Альтернативная энергия для дома: обзор нестандартных источников энергии

Россия, как страна альтернативных источников энергии

Поскольку Россия входит в число одних из самых технически развитых стран мира, большое внимание уделяется добыче и использованию альтернативных источников энергии. На просторах больших территорий, к сожалению в настоящее время нет централизованных источников энергии

К том уже мы еще не втянуты в общемировую тенденциею, связанную с борьбой за экологию планеты и экономией традиционных видов топлива.

Россия

В каждом, отдельно взятом регионе нашей страны, применяются подходящие этому региону виды альтернативной энергетики. Это связано с географическим положением. А так же возможностью использования того или иного первоисточника получения энергии.

Солнечная энергетика

Солнечные электростанции в настоящее время, получают все большее распространение среди различных слоев населения, как альтернативный или резервный источник электрической и тепловой энергии.

Данный вид энергетики так же применяется в промышленности в нашей стране.

Наиболее крупными солнечными электростануциями, мощностью в 400,0 МВт являются:

• Орская им. А. А. Влазнева, установленной мощностью 40,0 МВт в Оренбургской области;
• Бурибаевская, мощностью 20,0 МВт и Бугульчанская, мощностью 15,0 МВт, в Республике Башкортостан;
• На полуострове Крым функционирует более десяти солнечных электростанций мощностью 20,0 МВт каждая.

Еще на стадии разработки можно насчитать более 50 объектов солнечной генерации на различных этапах строительства. Их место расположения от Дальнего Востока и Сибири, до центральных и южных областей нашей страны.

Общая мощность проектируемых и строящихся объектов составляет более 850,0 МВт.

Ветровая энергетика

Ветряки, работающие для получения электрической энергии в промышленных масштабах, в нашей стране не достигают таких больших масштабов, как солнечные электростанции.

Общая установленная мощность ветровых генераторов составляет чуть больше чем 100,0 МВт. Самые мощные из них это:

• Зеленоградская ветровая установка, мощностью 5,1 МВт, расположенная в Калининградской области;
• Останинская (25,0 МВт), Тарханкутская (22,0 МВт) и Сакская (20,0 МВт) – на полуострове Крым.

Также на стадии проектирования и строительства у нас есть 22 ветровые энергетические установки. Их общая мощность более 2500,0 МВт.

Гидроэнергетика

Как раз самый распространенный вид альтернативной энергетики на территории России. На настоящее время доля вырабатываемой электрической энергии ГЭС в разных регионах страны на реках, превышает 20,0 %. Отчет идет от общей генерации всей энергосистемы РФ.

Геотермальная энергетика

Это энергия тепла недр всей планеты, широко используется в ряде стран, где присутствует вулканическая деятельность. У нас данный вид энергетики расположен на Дальнем Востоке, в меру особенностей этого региона.

Их мощность 80,1 МВт. В настоящее время успешно работает 5 геотермальных электрических станций. Из них три расположены на Камчатке (Мутновская, Паужетская и Верхне-Мунтовская), остальные две — на островах Кунашир (Менделеевская) и Итуруп (Океанская).

Использование биотоплива

Использование биотоплива

Наша страна числится в лидерах по экспорту биотоплива на европейский рынок

У нас же это не самый распространенный вид энергоресурсов, как традиционные виды топлива.Однако, в связи с развитием лесной и деревообрабатывающей промышленности, большие территории заняты под сельскохозяйственные культуры, что сподвигло обратить внимание на этот вид энергетики

Последние годы было построено большое количество заводов по переработке отходов древесины. Из них изготавливаются такие материалы, как топливные брикеты и гранулы (пеллеты).

Брикеты и пеллеты, в свою очередь, используются в качестве топлива для различного типа котлов в результате сжигания которых, вырабатывается тепловая и электрическая энергии.

А из отходов сельскохозяйственных культур производится биогаз и жидкое топливо. Оно подходит для применения в двигателях и дизельных установках, там их сжигают, в результате чего производится тепловая и электрическая энергия.

