filipine (ponderea în soldul total este de 20%), Mexic (4%) și SUA (1%).

Limitarea utilizării acestui tip de sursă se datorează imposibilității transportului energiei geotermale pe distanțe (o sursă locală tipică de energie).

În Rusia, există încă o astfel de stație (capacitate - 11 MW) în Kamchatka. O stație nouă este în construcție în același loc (capacitate - 200 MW).

Cele mai promițătoare zece surse de energie în viitorul apropiat includ:

• stații solare cu sediul în spațiu (principalul dezavantaj al proiectului îl reprezintă costurile financiare uriașe);
• puterea musculară a unei persoane (cererea, în primul rând - microelectronica);
• potențialul energetic al fluxurilor și refluxurilor (dezavantajul este costul ridicat de construcție, fluctuații gigantice de putere pe zi);
• containere de combustibil (hidrogen) (nevoia de a construi noi benzinării, costul ridicat al mașinilor care le vor alimenta);
• reactoare nucleare rapide (barele de combustibil scufundate în Na lichid) - tehnologia este extrem de promițătoare (posibilitate de reutilizare a deșeurilor uzate);
• biocombustibil - utilizat deja pe scară largă de țările în curs de dezvoltare (India, China), avantaje - regenerabilitate, prietenos cu mediul, dezavantaj - folosirea resurselor, terenuri destinate producției de culturi, plimbarea animalelor (creșterea prețului, lipsa hranei);
• electricitatea atmosferică (acumularea potențialului energetic al fulgerului), principalul dezavantaj este mobilitatea fronturilor atmosferice, viteza descărcărilor (complexitatea acumulării).

Utilizarea energiei eoliene și solare

Turbine eoliene în sisteme de încălzire

Energia eoliană cinetică este de obicei folosită pentru alimentarea clădirilor, dar modelele puternice în condiții apropiate de ideale pot asigura o încălzire cel puțin parțială.

Dacă nu țineți cont de costurile inițiale, atunci pentru consumator energia electrică rezultată nu costă nimic.

Este foarte important ca resursele auxiliare să nu fie necesare pentru funcționarea generatorului eolian, acestea funcționând autonom tot timpul. Aceste instalații ca surse auxiliare de energie sunt integrate cu succes în sisteme în care alte tipuri de dispozitive de încălzire sunt principalele. Aceste unități, ca surse auxiliare de energie, sunt integrate cu succes în sisteme în care alte tipuri de dispozitive de încălzire sunt principalele.

Aceste instalații ca surse auxiliare de energie sunt integrate cu succes în sisteme în care alte tipuri de dispozitive de încălzire sunt principalele.

Există multe tipuri de modele de morii de vânt, dar acestea sunt de obicei împărțite în două mari categorii:

1. Turbine eoliene orizontale cu pale de tip elice. Aceste unități sunt mai productive (rată de utilizare a energiei eoliene de până la 52%), prin urmare sunt mai potrivite pentru nevoile de încălzire, dar au o serie de restricții operaționale și de consum.
2. Generatoare eoliene cu axă verticală de rotație. Aceste turbine au o putere relativ slabă (KIEV mai puțin de 40%), dar nu necesită orientare către vânt, pot folosi nu numai fluxuri laminare, ci și turbulente, încep să genereze curent chiar și la viteze mici. Sunt mai ușor de întreținut deoarece generatorul este aproape de pământ și nu pe un catarg într-o gondolă.

Iată câteva dezavantaje ale utilizării morilor de vânt pentru încălzire:

• Costuri mari de capital. Peste 70 la sută din fonduri sunt cheltuite pe elemente auxiliare: baterii, invertor, automatizări de control, structuri de instalare. Investițiile se plătesc abia după câteva decenii.
• Eficiență scăzută - putere scăzută. În plus, o parte din energie se pierde în procesul de transformare a energiei electrice în căldură.
• Terenul necesită prezența vântului constant cu viteză mare. Energia este instabilă, foarte dependentă de vreme și anotimp, necesită monitorizare și acumulare regulată.
• Echipamentul ocupă mult spațiu.
• Turbinele eoliene generează mult zgomot în timpul funcționării.

Sistemele solare realizează încălzirea directă a lichidului de răcire sau convertesc energia prin metoda fotovoltaică.În prima opțiune, razele soarelui încălzesc apă/antigel (în unele modele - aer), care este transportată la incintă și degajă căldură prin calorifere. În al doilea caz, fotonii de lumină sunt transformați în energie electrică care alimentează dispozitivele convenționale de încălzire alimentate cu energie electrică (cazane, încălzitoare, pardoseli încălzite).

