Alternativna energija za dom: pregled nestandardnih virov energije

Uvod

Celotno sodobno svetovno gospodarstvo je odvisno od bogastva, nabranega v času dinozavrov: nafte, plina, premoga in drugih fosilnih goriv. Večina dejavnosti v našem življenju, od vožnje s podzemno železnico do ogrevanja kotlička v kuhinji, na koncu zahteva sežiganje te prazgodovinske zapuščine. Glavna težava je, da ti zlahka dostopni viri energije niso obnovljivi. Prej ali slej bo človeštvo izčrpalo vso nafto iz zemeljskega črevesa, požgalo ves plin in izkopalo ves premog. S čim bomo potem segrevali čajnike?

Ne smemo pozabiti tudi na negativne vplive zgorevanja goriva na okolje. Povečanje vsebnosti toplogrednih plinov v ozračju vodi do zvišanja povprečne temperature po vsem planetu. Produkti zgorevanja goriva onesnažujejo zrak. To še posebej dobro čutijo prebivalci velikih mest.

Vsi razmišljamo o prihodnosti, tudi če ta prihodnost ne pride z nami. Svetovna skupnost je že dolgo prepoznala omejitve fosilnih goriv.In negativni vpliv njihove uporabe na okolje. Vodilne države že izvajajo programe postopnega prehoda na okolju prijazne in obnovljive vire energije.

Po vsem svetu človeštvo išče in postopoma uvaja nadomestke za fosilna goriva. Sončne, vetrne, plimske, geotermalne in hidroelektrarne že dolgo delujejo po vsem svetu. Zdi se, kaj nam prav zdaj preprečuje, da bi z njihovo pomočjo zagotovili vse potrebe človeštva?

Pravzaprav ima alternativna energija veliko težav. Na primer problem geografske porazdelitve energetskih virov. Vetrne elektrarne se gradijo le na območjih, kjer pogosto pihajo močni vetrovi, sončne - kjer je minimalno število oblačnih dni, hidroelektrarne - na velikih rekah. Olja seveda tudi ni povsod, vendar ga je lažje dostaviti.

Drugi problem alternativne energije je nestabilnost. Na vetrnih elektrarnah je proizvodnja odvisna od vetra, ki nenehno spreminja hitrost ali pa se celo popolnoma ustavi. Sončne elektrarne v oblačnem vremenu ne delujejo dobro in ponoči sploh ne delujejo.

Niti veter niti sonce ne upoštevata potreb porabnikov energije. Hkrati je moč termo ali jedrske elektrarne konstantna in enostavno regulirana. Rešitev tega problema je lahko le gradnja velikih skladišč energije za ustvarjanje rezerve v primeru nizke proizvodnje. Vendar to močno poveča stroške celotnega sistema.

Zaradi teh in številnih drugih težav se razvoj alternativne energije v svetu upočasnjuje. Kurjenje fosilnih goriv je še vedno lažje in cenejše.

Če pa v obsegu svetovnega gospodarstva alternativni viri energije ne prinašajo veliko koristi, so lahko v okviru posamezne hiše zelo privlačni.Mnogi že čutijo nenehno zvišanje tarif za električno energijo, toploto in plin. Vsako leto pridejo energetska podjetja globlje v žep navadnih ljudi.

Strokovnjaki mednarodnega tveganega sklada I2BF so predstavili prvi pregled trga obnovljivih virov energije. Po njihovih napovedih bodo tehnologije alternativne energije v 5–10 letih postale bolj konkurenčne in razširjene. Vrzel v stroških alternativne in konvencionalne energije se že zdaj hitro zmanjšuje.

Stroški energije se nanašajo na ceno, ki jo želi prejeti proizvajalec alternativne energije, da bi nadomestil svoje kapitalske izdatke v času trajanja projekta in zagotovil donos v višini 10 % vloženega kapitala. Ta cena bo vključevala tudi stroške dolžniškega financiranja, saj je večina močno zadolžena.

Podani graf ponazarja oceno različnih vrst alternativne in tradicionalne energije v II četrtletju 2011 (slika 1).

Glede na zgornje številke ima geotermalna energija, pa tudi energija, ki nastane pri sežiganju smeti in odlagališčnega plina, najnižja cena od vseh vrst alternativne energije. Pravzaprav že lahko neposredno konkurirajo tradicionalni energiji, vendar je zanje omejevalni dejavnik omejeno število krajev, kjer je mogoče te projekte izvajati.