Хоть биотопливо пока не имеет широкого распространения в нашей стране, тем не менее перспективы его развития, достаточно обширны и успешны.

… и еще 10 малоизвестных альтернативных источников энергии

Помимо всем известных ветряков и солнечных панелей, люди научились извлекать энергию, кажется, из всего сущего:

1. Турникеты в метро и на ж/д станциях. Многочисленные пассажиры наступают на установку — вырабатывается энергия.
2. Умная тротуарная плитка. Генерирует электричество из кинетической энергии гуляющих пешеходов.
3. «Лежачие полицейские», освещающие улицы. Принцип тот же, только на рампу воздействует вес проезжающих машин.
4. Энергия вулкана. Электричество помогает вырабатывать пар, выделяющийся при испарении соленой воды.
5. Мяч-зарядник. Достаточно 30 минут поиграть Soccket в футбол, как он будет способен питать собой лампу в вашем доме в течение нескольких часов. 
6. Водоросли. Ученые выяснили, что 1 гектара площади водной поверхности, занятой водорослями, достаточно, чтобы получать 150 000 кубометров биогаза в год.
7. Тепло человеческого тела. Такого источника вполне хватит, чтобы подзарядить фитнес-браслет или умные часы.
8. Велосипед, подзаряжающий смартфоны и планшеты. Крутя педали Siva Cycle Atom, можно попутно подзарядить свои гаджеты.
9. Сточные воды. Ученые уже выяснили, как создавать на основе жидких нечистот топливные элементы.
10. Бумажная энергия. Гении из Sony установили, что производить энергию можно даже из мелко нарезанного гофрированного картона. 

… и все это — только начало! 

Вариант #2 — насос, который качает тепло

Действие теплового насоса основано на обратном принципе Карно. Это довольно большое и достаточно сложное устройство, которое собирает низкопотенциальную тепловую энергию окружающей среды и преобразовывает ее в энергию с высоким потенциалом. Чаще всего тепловые насосы используют для обогрева помещений. Устройство состоит из:

• наружного контура с теплоносителем;
• внутреннего контура с теплоносителем;
• испарителя;
• компрессора;
• конденсатора.

В системе также используется фреон. Наружный контур теплового насоса может поглощать энергию из различной среды: земли, воды, воздуха. Затраты труда на его создание зависят от типа насоса и его конфигурации. Сложнее всего устроить насос типа «земля-вода», в котором наружный контур горизонтально располагается в толще грунта, поскольку это требует масштабных земляных работ. Если возле дома есть водоем, имеет смысл сделать тепловой насос типа «вода-вода». В этом случае наружный контур просто опускают в водоем.

Тепловой насос преобразует низкопотенциальную энергию земли, воды или воздуха в высокопотенциальную тепловую энергию, которая позволяет вполне эффективно обогреть здание

Эффективность работы теплового насоса зависит не столько от того, как высока температура среды, сколько от ее постоянства. Правильно спроектированный и установленный тепловой насос может обеспечить дом достаточным количеством тепла в зимнее время, даже при очень низкой температуре воды, земли или воздуха. В летнее время тепловые насосы могут выполнять роль кондиционера, охлаждая жилище.

Баклажан

Желтые баклажаны, оказывается, не являются чем-то из разряда фантастики. /Фото: wikipedia.org

О происхождении баклажанов по-прежнему ведутся активные споры и дискуссии, но на сегодняшний день наиболее распространенной является версия, что они имели колючки, да и к тому же были ядовитыми, а принадлежат к семейству пасленовых.

Наличие иголок предка баклажанов объяснялось защитной функцией: они затрудняли их употребление в пищу. Но люди предпочитали брать для посадки семена из плодов с малым количеством колючек, тонкой кожицей и пухлой мякотью. Многолетнее применение данной практики трансформировало колючий ядовитый плод в продолговатый фиолетовый овощ, который насчитывает около 15 сортов.

