Energia alternatywna dla domu: przegląd niestandardowych źródeł energii

Wstęp

Cała współczesna gospodarka światowa zależy od bogactwa zgromadzonego w czasach dinozaurów: ropy, gazu, węgla i innych paliw kopalnych. Większość czynności w naszym życiu, od jazdy metrem po podgrzewanie czajnika w kuchni, ostatecznie wymaga spalenia tej prehistorycznej spuścizny. Główny problem polega na tym, że te łatwo dostępne źródła energii nie są odnawialne. Prędzej czy później ludzkość wypompuje całą ropę z wnętrzności ziemi, spali cały gaz i wykopie cały węgiel. Czego więc użyjemy do podgrzania czajników?

Nie powinniśmy również zapominać o negatywnym wpływie spalania paliw na środowisko. Wzrost zawartości gazów cieplarnianych w atmosferze prowadzi do wzrostu średniej temperatury na całej planecie. Produkty spalania paliw zanieczyszczają powietrze. Szczególnie dobrze czują się w tym mieszkańcy dużych miast.

Wszyscy myślimy o przyszłości, nawet jeśli ta przyszłość nie nadejdzie z nami.Społeczność globalna od dawna zdaje sobie sprawę z ograniczeń paliw kopalnych. Oraz negatywny wpływ ich użytkowania na środowisko. Wiodące państwa już wdrażają programy stopniowego przechodzenia na przyjazne dla środowiska i odnawialne źródła energii.

Na całym świecie ludzkość poszukuje i stopniowo wprowadza zamienniki paliw kopalnych. Od dłuższego czasu na całym świecie działają elektrownie słoneczne, wiatrowe, pływowe, geotermalne i wodne. Wydawałoby się, że właśnie teraz, co powstrzymuje nas przed zaspokojeniem wszystkich potrzeb ludzkości z ich pomocą?

W rzeczywistości energia alternatywna ma wiele problemów. Na przykład problem geograficznego rozmieszczenia zasobów energetycznych. Farmy wiatrowe budowane są tylko na terenach, gdzie często wieją silne wiatry, słoneczne – gdzie jest minimalna liczba pochmurnych dni, elektrownie wodne – na dużych rzekach. Olejek oczywiście nie wszędzie jest dostępny, ale łatwiej jest go dostarczyć.

Drugim problemem alternatywnych źródeł energii jest niestabilność. W farmach wiatrowych wytwarzanie zależy od wiatru, który nieustannie zmienia prędkość lub całkowicie się zatrzymuje. Elektrownie słoneczne nie działają dobrze przy pochmurnej pogodzie i nie działają w ogóle w nocy.

Ani wiatr, ani słońce nie uwzględniają potrzeb odbiorców energii. Jednocześnie wydajność energetyczna elektrowni cieplnej lub jądrowej jest stała i łatwo regulowana. Rozwiązaniem tego problemu może być jedynie budowa ogromnych magazynów energii, aby stworzyć rezerwę w przypadku niskiej wydajności. Jednak to znacznie zwiększa koszt całego systemu.

Z powodu tych i wielu innych trudności rozwój alternatywnych źródeł energii na świecie ulega spowolnieniu. Spalanie paliw kopalnych jest nadal łatwiejsze i tańsze.

Jeśli jednak w skali światowej gospodarki alternatywne źródła energii nie przynoszą większych korzyści, to w ramach indywidualnego domu mogą być bardzo atrakcyjne. Już teraz wielu odczuwa stały wzrost taryf za energię elektryczną, ciepło i gaz. Każdego roku firmy energetyczne coraz głębiej wchodzą do kieszeni zwykłych ludzi.

Eksperci z międzynarodowego funduszu venture I2BF przedstawili pierwszy przegląd rynku energii odnawialnej. Według ich prognoz za 5–10 lat alternatywne technologie energetyczne staną się bardziej konkurencyjne i rozpowszechnione. Już teraz przepaść w kosztach alternatywnej i tradycyjnej energii szybko się zmniejsza.

Koszt energii odnosi się do ceny, jaką alternatywny producent energii chce otrzymać, aby zrekompensować swoje nakłady kapitałowe w czasie trwania projektu i zapewnić zwrot w wysokości 10% zainwestowanego kapitału. Cena ta będzie również obejmować koszt finansowania dłużnego, ponieważ większość z nich jest silnie lewarowana.

Zamieszczony wykres ilustruje ocenę różnych rodzajów energii alternatywnej i tradycyjnej w II kwartale 2011 r. (rys. 1).

