Что может быть заманчивее, чем бесплатные ресурсы? Проблема использования альтернативных источников энергии занимает умы учёных многие десятилетия. Интерес к этой теме растёт прямо пропорционально увеличению счетов на оплату коммунальных услуг.. Из этой статьи вы узнаете о том, что такое альтернативные источники энергии, какие существуют технические и инженерные решения, которые приблизят нас к разумной экономии, а также оценим перспективу отдельных направлений.
Читайте в статье:
К такому устройству можно присоединить экономную светодиодную лампочку или аккумулятор. Накопитель пригодится для зарядки смартфона. Простота конструкции позволяет реализовать такой проект собственными силами. Кроме того, такое инженерное решение не потребует финансовых затрат. Единственное, что необходимо, – сноровка, пара часов свободного времени и некоторые простейшие охотничьи приспособления.
Решение «Робинзона Крузо» хоть и является в целом эффективным, при внимательном рассмотрении не лишено недостатков:
Шутливый пример хорошо подходит для нескольких серьёзных выводов:
Поверхностное изучение вариантов использования альтернативных источников энергии не позволит сделать правильные выводы. В любом случае рекомендуется учитывать особенности места, где предполагается установка конструкции, сложность монтажа и регламентного обслуживания. В этой статье остановимся на тех идеях использования альтернативной энергетики для дома, которые можно воплотить самостоятельно.
В наши дни прямой привод к исполнительным механизмам не используют, но принципы остались прежние. Ветер вращает крупные лопасти вентилятора, соединённого с электрическим генератором. Чтобы получить постоянство и достаточную силу воздушного потока, такие сооружения поднимают на большую высоту и устанавливают на морском береге.
На рисунке отмечены следующие типовые компоненты:
Без дополнительных механических преобразователей приборы получают электроэнергию с помощью солнечных батарей. В этом варианте используют ЭДС, которая образуется при облучении области неравновесного полупроводникового p-n перехода. Положительный эффект возникает при попадании фотонов на пластинку, сделанную из нескольких слоёв кремния разных типов.
В этом примере предусмотрено совместное использование нескольких альтернативных источников энергии. Чтобы компенсировать снижение производительности при слабом ветре и ночью – установлен накопительный аккумулятор. При необходимости используют запасной бензиновый или дизельный генератор.
Инфракрасное излучение ближайшей к нашей планете звезды можно использовать для повышения эффективности штатных систем (отопления и горячего водоснабжения) частного дома. Для этого на крыше устанавливают простую конструкцию из труб. Теплоноситель подают в контур бойлера косвенного нагрева. Оптимальный режим циркуляции поддерживают насосом и блоком управления с датчиками температуры.
Даже в сильный мороз на достаточно большой глубине грунт сохраняет положительную температуру. Это тепло можно использовать по следующей схеме:
Рабочий цикл:
Такая методика позволит без ограничения пользоваться альтернативными ресурсами круглый год из незамерзающих водоёмов. КПД всех установок этого типа зависит от разницы температур на входе и выходе внешнего контура.
В общем определении к ресурсам этой категории можно причислить нефть и уголь. Однако их возобновление происходит слишком медленно даже по отношению ко времени существования человеческой цивилизации. Для практической реализации частного проекта подойдут иные альтернативные источники энергии:
Из примера становится понятно, что некоторые альтернативные источники энергии сами по себе несут дополнительные бонусы. В последнем случае измельчённую биомассу используют в качестве удобрений. Для улучшения производительности и эффективности в данном проекте установлены две рабочих ёмкости. Образованный газ можно применять как топливо для генераторов электрической энергии и котлов отопления.
Необязательно переплачивать за ультрасовременную конструкцию. Вполне достаточно установить колесо с лопатками, подсоединить его к электромотору, дополнить защитной и управляющей автоматикой.
Такими источниками пользуются для выработки тепловой и электрической энергии. В этом случае минимальны процессы преобразования, поэтому можно получить хорошие экономические результаты.
На рисунке изображена принципиальная схема сварочного аппарата. Однако этот газ можно использовать для питания горелки в топке котла, привода в действие ДВС.
А вот следующая схема – вполне серьёзный и даже запатентованный образец (номер официального патента − RU 2245606). Внимательно изучите схему и пояснения, эта разработка ещё раз подтверждает, что всё гениальное – просто.
При желании можно пробовать воспроизвести подобные самоделки. Но следует отметить, чаще всего некоторые детали – не фабричные образцы, а самодельные изделия. Поэтому доверять такой «сборке» стоит с осторожностью.
В интернете можно найти десятки идей, потенциально подходящих для реализации в том или ином виде. А сейчас мы переходим к обсуждению методик, уже применяющихся в России. Эффективность таких альтернативных источников энергии доказана практическими испытаниями.