Биотопливо

Биоэнергетика получает электричество и тепло из топлива первого, второго и третьего поколений.

Первое поколение – твёрдое, жидкое и газообразное биотопливо (газ от переработки отходов). Например, дрова, биодизель и метан.

Второе поколение – топливо, полученное из биомассы (остатков растительного или животного материала, или специально выращенных культур).

Третье поколение – биотопливо из водорослей.

Биотопливо первого поколения легко получить. Сельские жители ставят биогазовые установки, где биомасса бродит под нужной температурой.

Самый традиционный способ и древнейшее топливо – дрова. Сейчас для их производства сажают энергетические леса из быстрорастущих деревьев, тополя или эвкалипта.

Как разные страны мира выполняют планы по энергопереходу

Страны по всему миру поставили себе амбициозные задачи по переходу на возобновляемую энергию. Цели стали частью и Парижского соглашения — к 2030 году решения с нулевым выбросом углерода могут быть конкурентоспособными в секторах, на которые приходится более 70% глобальных выбросов. Сделать это планируется за счет энергетического перехода — процесса замены угольной экономики возобновляемой энергетикой. В 2020 году, несмотря на пандемию и экономическую рецессию, многие города, страны и компании продолжали объявлять или осуществлять планы по декарбонизации.

Как государству продвигать экологическую повестку

Ожидается, что в 2021 году Индия внесет самый большой вклад в развитие возобновляемой энергетики. Здесь планируют запустить ряд ветряных и солнечных проектов.

В Евросоюзе также прогнозируется скачок в приросте мощностей в 2021 году. Здесь даже в условиях пандемии не забывают о Green Deal — крупнейшей в истории ЕС коррекции экономического курса. Цель проекта — сформировать в ЕС углеродно-нейтральное пространство к 2030 году. Для этого планируется сократить на 40% объем выбросов парниковых газов от уровня 1990 года и увеличить долю энергии из возобновляемых источников до 32% в общей структуре энергопотребления. Как посчитала Еврокомиссия, достичь этих задач можно будет с помощью ежегодных инвестиций в размере €260 млрд. Доля ВИЭ в энергосистеме ЕС также постоянно растет. Так, около 40% электроэнергии в первом полугодии 2020 года в ЕС было произведено из возобновляемых источников.

Пока же в лидерах инвестиций в развитие возобновляемой энергетики — Китай, США, Япония и Великобритания. С тех пор, как BloombergNEF начал отслеживать эти данные, глобальные инвестиции в ветровую и солнечную энергетику, биотопливо, биомассу и отходы, малую гидроэлектроэнергетику увеличились почти на порядок. В годовом выражении вложения в чистую энергию выросли с $33 млрд до более чем $300 млрд за 20 лет.

Китай за десять лет стал главным производителем оборудования для возобновляемой энергетики. В первую очередь, речь идет о солнечных панелях. Семь из десяти крупнейших мировых производителей солнечных батарей — это китайские компании. В целом развитие технологий удешевило стоимость строительства новых объектов ВИЭ. Это приближает планы Китая стать углеродно нейтральным к 2060 году.

Серьезных шагов в сторону энергоперехода ожидают и от президента США Джо Байдена. Он не только вернул страну в Парижское соглашение, но и заявил о том, что намерен добиться чистых выбросов парниковых газов и перехода на 100% экологичной энергии к 2050 году.

Также к 2050 году планируют использовать только ВИЭ Япония, Южная Корея, Новая Зеландия и Великобритания. Прошедший 2020 год уже стал самым экологичным для энергосистемы Великобритании со времен промышленной революции. Страна целых 67 дней смогла обходиться без угля. От традиционных источников энергии Британия планирует отказаться уже к 2025 году.

Активно развиваются ВИЭ в Испании — по прогнозам, сектор только солнечной энергетики в стране будет расти примерно вдвое быстрее, чем в Германии.