Zgodnie z powyższymi danymi energia geotermalna, a także energia wytwarzana przez spalanie śmieci i gazu wysypiskowego, ma najniższy koszt ze wszystkich rodzajów energii alternatywnej. W rzeczywistości mogą już bezpośrednio konkurować z energetyką tradycyjną, ale czynnikiem ograniczającym jest dla nich ograniczona liczba miejsc, w których te projekty mogą być realizowane.

Dla tych, którzy chcą uniezależnić się od kaprysów energetyków, którzy chcą przyczynić się do rozwoju energetyki alternatywnej, chcą po prostu trochę zaoszczędzić na energii, ta książka jest napisana.

Z książki V. Germanovich, A. Turilin „Alternatywne źródła energii. Praktyczne projekty wykorzystania energii wiatru, słońca, wody, ziemi, biomasy.

Czytaj dalej tutaj

Rozwój źródeł nietradycyjnych

Nietradycyjne źródła energii obejmują:

• energia słońca;
• Energia wiatrowa;
• geotermalna;
• energia pływów i fal morskich;
• biomasa;
• niskopotencjalna energia środowiska.

Ich rozwój wydaje się możliwy dzięki wszechobecnemu rozmieszczeniu większości gatunków, można również zauważyć ich przyjazność dla środowiska oraz brak kosztów eksploatacyjnych składnika paliwowego.

Istnieją jednak pewne negatywne cechy, które uniemożliwiają ich zastosowanie na skalę przemysłową. Jest to niska gęstość strumienia, która wymusza stosowanie instalacji „przechwytujących” o dużej powierzchni, a także zmienność w czasie.

Wszystko to prowadzi do tego, że takie urządzenia charakteryzują się dużym zużyciem materiału, co powoduje, że rosną również inwestycje kapitałowe. Otóż ​​proces pozyskiwania energii ze względu na jakiś element losowości związany z warunkami pogodowymi sprawia wiele kłopotów.

Drugim najważniejszym problemem jest „magazynowanie” tego surowca energetycznego, ponieważ istniejące technologie magazynowania energii elektrycznej nie pozwalają na to w dużych ilościach.Jednak w warunkach domowych coraz bardziej popularne stają się alternatywne źródła energii dla domu, dlatego zapoznajmy się z głównymi elektrowniami, które mogą być instalowane we własności prywatnej.

Czy wszystko jest takie gładkie?

Wydawałoby się, że taka technologia zasilania prywatnego domu powinna już dawno zostać wyparta z rynku tradycyjnymi scentralizowanymi metodami dostarczania energii. Dlaczego tak się nie dzieje? Istnieje kilka argumentów, które przemawiają za alternatywną energią. Ale ich znaczenie określa się indywidualnie - dla niektórych właścicieli domów wiejskich niektóre niedociągnięcia są istotne, a inne wcale nie są interesujące.

W przypadku dużych wiejskich domków problemem może stać się niezbyt wysoka sprawność instalacji alternatywnych źródeł energii. Naturalnie lokalnych systemów solarnych, pomp ciepła czy instalacji geotermalnych nie da się porównać z wydajnością nawet najstarszych elektrowni wodnych, cieplnych, a tym bardziej elektrowni jądrowych, jednak tę wadę często minimalizuje się instalując dwie, a nawet trzy. systemy, zużywające więcej energii. Konsekwencją tego może być kolejny problem – do ich instalacji wymagana będzie większa powierzchnia, której nie da się przeznaczyć we wszystkich projektach domów.

Aby zapewnić nieprzerwane zasilanie wielu urządzeń gospodarstwa domowego i znanego nowoczesnego domu systemu grzewczego, wymagana jest duża moc. Dlatego projekt powinien przewidywać takie źródła, które mogą wytworzyć taką moc. A to wymaga solidnej inwestycji – im mocniejszy sprzęt, tym droższy.

Ponadto w niektórych przypadkach (np. przy wykorzystaniu energii wiatru) źródło może nie gwarantować stałości produkcji energii. Dlatego konieczne jest wyposażenie całej komunikacji w urządzenia magazynujące. Zwykle w tym celu instalowane są baterie i kolektory, co pociąga za sobą te same dodatkowe koszty i konieczność przydzielenia większej liczby metrów kwadratowych w domu.

Energia z wiatru

Nasi przodkowie od dawna nauczyli się wykorzystywać energię wiatru do swoich potrzeb. W zasadzie od tego czasu projekt niewiele się zmienił. Dopiero kamień młyński został zastąpiony napędem generatora, który zamienia energię obracających się ostrzy na energię elektryczną.