В основу конструкции заложен накопительный принцип фотоэлементов солнечных батарей. Такая технология известна уже несколько десятков лет. Однако только в последние годы появились изделия, доступные по цене для рядового потребителя.
Солнечные панели вырабатывают постоянный ток, который без дополнительного преобразования можно использовать для заряда аккумуляторных батарей, питания светодиодных ламп и других подходящих устройств. Телевизоры, стиральные машины и другую технику подключают через инвертор, который создаёт на выходе синусоиду в 220V. Контроллер управляет переключениями, обеспечивает оптимальный режим заряда аккумуляторных батарей.
| Бренд/ Модель | Примечания | |
| 4480 | Поликристаллическая панель. Напряжение − 12 V, Номинальная мощность − 100 Вт, Размер − 15,6×15,6 см. Допустима эксплуатация при температуре от -40 до + 85°С. |
| 8700 | Универсальный контроллер − 12/24 В. Максимальная мощность − 390 Вт (12 V). Допустимый ток при зарядке аккумулятора – до 40 А. С подключением внешнего термодатчика выполняется контроль температуры с защитой от перегрева. |
| 61000 | Инвертор. Номинальная мощность − 4,5 кВт. |
| 16100 | Аккумуляторная кислотно-свинцовая батарея. Ёмкость − 90 А*ч, Срок службы – 12 лет. Создана в необслуживаемом исполнении. |
В таблице представлены основные компоненты для создания индивидуального альтернативного источника энергии. Кроме перечисленных изделий, понадобятся соединительные провода, элементы крепления. Многое зависит от параметров инсоляции – количества и продолжительности солнечных дней. В простейшем варианте создают автономную систему с дежурным дизельным/бензиновым генератором. Также применяют различные комбинации со стандартными сетями электропитания.
| Бренд/ Модель | Средняя цена (по состоянию на апрель 2018 г.), руб. | Примечания |
| 33900 и 45900 (серии 2.0 и 3.0) | Солнечные коллекторы. Толщина стекла − 3,2 мм, Проницаемость света – до 85%. |
| 175200 | Специализированный бойлер. Оснащён регулирующей аппаратурой. Магниевая защита от коррозии. Объём − 1000 литров. |
| 39200 | Титановое покрытие. Допустимо применение горизонтальной и вертикальной монтажной схемы с объединением до 10 изделий в одном рабочем блоке. |
| 179300 | Комплект нагревательного оборудования с бойлером и насосной группой. |
Все альтернативные источники энергии, созданные известными брендами, на картинках выглядят привлекательно. Но в данном случае особое значение имеют практические параметры, а не эстетика. В процессе изучения гелиоустановок следует обратить внимание на следующие нюансы:
Чтобы предотвратить перегрев, применяют разные инженерные решения. В коллекторах Viessmann, например, устанавливают специальный слой, который изменяет свою структуру при температуре +75°C и более. Тем самым уменьшается эффективность установки, предотвращается образование пара в трубопроводе.
| Бренд/ Модель | Средняя цена (по состоянию на апрель 2018 г.), руб. | Примечания |
| 48100 | Специализированный воздушный тепловой насос для поддержания комфортной температуры воды в бассейне. |
| 1 368000 | Мощность обогрева – до 3,52 кВт. Совместимость с домашними системами ГВС и отопления. |
| 492340 | Внутренний блок. Источник тепла – воздух. Обеспечивает нагрев воды до +80°C. Уровень шума – 26дБ. |
| 348800 | Геотермальный тепловой насос. Мощность обогрева/охлаждения −7,8/7,57 кВт. Допустимо использование воды и грунта в качестве источника тепла. |
| Бренд/ Модель | Средняя цена (по состоянию на апрель 2018 г.), руб. | Примечания |
| 73900 | Ветрогенератор вырабатывает до 1 кВт электроэнергии при скорости ветра в 10 м/с. |
| 340000 | Эта техника вырабатывает номинальную мощность (3кВт) при скорости ветра − 7−7,5 м/с. Уровень шума – до 35 дБ. |
| 284000 | Мощность – 5 кВт. Стартовая/ номинальная скорость ветра − 2/9 м/с. |
Чтобы получить альтернативное электричество для частного дома своими руками, можно воспользоваться этим проектом. Основные функциональные части можно создать из стандартных изделий и подручных средств. Дополнительно надо продумать способ удобной загрузки биомассы. С добавлением подходящего котла получится решить задачу отопления и подготовки горячей воды.
К сведению! Профильные производители предлагают изготовление наборов для получения биогаза по индивидуальному заказу с предварительным расчётом стоимости.