В 2020 году Шотландия получила 97% электроэнергии из возобновляемых источников. С помощью произведенной «зеленой» энергии получилось обеспечить электронужды более чем 7 млн домохозяйств. Шотландия планирует стать углеродной нейтральной уже к 2030 году.

Этот же год выбран временем полного отказа от традиционной энергетики для Австрии, а Саудовская Аравия запланировала к 2030 году получать 50% электроэнергии от ВИЭ.

Тепловые насосы

Следующий вариант из категории «альтернативные виды энергии» — энергия из недр земли. Для частного дома – это идеальный вариант. Он простой, эффективный и экономичный. Для этого на участке около дома бурится скважина (чем глубже, тем лучше), куда устанавливается тепловой насос.

Подземные воды имеют всегда положительную температуру. При охлаждении насосом этой воды, выделяется энергия, которую и приходиться использовать. Но у некоторых может возникнуть вопрос, как же работает насос, ведь для него также необходима электрическая энергия? Все правильно, но данная установки имеет определенное соотношение потребленной энергии и выделенной, которая находится вот в такой зависимости – 1:6. Так что эффективность налицо.

Ветрогенераторы

История развития ветрогенераторов на просторах бывшего СССР весьма трагична. Учитывая обширные районы, в которых почти постоянно дуют ветры, активные попытки обуздать энергию ветра предпринимались еще в начале 20 века. Но, к сожалению, к концу 60-х гг. производство «ветряков» и строительство ВЭС было прекращено.

Еще совсем недавно (с 1988 по 1992 гг.) производилась «домашняя» версия ветромеханического водоподъемного агрегата (ветряного насоса) АВВП-1,2 «Ромашка». Он предназначался для забора жидкости из любых водоемов на глубине до 8 м и использовался как в домашних, так и в коллективных хозяйствах. Это был простой, дешевый и удобный автоматический прибор.

Теперь ветроэнергоустановки используются индивидуальными пользователями для получения электроэнергии. Вырабатываемой «ветряком» мощности в 50 кВт вполне хватает для обслуживания небольшого коттеджа.

Система призвана накапливать электричество. Чем чаще и сильнее дует ветер, тем быстрее заряжаются аккумуляторы и энергией можно пользоваться. Бытовые ветрогенераторы в областях с умеренным преобладанием ветров вполне способны дополнительно обеспечивать здание светом.

Основой ветрогенератора выступает ветроколесо. Под действием силы ветра оно вращается, создавая крутящий момент и передавая его через механизм передач на водяной насос или вал электрогенератора. Ветрогенераторы обычно крепят на высоких мачтах не для того «чтобы все видели», а потому что интенсивность и скорость ветра над поверхностью земли выше, чем на «нулевой отметке».

Ветрогенераторы для дома бывают трех видов:

Карусельного типа (роторные) – оснащены ветроколесом (ротором), которое движется в направлении ветра. Ось вращения – вертикальная. Коэффициент полезного действия не выше 20%.

Крыльчатые ветрогенераторы – имеют вид классического пропеллера с числом лопастей от 2 до 24. Чем меньше лопастей, тем выше должна быть скорость ветра «для раскрутки». Ветряк с числом лопастей до 4 называется малолопастным, если лопастей более 4 – многолопастными. Ось вращения параллельна ветру, КПД довольно высок – 40-50%.

Барабанные ветрогенераторы – похожи на роторные ветряки, только лопасти расположены в горизонтальной проекции. Ось вращения находится под углом 90 градусов к направлению ветра, что, как следствие, формирует низкий КПД – до 10%.

Итак, в отличие от солнечных коллекторов и батарей, ветрогенераторы лучше устанавливать в северных районах с сильными, частыми и порывистыми ветрами. Чаще всего они дуют вблизи водоемов, в горах и на открытых участках в соответствующей области.