Do wykonania generatora potrzebne będą następujące części:

• generator. Niektórzy używają silnika z pralki, lekko przekształcając wirnik;
• mnożnik;
• bateria i jej kontroler ładowania;
• transformator napięcia.

generator wiatru

Istnieje wiele schematów domowych turbin wiatrowych. Wszystkie są realizowane na tej samej zasadzie.

1. Rama jest w trakcie montażu.
2. Krętlik jest zainstalowany. Za nim zamontowane są ostrza i generator.
3. Zamontuj łopatę boczną ze sprzęgłem sprężynowym.
4. Generator ze śmigłem jest przymocowany do ramy, następnie jest montowany na ramie.
5. Podłącz i połącz z zespołem obrotowym.
6. Zainstaluj kolektor prądu. Podłącz go do generatora. Przewody prowadzą do akumulatora.

Rada. Liczba łopatek będzie zależeć od średnicy śmigła, a także od ilości wytworzonej energii elektrycznej.

Główne rodzaje alternatywnych źródeł energii

Ostatnio praktycznie wypróbowano wiele nietradycyjnych opcji pozyskiwania energii. Statystyki mówią, że wciąż mówimy o tysięcznych procent potencjalnego wykorzystania.

Typowymi trudnościami, jakie nieuchronnie napotyka na drodze rozwoju alternatywnych źródeł energii, są zupełne luki w przepisach większości krajów dotyczących eksploatacji zasobów naturalnych jako własności państwa. Problem nieuchronnego opodatkowania alternatywnych źródeł energii jest ściśle związany z brakiem opracowania prawnego.

Rozważ 10 najczęściej używanych alternatywnych źródeł energii.

Wiatr

Energia wiatru od zawsze była wykorzystywana przez człowieka. Poziom rozwoju nowoczesnych technologii pozwala nam na niemal nieprzerwaną pracę.

Jednocześnie energia elektryczna jest wytwarzana za pomocą wiatraków, podobnie jak młyny, specjalnych urządzeń. Śmigło wiatraka przekazuje energię kinetyczną wiatru do generatora, który wytwarza prąd za pomocą obracających się łopat.

Takie farmy wiatrowe są szczególnie popularne w Chinach, Indiach, USA i krajach Europy Zachodniej. Niewątpliwym liderem w tej dziedzinie jest Dania, która zresztą jest pionierem energetyki wiatrowej: pierwsze instalacje pojawiły się tu pod koniec XIX wieku. Dania zamyka w ten sposób do 25% całkowitego zapotrzebowania na energię elektryczną.

Pod koniec XX wieku Chiny były w stanie dostarczać energię elektryczną regionom górzystym i pustynnym tylko za pomocą turbin wiatrowych.

Wykorzystanie energii wiatrowej jest prawdopodobnie najbardziej zaawansowanym sposobem wytwarzania energii. To idealny wariant syntezy, w którym łączy się alternatywna energia i ekologia. Wiele rozwiniętych krajów świata stale zwiększa udział wytworzonej w ten sposób energii elektrycznej w całkowitym bilansie energetycznym.

Słońce

Od dłuższego czasu podejmowane są również próby wykorzystania promieniowania słonecznego do generowania energii, w chwili obecnej jest to jeden z najbardziej obiecujących sposobów rozwoju alternatywnych źródeł energii. Już sam fakt, że słońce na wielu szerokościach geograficznych świeci przez cały rok, przekazując Ziemi dziesiątki tysięcy razy więcej energii niż zużywa w ciągu roku cała ludzkość, inspiruje do aktywnego korzystania ze stacji słonecznych.

Większość największych stacji znajduje się w Stanach Zjednoczonych, w sumie energia słoneczna jest dystrybuowana w prawie stu krajach. Podstawą są fotokomórki (konwertery promieniowania słonecznego), które są łączone w wielkoskalowe panele słoneczne.

Ciepło Ziemi

Ciepło głębi ziemi zamieniane jest na energię i wykorzystywane na potrzeby człowieka w wielu krajach świata. Energia cieplna jest bardzo efektywna na obszarach aktywności wulkanicznej, w miejscach, gdzie występuje wiele gejzerów.

Liderami w tej dziedzinie są Islandia (stolica kraju, Reykjavik, jest w pełni zaopatrywana w energię geotermalną), Filipiny (udział w całkowitym bilansie wynosi 20%), Meksyk (4%) i USA (1%).

Ograniczenia w stosowaniu tego typu źródeł wynikają z niemożności transportu energii geotermalnej na odległość (typowe lokalne źródło energii).

W Rosji wciąż jest jedna taka stacja (moc 11 MW) na Kamczatce. W tym samym miejscu budowana jest nowa stacja (moc - 200 MW).