Za tiste, ki se želijo osamosvojiti od muhavosti energetikov, ki želijo prispevati k razvoju alternativne energije, ki želijo le malo prihraniti pri energiji, je ta knjiga napisana.

Iz knjige V. Germanovich, A. Turilin “Alternativni viri energije.Praktične zasnove za uporabo energije vetra, sonca, vode, zemlje, biomase.

Nadaljujte z branjem tukaj

Razvoj netradicionalnih virov

Netradicionalni viri energije vključujejo:

• sončna energija;
• vetrna energija;
• geotermalni;
• energija morskih plimovanja in valov;
• biomasa;
• nizkopotencialna energija okolja.

Njihov razvoj se zdi možen zaradi vseprisotne razširjenosti večine vrst, opaziti je mogoče tudi njihovo prijaznost do okolja in odsotnost obratovalnih stroškov za komponento goriva.

Vendar pa obstajajo nekatere negativne lastnosti, ki preprečujejo njihovo uporabo v industrijskem obsegu. To je nizka gostota pretoka, ki sili v uporabo "prestreznih" inštalacij velikega območja, pa tudi variabilnost skozi čas.

Vse to vodi v dejstvo, da imajo takšne naprave visoko porabo materiala, kar pomeni, da se povečujejo tudi kapitalske naložbe. No, proces pridobivanja energije zaradi nekega elementa naključnosti, povezanega z vremenskimi razmerami, povzroča veliko težav.

Drugi najpomembnejši problem je "skladiščenje" te energijske surovine, saj obstoječe tehnologije za shranjevanje električne energije tega ne omogočajo v velikih količinah. Vendar pa v domačih razmerah postajajo alternativni viri energije za dom vse bolj priljubljeni, zato se seznanimo z glavnimi elektrarnami, ki jih je mogoče namestiti v zasebni lasti.

Je vse tako gladko?

Zdi se, da bi takšno tehnologijo za oskrbo z električno energijo zasebne hiše že dolgo izrinili s trga s tradicionalnimi centraliziranimi metodami zagotavljanja energije.Zakaj se to ne zgodi? Obstaja več argumentov, ki ne pričajo v prid alternativni energiji. Toda njihov pomen je določen na individualni osnovi - za nekatere lastnike podeželskih hiš so nekatere pomanjkljivosti pomembne, druge pa sploh ne zanimajo.

Za velike podeželske koče lahko postane problem ne preveč visoka učinkovitost naprav za alternativno energijo. Lokalnih solarnih sistemov, toplotnih črpalk ali geotermalnih naprav seveda ni mogoče primerjati s produktivnostjo niti najstarejših hidroelektrarn, termoelektrarn in še bolj jedrskih elektrarn, vendar se ta pomanjkljivost pogosto zmanjša z vgradnjo dveh ali celo treh. sistemi, ki uporabljajo več energije. Posledica tega je lahko še ena težava - za njihovo namestitev bo potrebna večja površina, ki je ni mogoče dodeliti v vseh hišnih projektih.

Da bi zagotovili nemoteno oskrbo s številom gospodinjskih aparatov in ogrevalnega sistema, ki ga pozna sodoben dom, je potrebno veliko energije. Zato bi moral projekt predvideti takšne vire, ki lahko proizvedejo takšno moč. In to zahteva solidno naložbo – močnejša kot je oprema, dražja je.

Poleg tega v nekaterih primerih (na primer pri uporabi vetrne energije) vir morda ne zagotavlja konstantne proizvodnje energije. Zato je treba opremiti vso komunikacijo z napravami za shranjevanje. Običajno so v ta namen nameščene baterije in kolektorji, kar pomeni vse enake dodatne stroške in potrebo po dodelitvi več kvadratnih metrov v hiši.

Energija iz vetra

Naši predniki so se že dolgo naučili uporabljati energijo vetra za svoje potrebe. Načeloma se od takrat zasnova ni veliko spremenila.Le mlinski kamen je zamenjal generatorski pogon, ki pretvarja energijo vrtečih se rezil v elektriko.