În consecință, există două tipuri de dispozitive:

• Colectori solari. Sistemul constă dintr-un circuit pentru circulația lichidului de răcire, un rezervor de acumulare și colectorul propriu-zis. În funcție de design, se disting colectorii: plat, vid și aer (aerul este folosit ca lichid de răcire).
• Panouri solare. Instalația este formată din panouri cu fotocelule, controlere și un invertor. Bateria generează un curent continuu de 24 sau 12 volți, care este colectat în baterii și, după ce este transformat de un invertor în curent alternativ (220 V), este alimentat la prize.

Există mai multe dezavantaje ale instalațiilor solare. În primul rând, dependența de factorii meteorologici și de ciclicitate (sezoniere și zilnice). Bateriile au o eficiență scăzută pentru a oferi o cantitate mare de energie stabilă, trebuie să ocupe o suprafață mare și să fie echipate cu baterii reîncărcabile scumpe, care de multe ori trebuie schimbate. Dezavantajul colectoarelor este dependența lor de energie electrică (pentru funcționarea unei pompe sau ventilator) sau, de exemplu, pericolul de înghețare a lichidului de răcire.

Energie alternativă la scară globală

Statisticile privind utilizarea AES în lume, se pare, oferă motive de optimism. În UE, cantitatea de energie electrică din surse regenerabile în 2017 a depășit-o pe cea primită de la centralele pe cărbune.În 2018, ponderea acestora în raport cu alte resurse „murdare” a crescut de la 30% la 32,3%.

În 2018, pentru prima dată în 40 de ani de funcționare a centralelor solare și eoliene, capacitatea lor globală a ajuns la 1 terawatt (1000 GW), potrivit unui raport din iulie. 90% din capacități au apărut doar în ultimii 10 ani.

Există trei probleme principale cu AIE:

1. Ei promovează utilizarea politicii, iar consumatorul final plătește pentru energia „verde” din propriul buzunar. Impozitele indirecte la introducerea SRE reprezintă o parte semnificativă a tarifului. Criticii au spus în repetate rânduri că subvențiile tarifare de stimulare sunt prea mari și costurile vor provoca mai devreme sau mai târziu o reacție negativă din partea consumatorilor.

1. Astfel de resurse pot fi numite sigure doar pe fondul surselor tradiționale de producere a energiei electrice. S-a dovedit că turbinele eoliene sunt capabile să extermine insectele. Producția aproape tuturor acestor instalații este dăunătoare mediului. Panourile solare sunt în special „murdare” din cauza emisiilor de la producția de siliciu solar.

1. În ciuda faptului că ponderea surselor de energie regenerabilă în „plăcinta” energetică globală este în creștere, acestea încă nu pot concura cu sursele tradiționale. Utilizarea lor nu este rentabilă, echipamentele necesită cheltuieli de capital mari cu un profit incomparabil de mic și, prin urmare, cu o reducere a sprijinului de stat, cererea de SRE scade imediat. Chiar și publicația germană cu autoritate Die Welt a recunoscut că „afacerea cu morile de vânt este într-o profundă criză”.

Concluzii și video util pe această temă

Videoclip despre combinarea surselor alternative pentru a genera electricitate într-o casă mică de țară:

Un videoclip despre realizarea unui generator eolian cu propriile mâini vă va ajuta să înțelegeți cu ușurință principiile dispozitivului:

Un scurt videoclip despre utilizarea unei pompe de căldură:

Clip video despre obținerea de biogaz:

Este foarte posibil să refuzați sursele tradiționale de încălzire. Pentru a face acest lucru, trebuie să selectați cu atenție o alternativă sau să combinați mai multe, pe baza caracteristicilor zonei, a zonei casei dvs. de țară și a zonei locale.

Energia soarelui, pământul, puterea vântului, eliminarea deșeurilor menajere de origine vegetală și animală sunt destul de capabile să devină un înlocuitor demn pentru gaz, cărbune, lemn de foc și electricitate plătită.

Folosiți una dintre sursele alternative de energie pentru uz casnic? Împărtășește cât te-a costat asamblarea unității și cât de repede a plătit.

Sau poate unul dintre prietenii tăi și-a echipat casa de țară cu surse regenerabile? Utilizați un sistem de panouri solare sau o pompă de căldură ca sursă independentă de căldură, apă caldă și electricitate?