Dziesięć najbardziej obiecujących źródeł energii w najbliższej przyszłości to:

• stacje fotowoltaiczne w kosmosie (główną wadą projektu są ogromne koszty finansowe);
• siła mięśniowa osoby (popyt przede wszystkim - mikroelektronika);
• potencjał energetyczny przypływów i odpływów (wadą są wysokie koszty budowy, gigantyczne wahania mocy na dzień);
• zbiorniki na paliwo (wodór) (konieczność budowy nowych stacji benzynowych, wysoki koszt aut, które je zatankują);
• szybkie reaktory jądrowe (pręty paliwowe zanurzone w ciekłym Na) – technologia jest niezwykle obiecująca (możliwość ponownego wykorzystania zużytych odpadów);
• biopaliwo – już powszechnie stosowane przez kraje rozwijające się (Indie, Chiny), zalety – odnawialność, przyjazność dla środowiska, wady – wykorzystanie zasobów, grunty przeznaczone pod uprawę, spacery zwierząt gospodarskich (wzrost cen, brak żywności);
• elektryczność atmosferyczna (akumulacja potencjału energetycznego pioruna), główną wadą jest mobilność frontów atmosferycznych, szybkość wyładowań (złożoność akumulacji).

Wykorzystanie energii wiatrowej i słonecznej

Turbiny wiatrowe w systemach ciepłowniczych

Energia wiatru kinetycznego jest zwykle wykorzystywana do zasilania budynków, ale mocne modele w warunkach zbliżonych do idealnych mogą zapewnić przynajmniej częściowe ogrzewanie.

Jeśli nie weźmiesz pod uwagę kosztów początkowych, dla konsumenta uzyskana energia elektryczna nic nie kosztuje.

Bardzo ważne jest, aby do pracy generatora wiatrowego nie były potrzebne zasoby pomocnicze, które cały czas funkcjonują autonomicznie. Instalacje te jako pomocnicze źródła energii są z powodzeniem integrowane w systemy, w których głównymi są inne typy urządzeń grzewczych. Jednostki te, jako pomocnicze źródła energii, są z powodzeniem integrowane w systemy, w których głównymi są inne typy urządzeń grzewczych.

Instalacje te jako pomocnicze źródła energii są z powodzeniem integrowane w systemy, w których głównymi są inne typy urządzeń grzewczych.

Istnieje wiele rodzajów konstrukcji wiatraków, ale zazwyczaj dzieli się je na dwie szerokie kategorie:

1. Poziome turbiny wiatrowe z łopatami typu śmigłowego. Jednostki te są bardziej wydajne (współczynnik wykorzystania energii wiatru do 52%), dlatego są bardziej odpowiednie dla potrzeb grzewczych, ale mają szereg ograniczeń operacyjnych i konsumenckich.
2. Generatory wiatrowe o pionowej osi obrotu. Turbiny te mają stosunkowo słabą moc (KIJW poniżej 40%), ale nie wymagają orientacji na wiatr, mogą wykorzystywać nie tylko przepływy laminarne, ale także turbulentne, zaczynają generować prąd nawet przy małych prędkościach. Są łatwiejsze w utrzymaniu, ponieważ generator jest przy ziemi, a nie na maszcie w gondoli.

Oto niektóre wady używania wiatraków do ogrzewania:

• Wysokie koszty kapitałowe. Ponad 70 proc. środków przeznacza się na elementy pomocnicze: akumulatory, falownik, automatykę sterowania, konstrukcje instalacyjne. Inwestycje zwracają się dopiero po kilkudziesięciu latach.
• Niska wydajność - mała moc. Ponadto część energii jest tracona w procesie przekształcania energii elektrycznej w ciepło.
• Teren wymaga obecności stałych wiatrów o dużej prędkości. Energia jest niestabilna, silnie zależna od pogody i pory roku, wymaga regularnego monitorowania i akumulacji.
• Sprzęt zajmuje dużo miejsca.
• Turbiny wiatrowe generują dużo hałasu podczas pracy.

Systemy solarne realizują bezpośrednie ogrzewanie chłodziwa lub przetwarzają energię metodą fotowoltaiczną.W pierwszym wariancie promienie słoneczne podgrzewają wodę / płyn niezamarzający (w niektórych modelach - powietrze), która jest transportowana do pomieszczeń i oddaje ciepło przez kaloryfery. W drugim przypadku fotony światła zamieniane są na energię elektryczną, która zasila konwencjonalne urządzenia grzewcze zasilane energią elektryczną (kotły, grzejniki, podgrzewane podłogi).