Za izdelavo generatorja boste potrebovali naslednje dele:

• generator. Nekateri uporabljajo motor iz pralnega stroja, rahlo preoblikujejo rotor;
• množitelj;
• baterija in njen krmilnik polnjenja;
• napetostni transformator.

vetrni generator

Obstaja veliko shem za domače vetrne turbine. Vsi so zaključeni po istem principu.

1. Okvir se sestavlja.
2. Vrtljiv je nameščen. Za njim so nameščena rezila in generator.
3. Namestite stransko lopato z vzmetno spojko.
4. Generator s propelerjem je pritrjen na okvir, nato pa je nameščen na okvir.
5. Povežite in povežite z vrtljivim sklopom.
6. Namestite tokovni kolektor. Povežite ga z generatorjem. Žice vodijo do baterije.

Nasvet. Število lopatic bo odvisno od premera propelerja, pa tudi od količine proizvedene električne energije.

Glavne vrste alternativnih virov energije

V zadnjem času je bilo praktično preizkušenih veliko netradicionalnih možnosti za pridobivanje energije. Statistika pravi, da še vedno govorimo o tisočinkah odstotka potencialne uporabe.

Tipične težave, s katerimi se razvoj alternativnih virov energije neizogibno sooča na svoji poti, so popolne vrzeli v zakonodaji večine držav glede izkoriščanja naravnih virov kot lastnine države. Problem neizogibne obdavčitve alternativne energije je tesno povezan s pomanjkanjem zakonske obdelave.

Razmislite o 10 najpogosteje uporabljenih alternativnih virih energije.

veter

Energijo vetra je človek že od nekdaj uporabljal. Raven razvoja sodobnih tehnologij nam omogoča, da je skoraj neprekinjeno.

Hkrati se električna energija proizvaja z uporabo mlinov na veter, podobnih mlinom, posebnih naprav. Propeler vetrnice posreduje kinetično energijo vetra generatorju, ki proizvaja tok s pomočjo vrtečih se lopatic.

Takšne vetrne elektrarne so še posebej pogoste na Kitajskem, v Indiji, ZDA in zahodnoevropskih državah. Nedvomno vodilna na tem področju je Danska, ki je, mimogrede, pionir vetrne energije: tu so se prve instalacije pojavile konec 19. stoletja. Danska na ta način zapre do 25 % celotnega povpraševanja po električni energiji.

Konec 20. stoletja je Kitajska lahko gorskim in puščavskim predelom oskrbovala z električno energijo le s pomočjo vetrnih turbin.

Uporaba vetrne energije je morda najbolj napreden način pridobivanja energije. To je idealna možnost sinteze, ki združuje alternativno energijo in ekologijo. Številne razvite države sveta nenehno povečujejo delež tako proizvedene električne energije v svoji celotni energetski bilanci.

sonce

Poskusi uporabe sončnega sevanja za pridobivanje energije so bili tudi že dolgo časa, trenutno je to eden najbolj obetavnih načinov razvoja alternativne energije. Že samo dejstvo, da sonce na številnih zemljepisnih širinah planeta sije vse leto in na Zemljo prenese več deset tisočkrat več energije, kot jo porabi celotno človeštvo v enem letu, navdihuje aktivno uporabo sončnih postaj.

Večina največjih postaj se nahaja v Združenih državah, skupno se sončna energija distribuira v skoraj sto državah. Za osnovo so vzete fotocelice (pretvorniki sončnega sevanja), ki so združeni v velike sončne celice.

Toplota Zemlje

Toplota zemeljskih globin se v mnogih državah sveta pretvori v energijo in uporablja za človeške potrebe. Toplotna energija je zelo učinkovita na območjih vulkanske dejavnosti, kjer je veliko gejzirjev.

Vodilni na tem področju so Islandija (glavno mesto države Reykjavik je v celoti opremljeno z geotermalno energijo), Filipini (delež v skupni bilanci je 20 %), Mehika (4 %) in ZDA (1 %).

Omejitev uporabe te vrste vira je posledica nezmožnosti prenosa geotermalne energije na razdalje (tipični lokalni vir energije).

V Rusiji še vedno obstaja ena taka postaja (zmogljivost - 11 MW) na Kamčatki. Na istem mestu se gradi nova postaja (moč - 200 MW).