Энергия – очень важная часть жизни человека. Без энергии невозможно существование, как человеческого организма, так и любого прибора, существующего на Земле. Поэтому во все времена люди пытались отыскать источники энергии, способные обеспечить все производственные потребности.
Потребности населения с каждым днем растут, исходя из этого, необходимы новые, более энергоемкие ресурсы, способные удовлетворить запросы людей. Если ранее угля и нефти было вполне достаточно, то в нынешнее время запасы порядком истощились, а потребность только растет с каждым днем. Поэтому сейчас активно разрабатываются новые альтернативные виды энергии.
Альтернативная энергетика давно перешла из разряда научной фантастики в широко применяющийся формат организации энергоснабжения многих предприятий и населенных пунктов. Исследования и разработки не проходят зря. И если еще пару десятков лет назад виды альтернативных источников энергии ограничивались ветряными электростанциями и использованием солнечных батарей, то сейчас этот список расширился и значительно дополнился.
Солнечные батареи были изобретены достаточно давно, и сейчас вряд ли кого-то можно поистине ими удивить. В нынешнее время подобный источник энергии активно применяется во многих сферах. Его используют как в промышленных целях, так и для обеспечения энергоснабжения на частных участках. Конструкция и принцип работы такого оборудования достаточно прост. При этом его стоимость все же не позволяет использовать подобный вид автономного обеспечения энергией любому человеку.
Для продуктивной работы солнечных батарей очень важен климат. Местность, на которой подразумевается установка данной системы, должна отличаться большим количеством теплых солнечных дней в году. Установка подобного оснащения в дождливых и более холодных районах будет менее целесообразной.
Еще одним достаточно популярным видом альтернативного источника энергии является ветер. Наиболее выгодно располагать подобные электростанции в сельских районах, в районе полей, на равнинах. Механическая энергия ветра преобразуется специальными генераторами в электроэнергию. Лопасти ветряков вращаются, получая энергию ветра, после чего она перерабатывается в используемое нами электричество.
Цена данного оборудования также не является общедоступной, будучи достаточно высокой. Тем не менее, необходимые климатические условия встречаются на большей местности и являются более приемлемыми.
Данный вид энергоснабжения менее популярен, чем предыдущие. Это обусловлено тем, что горячие источники встречаются достаточно редко, и их не так много. Тем не менее, подобный ресурс также имеет место быть. Принцип работы оснащения для получения такой энергии заключается в том, что турбины приводятся в движение паром, после чего начинают функционировать электрогенераторы.
В местности, где есть выход к морю или океану достаточно часто успешно используется энергия воды. Механическая сила воды во время приливов и отливов заставляет вращаться специальные турбины, установленные на станции. Таким образом, она преобразуется в электроэнергию.
Электростанции подобного типа не так распространены. Не всегда их окупаемость достаточно высока, поэтому их эффективность порой не приносит реальной выгоды.
Реакция водорода также может быть видом альтернативного источника энергии. Во время этого процесса может выделяться вода и тепло, а также образовываться электричество. При этом, данный способ получения энергии является экологически чистым и обладает высоким коэффициентом полезного действия.
Любые научные разработки и исследования в основном направлены на улучшение жизни людей. Одним из таких направлений, способных значительно изменить существование человека, является развитие энергетики будущего. Поэтому процесс поиска и введение в эксплуатацию новых способов получения энергии очень важен для развития общества.
“Зеленая энергетика” привлекает просто космическими перспективами. Из окружающей среды можно получать совершенно бесплатно неисчерпаемую энергию для обслуживания автономных коммуникаций. Причем ее ресурс ежедневно восстанавливается без участия человека.
Однако для того чтобы грамотно пользоваться настоящими подарками природы, нужно знать, как они работают и где применяются. Согласны?
Все о том, как используется альтернативная энергия для дома, вы узнаете из представленной нами статьи. Ознакомившись с материалом, вы сможете выбрать максимально подходящий вариант получения тепла или электричества.
Мы детально описали установки, перерабатывающие энергию солнца/ветра/воды/земли. Кратко и предельно просто изложили принцип их работы. Предложенные сведения помогут сравнить способы и источники получения энергии.
Приобрести промышленные модели современных устройств для извлечения тепловой или электрической энергии из окружающей среды не так уж и сложно.
К самым популярным вариантам такого оборудования можно отнести:
Наука на месте не стоит, появляются все новые модели устройств для получения альтернативной энергии. Важно не только выбрать подходящий вариант, но и правильно его установить. Очень часто обойтись только каким-то одним агрегатом не удается. Можно совмещать использование различных ресурсов.