Необычные источники энергии

В Японии недавно начали испытывать методы градиентной энергетики. Для производства электроэнергии используется разница температур морской воды. Например, на небольших глубинах температура составляет порядка 5–6℃, тогда как ближе к поверхности вода прогревается до 22—25 градусов. А поскольку разница глубин при таком температурном перепаде относительно небольшая, то в техническом плане нет серьезных ограничений для реализации этой уникальной задумки. Данная технология больше подходит для прибрежных районов и островов, для которых дешевая энергия крайне важна.

В качестве альтернативы традиционным горючим ископаемым предприимчивые ученые даже решили использовать океанских медуз. Интерес представляют не сами морские обитатели, а содержащийся в них люминесцентный белок, благодаря которому медузы светятся зеленым цветом. Исследования показали, что после кратковременного облучения ультрафиолетовыми лучами протеин начинает излучать электроны, трансформируя их в электрический ток. Но в масштабах планеты данная технология пока не применима.

Альтернативные источники энергии для дома — тема весьма интересная и заслуживает всестороннего рассмотрения

Возможность жить полностью автономно привлекает внимание миллионов людей на планете. Самыми востребованными в жилом секторе признаны методы получения электроэнергии из ветра и солнца, но и другие варианты со временем могут стать ключевыми в энергетической отрасли

Уже сегодня можно встретить необычные технологии, которые пригодны для индивидуального пользования: ветряные турбины на прицепе, мини-электростанции на основе воздушного змея, стеклянные шары для аккумуляции солнечных энергоресурсов… Постоянное развитие альтернативных отраслей энергетики позволит нам сохранить экологию на земле и снизить себестоимость электроэнергии.

Плюсы и минусы использования

Как у каждого конкретного источника энергии, вне зависимости от того, к какому типу он относится, традиционному или альтернативному, свойственны относящееся именно к нему достоинства и недостатки использования.

Кроме этого, в каждой группе энергоресурсов свойственны общие плюсы и минусы. Для альтернативных источников, к таковым относятся:

• Плюсами использования являются:
• Возобновляемость альтернативных источников энергии;
• Экологическая безопасность;
• Доступность и возможность использования в широком спектре применения;
• Низкая себестоимость энергии, получаемой в результате преобразования.
• Минусы использования:
• Высокая стоимость оборудования и значительные материальные затраты на этапах строительства и монтажа;
• Низкий КПД установок;
• Зависимость от внешних факторов, как-то: погодные условия, сила ветра и т.д.;
• Относительно не большая установленная мощность генерирующих установок, за исключением гидроэлектростанций.

Биодизель

Еще один популярный и перспективный вариант альтернативного топлива— метиловый эфир жирных кислот, который получают из растительного масла. Например, в Германии рапсовый метиловый эфир продается уже более чем на 800 заправочных станциях. Сейчас биодизельное топливо часто отождествляют с рапсовым маслом, которое действительно стало основным сырьевым источником «биодизеля» в Европе. Помимо биотоплива рапс используется и как кормовое растение для всех сельскохозяйственных животных, а также для производства маргарина. Однако биодизельное топливо можно получать и из других масел, например, подсолнечного, пальмового или соевого, что и делают за пределами Европы

Важно иметь ввиду, что сами по себе растительные масла в качестве топлива не используются

В растительном масле содержатся жиры — эфиры жирных кислот с глицерином. В процессе получения «биодизеля» эфиры глицерина разрушают и заменяют глицерин (он выделяется как побочный продукт) наиболее простые спирты— метанол и, реже, этанол. Растительные масла и их эфиры, как и спирты, отличаются агрессивностью ко многим материалам, традиционно используемым в двигателях и топливной системе автомобилей. В последние годы большинство европейских производителей выпускают машины, допускающие использование смесей нефтяного топлива с «биодизель» в количестве 5—20%, а иногда и 100% биотоплива. Добавление биокомпонента в количестве до 5% обычно считается приемлемым для любых двигателей, не адаптированных к биотопливу. Достаточно активно биодизельное топливо внедряется и в США, где в качестве сырья используют чаще всего соевое масло.