W związku z tym istnieją dwa rodzaje urządzeń:

• Kolektory słoneczne. System składa się z obwodu do cyrkulacji chłodziwa, zbiornika akumulacyjnego i samego kolektora. W zależności od konstrukcji rozróżnia się kolektory: płaskie, próżniowe i powietrzne (jako chłodziwo wykorzystywane jest powietrze).
• Panele słoneczne. Instalacja składa się z paneli z fotokomórkami, sterowników i falownika. Akumulator wytwarza prąd stały o napięciu 24 lub 12 V, który gromadzony jest w akumulatorach i po przetworzeniu przez falownik na prąd przemienny (220 V) jest dostarczany do gniazd.

Istnieje kilka wad instalacji solarnych. Przede wszystkim zależność od czynników meteorologicznych i cykliczności (sezonowej i dobowej). Baterie mają niską wydajność, aby zapewnić dużą ilość stabilnej energii, muszą zajmować dużą powierzchnię i być wyposażone w drogie akumulatory, które często trzeba wymieniać. Wadą kolektorów jest ich zależność od energii elektrycznej (do pracy pompy lub wentylatora) lub na przykład niebezpieczeństwo zamarznięcia chłodziwa.

Energia alternatywna w skali globalnej

Wydaje się, że statystyki dotyczące wykorzystania AES na świecie napawają optymizmem. W UE ilość energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych w 2017 r. przewyższyła tę otrzymaną z elektrowni węglowych.W 2018 roku ich udział w stosunku do innych „brudnych” zasobów wzrósł z 30% do 32,3%.

W 2018 r. po raz pierwszy od 40 lat funkcjonowania elektrowni słonecznych i wiatrowych ich globalna moc osiągnęła 1 terawat (1000 GW), wynika z lipcowego raportu. 90% mocy pojawiło się dopiero w ciągu ostatnich 10 lat.

Istnieją trzy główne problemy z AIE:

1. Promują stosowanie polityki, a końcowy odbiorca płaci za „zieloną” energię z własnej kieszeni. Istotną część taryfy stanowią podatki pośrednie związane z wprowadzaniem odnawialnych źródeł energii. Krytycy wielokrotnie powtarzali, że dopłaty do taryf stymulacyjnych są zbyt wysokie, a koszty prędzej czy później wywołają negatywną reakcję konsumentów.

1. Takie zasoby można nazwać bezpiecznymi jedynie na tle tradycyjnych źródeł wytwarzania energii elektrycznej. Okazało się, że turbiny wiatrowe są zdolne do eksterminacji owadów. Produkcja prawie wszystkich takich instalacji jest szkodliwa dla środowiska. Panele słoneczne są szczególnie „brudne” z powodu emisji z produkcji krzemu słonecznego.

1. Pomimo tego, że udział odnawialnych źródeł energii w światowym „torcie” energetycznym rośnie, nadal nie mogą one konkurować ze źródłami tradycyjnymi. Korzystanie z nich jest nieopłacalne, sprzęt wymaga dużych nakładów inwestycyjnych przy nieporównywalnie małym zwrocie, a zatem przy zmniejszeniu wsparcia państwa zapotrzebowanie na OZE natychmiast spada. Nawet autorytatywna niemiecka publikacja Die Welt przyznała, że ​​„branża wiatraków jest w głębokim nokaucie”.

Wnioski i przydatne wideo na ten temat

Film o łączeniu alternatywnych źródeł w celu generowania energii elektrycznej w małym wiejskim domu:

Film o tworzeniu generatora wiatrowego własnymi rękami pomoże ci łatwo zrozumieć zasady działania urządzenia:

Krótki film o korzystaniu z pompy ciepła:

Film o pozyskiwaniu biogazu:

Całkiem możliwe jest odrzucenie tradycyjnych źródeł ogrzewania. Aby to zrobić, musisz starannie wybrać alternatywę lub połączyć kilka, w oparciu o charakterystykę obszaru, obszar Twojego wiejskiego domu i okolicy.

Energia słoneczna, ziemia, siła wiatru, usuwanie odpadów domowych pochodzenia roślinnego i zwierzęcego są w stanie stać się godnym zamiennikiem gazu, węgla, drewna opałowego i płatnej energii elektrycznej.

Czy korzystasz z jednego z alternatywnych źródeł energii do użytku domowego? Podziel się, ile kosztowało Cię złożenie urządzenia i jak szybko się opłaciło.

A może jeden z Twoich znajomych wyposażył swój wiejski dom w źródła odnawialne? Korzystasz z systemu paneli słonecznych lub pompy ciepła jako niezależnego źródła ciepła, ciepłej wody i energii elektrycznej?