Deset najbolj obetavnih virov energije v bližnji prihodnosti vključuje:

• sončne postaje s sedežem v vesolju (glavna pomanjkljivost projekta so ogromni finančni stroški);
• mišična moč osebe (povpraševanje, najprej - mikroelektronika);
• energetski potencial osekov in osek (slabost so visoki stroški gradnje, velika nihanja moči na dan);
• posode za gorivo (vodik) (potreba po gradnji novih bencinskih črpalk, visoki stroški avtomobilov, ki jih bodo polnili);
• hitri jedrski reaktorji (gorivne palice, potopljene v tekoči Na) - tehnologija je izjemno obetavna (možnost ponovne uporabe izrabljenih odpadkov);
• biogorivo - že široko uporabljajo države v razvoju (Indija, Kitajska), prednosti - obnovljivost, prijaznost do okolja, pomanjkljivosti - uporaba virov, zemljišča, namenjena pridelavi poljščin, sprehajanje živine (podražitev, pomanjkanje hrane);
• atmosferska elektrika (akumulacija energijskega potenciala strele), glavna pomanjkljivost je mobilnost atmosferskih front, hitrost izpustov (zapletenost kopičenja).

Uporaba vetrne in sončne energije

Vetrne turbine v ogrevalnih sistemih

Kinetična energija vetra se običajno uporablja za napajanje stavb, vendar zmogljivi modeli v pogojih, ki so blizu idealnim, lahko zagotovijo vsaj delno ogrevanje.

Če ne upoštevate začetnih stroškov, potem za potrošnika nastala električna energija ne stane nič.

Zelo pomembno je, da za delovanje vetrnega generatorja niso potrebna pomožna sredstva, delujejo ves čas avtonomno. Te inštalacije kot pomožni vir energije se uspešno integrirajo v sisteme, kjer so glavne druge vrste ogrevalnih naprav. Te enote so kot pomožni viri energije uspešno vgrajene v sisteme, kjer so glavne druge vrste ogrevalnih naprav.

Te inštalacije kot pomožni vir energije se uspešno integrirajo v sisteme, kjer so glavne druge vrste ogrevalnih naprav.

Obstaja veliko vrst modelov vetrnic, vendar so običajno razdeljene v dve široki kategoriji:

1. Horizontalne vetrne turbine z lopaticami propelerskega tipa. Te enote so bolj produktivne (stopnja izkoriščenosti vetrne energije do 52%), zato so primernejše za potrebe ogrevanja, vendar imajo številne omejitve delovanja in porabnika.
2. Vetrni generatorji z navpično osjo vrtenja. Te turbine so razmeroma majhne moči (KIEV manj kot 40%), vendar ne potrebujejo orientacije na veter, lahko uporabljajo ne le laminarne, temveč tudi turbulentne tokove, začnejo ustvarjati tok tudi pri nizkih hitrostih.Lažje jih je vzdrževati, ker je generator blizu tal in ne na jamboru v gondoli.

Tukaj je nekaj slabosti uporabe vetrnic za ogrevanje:

• Visoki kapitalski stroški. Več kot 70 odstotkov sredstev se porabi za pomožne elemente: baterije, pretvornik, krmilno avtomatiko, inštalacijska konstrukcija. Naložbe se izplačajo šele po nekaj desetletjih.
• Nizka učinkovitost - nizka moč. Poleg tega se del energije izgubi v procesu pretvorbe električne energije v toploto.
• Teren zahteva prisotnost stalnih vetrov z veliko hitrostjo. Energija je nestabilna, močno odvisna od vremena in letnega časa, zahteva redno spremljanje in kopičenje.
• Oprema zavzame veliko prostora.
• Vetrne turbine med delovanjem povzročajo veliko hrupa.

Sončni sistemi izvajajo neposredno segrevanje hladilne tekočine ali pretvarjajo energijo s fotovoltaično metodo. Pri prvi možnosti sončni žarki segrevajo vodo/antifriz (pri nekaterih modelih - zrak), ki se prenaša v prostore in oddaja toploto skozi radiatorje. V drugem primeru se fotoni svetlobe pretvorijo v električno energijo, ki napaja običajne grelne naprave, ki jih poganja električna energija (kotli, grelniki, ogrevana tla).