Еще один перспективный источник биотоплива— отработанные пищевые масла. И в Соединенных Штатах, и в Европе политики рассматривают биотопливо как способ сократить выбросы углекислого газа в атмосферу и уменьшить зависимость от импортируемой нефти. Несмотря на очевидные выгоды использования биотоплива, есть и определенные проблемы. Критики полагают, что из-за биологического топлива, получаемого из зерновых, взлетят цены на продукты питания. По мнению экспертов, возможность производить дизельное топливо из пальмового масла или этанол из кукурузы заставляет фермеров переходить на выращивание только этих культур, что незамедлительно отразится на самых незащищенных слоях населения

Остается надеяться, что производители биотоплива примут во внимание, что существующие сегодня технологии позволяют изготовлять биологическое топливо из ряда непищевых материалов, включая древесину, сорняки и даже пластиковые пакеты

Перспективы использования альтернативных источников энергии.

Экологическая чистота и безопасность альтернативных источников электроэнергии является главным, но далеко не единственным аргументом в пользу альтернативных источников энергии. Во многих странах разработаны программы по переходу к возобновляемой энергетике. Альтернативная энергия продолжает укреплять свои позиции. В некоторых странах разработаны государственные программы со значительными денежными вложениями в возобновляемые источники энергии. По сравнению с 2009 годом стоимость солнечной энергии уже снизилась на 60%, а на энергию ветра – в два раза и стала более доступной.

Источник материалов для статьи: GWS Еnergy.

Недостатки энергии биомассы

Одним из недостатков энергии биомассы является объем пространства, который она требует. Для выращивания некоторых культур биомассы требуется много земли и воды, и, когда они вырастут, продукт нуждается в большом объеме хранилища, прежде чем превратиться в энергию. Другим недостатком является то, что энергия биомассы не совсем чиста. Некоторые парниковые газы все еще производятся; хотя уровни этих газов намного меньше, чем выбросы ископаемых видов топлива.

Еще один недостаток производства топлива из биомассы заключается в том, что он довольно дорогостоящий и включает расходы, в том числе оплату большого количества задействованных ресурсов и транспортных расходов, поскольку этот вид энергии должен производиться вблизи того места, где произрастает источник.

digitrode.ru

Структура и обоснованная необходимость в их применении

К нетрадиционным источникам энергии относят:

• солнечную;
• ветровую;
• геотермальную;
• энергию морей, рек, приливов;
• биоэнергетику;
• энергию атмосферного электричества и грозовую энергетику.

Увеличение населения Земли требует больших энергетических затрат. Запас полезных ископаемых, представляющих традиционные источники, не безграничен. Поэтому ведется активный поиск путей решения энергетической проблемы

Переход на использование чистых, природных источников является важной вехой в развитии человечества

Основные причины, побуждающие к переходу на АЭИ:

1. Глобально-экологическая. Применение традиционных энергодобывающих технологий ведет мир к глобальной экологической катастрофе. Одно из таких последствий – изменение климата, которое длится уже несколько лет.
2. Политическая. Страна, освоившая АЭИ первой, сможет диктовать цены на топливные ресурсы.
3. Экономическая. Переход на нетрадиционные энергетические технологии даст возможность перераспределить топливные ресурсы для развития промышленности. Стоимость альтернативной энергии значительно ниже, чем электроэнергии, получаемой из традиционных источников.
4. Социальная. С ростом численности населения становится сложным найти место для строительства АЭС и ГРЭС, которое было бы безопасным для окружающих. Исследования показали, что у населения, проживающего неподалёку от таких станций, подтвержден больший процент онкологических и других тяжелых заболеваний.
5. Эволюционно-историческая. Объем топливных ресурсов ограничен, биосфера и атмосфера страдают от их использования. Эти факторы тормозят процесс эволюции человечества. Переход на альтернативные источники энергии будет толчком к новому этапу развития.