V skladu s tem obstajata dve vrsti naprav:

• Sončni kolektorji. Sistem je sestavljen iz krogotoka za kroženje hladilne tekočine, akumulacijskega rezervoarja in samega zbiralnika. Glede na zasnovo se razlikujejo kolektorji: ploski, vakuumski in zračni (zrak se uporablja kot hladilno sredstvo).
• Sončni kolektorji. Inštalacijo sestavljajo paneli s fotocelicami, krmilniki in inverter.Baterija generira enosmerni tok 24 ali 12 voltov, ki se zbira v baterijah in se po pretvorbi z razsmernikom v izmenični tok (220 V) napaja v vtičnice.

Slabosti solarnih naprav je več. Najprej odvisnost od meteoroloških dejavnikov in cikličnosti (sezonske in dnevne). Baterije imajo nizek izkoristek, da zagotavljajo veliko količino stabilne energije, morajo zasedati veliko površino in biti opremljene z dragimi baterijami za ponovno polnjenje, ki jih je treba pogosto menjati. Pomanjkljivost kolektorjev je njihova odvisnost od električne energije (za delovanje črpalke ali ventilatorja) ali na primer nevarnost zmrzovanja hladilne tekočine.

Alternativna energija v svetovnem merilu

Zdi se, da statistika o uporabi AES v svetu daje razlog za optimizem. V EU je količina električne energije iz obnovljivih virov v letu 2017 presegla količino prejete iz elektrarn na premog. V letu 2018 se je njihov delež v primerjavi z drugimi »umazanimi« viri povečal s 30 % na 32,3 %.

Leta 2018 je po julijskem poročilu prvič po 40 letih delovanja sončnih in vetrnih elektrarn njihova globalna zmogljivost dosegla 1 teravat (1000 GW). 90 % kapacitet se je pojavilo šele v zadnjih 10 letih.

Z AIE obstajajo tri glavne težave:

1. Spodbujajo svojo uporabo politike, končni potrošnik pa »zeleno« energijo plača iz svojega žepa. Pomemben del tarife predstavljajo posredni davki na uvedbo obnovljivih virov energije. Kritiki so večkrat povedali, da so subvencije spodbujevalnih tarif previsoke in da bodo stroški prej ali slej povzročili negativen odziv potrošnikov.

1. Takšne vire lahko imenujemo varne le v ozadju tradicionalnih virov proizvodnje električne energije. Izkazalo se je, da so vetrne turbine sposobne uničiti žuželke.Proizvodnja skoraj vseh tovrstnih naprav je okolju škodljiva. Sončni paneli so še posebej »umazani« zaradi izpustov iz proizvodnje sončnega silicija.

1. Kljub temu, da delež obnovljivih virov energije v svetovnem energetskem »piti« narašča, še vedno ne morejo konkurirati tradicionalnim virom. Njihova uporaba je nedonosna, oprema zahteva velike kapitalske izdatke z neprimerljivo majhnim donosom, zato z zmanjšanjem državne podpore povpraševanje po OVE takoj pade. Celo ugledna nemška publikacija Die Welt je priznala, da je "poslovanje z mlini na veter v globokem knockoutu".

Zaključki in koristen video na to temo

Video o združevanju alternativnih virov za proizvodnjo električne energije v majhni podeželski hiši:

Videoposnetek o izdelavi vetrnega generatorja z lastnimi rokami vam bo pomagal enostavno razumeti načela naprave:

Kratek video o uporabi toplotne črpalke:

Video posnetek o pridobivanju bioplina:

Povsem mogoče je zavrniti tradicionalne vire ogrevanja. Če želite to narediti, morate skrbno izbrati alternativo ali združiti več, glede na značilnosti območja, območje vaše podeželske hiše in lokalno območje.

Energija sonca, zemlje, moč vetra, odstranjevanje gospodinjskih odpadkov rastlinskega in živalskega izvora lahko postanejo dostojna zamenjava za plin, premog, drva in plačano elektriko.

Ali uporabljate enega od alternativnih virov energije za domačo rabo? Delite, koliko vas je stala sestava enote in kako hitro se je izplačalo.

Ali pa je morda kdo od vaših prijateljev opremil svojo podeželsko hišo na obnovljive vire? Uporaba solarnega sistema ali toplotne črpalke kot neodvisnega vira za toploto, toplo vodo in elektriko?