Например, солнечная батарея дает больше электроэнергии в летний период, а ветрогенератор – в зимний. Сочетание этих двух устройств позволяет обеспечить достаточным количеством автономной электроэнергии в течение всего года. Подобным образом можно также комбинировать и другие устройства.
Эти элементы становятся все популярнее и разнообразнее. Их продают как в виде готовых комплектов, так и в виде отдельных фотоэлементов. С последними охотно работают мастера-аматоры, которые все предпочитают делать своими руками – это относительно несложная задача.
Промышленные модели солнечных коллекторов намного производительнее, чем “самоделки”, и могут работать круглый год, но стоимость такой системы может оказаться довольно высокой
Конечно, современные солнечные коллекторы промышленного производства устроены сложнее и работают эффективнее. В некоторых устройствах в качестве теплоносителя используется фреон, позволяющий получать тепловую энергию даже во время холодов.
Промышленные агрегаты могут быть снабжены вакуумными трубками, блоком с фотоэлементами, датчиками температуры, системой автоматического управления и т.п. Стоимость такого коллектора может оказаться весьма внушительной.
Ветрогенераторы – устройства известные давно и довольно популярные у поклонников экологически чистой энергии. Это достаточно громоздкое устройство, особенно если лопасти ветряка вращаются в горизонтальной плоскости. Поэтому версии с вертикально расположенными лопастями более популярны.
Ветрогенераторы – это достаточно громоздкие изделия, которые следует установить на открытой местности, которая хорошо продувается ветрами. Одно такое устройство может полностью покрыть потребности частного дома в электроэнергии
Ветряк размещают на высокой и прочной стойке. Движение лопастей передается на генератор, полученная энергия накапливается в аккумуляторе. Затем электроэнергия передается на внутреннюю электрическую систему дома или используется иным образом.
Эти устройства давно заняли почетное место в семействе приспособлений для получения экологически чистой энергии. Работает тепловой насос примерно так же, как холодильник или кондиционер, но только наоборот.
Используют приборы такого типа, главным образом, для обогрева жилища, а также для подогрева воды. Хотя существуют и модели, которые в летнее время успешно справляются с обязанностями кондиционера.
Принцип работы теплового насоса основан на поглощении тепловой энергии с низким потенциалом в концентрированное высокопотенциальное тепло. Устройства типа “земля-вода” сложны в монтаже, но эффективны
В качестве источника тепла такие системы используют энергию воздуха, тепло грунта и воды. Энергия есть везде, но в этих ресурсах она имеет низкий потенциал. Наружный контур теплового насоса собирает эти рассеянные крохи тепловой энергии и перемещает их в систему.
Для трансформации энергии в высокопотенциальное состояние используют хладагент, обычно фреон. Он поглощает полученную энергию, нагревается и поступает в компрессор. Здесь хладагент сжимается и через испаритель поступает в теплообменник внутреннего контура отопления.
Теплоноситель поглощает концентрированную тепловую энергию, а фреон проходит через испаритель и снова переходит в жидкое состояние. Теперь он получает низкопотенциальную энергию, нагревается и т.д.
В зависимости от источника тепловой энергии, а также от вида теплоносителя выбирают и тип теплового насоса: “земля-вода”, и т.п. С помощью такого устройства можно реализовать не только традиционное водяное отопление, но и воздушное.
Многие умельцы успешно освоили самостоятельное изготовление подобного агрегата, интересные варианты описаны в следующих статьях:
Извлекать тепло из земли – не самая простая задача, поскольку понадобится просторный земельный участок и обширные земельные работы. Трубы наружного контура укладывают в траншеи и засыпают землей. Понятно, что использование этого участка в дальнейшем будет ограничено.
Внешний блок теплового насоса типа “воздух-вода” нужно просто установить на подходящей площадке, но такое устройство может быть не слишком эффективно при низкой температуре наружного воздуха
Но таким образом можно обеспечить стабильную температуру теплоносителя в наружном контуре, а это важное условие для успешной работы теплового насоса. Очень удобно, если рядом с домом имеется водоем, наружный контур можно погрузить в воду без особых проблем. В качестве альтернативы водоему используют водяную скважину.
Для забора тепла из воздуха используются не трубы с жидким теплоносителем, а мощные вентиляторы, которые нагнетают воздух в теплообменник. Температура наружного воздуха далеко не так постоянна, как в вариантах с водой или землей, но зато подобрать место для агрегата и выполнить монтаж значительно проще.
К сожалению, такие устройства малоэффективны в северных районах, поскольку обогрев невозможен уже при -20 градусах температуры наружного воздуха. Проблему решают путем сочетания двух различных систем отопления.
Отходы – еще один интересный ресурс для получения тепловой энергии. При переработке отбросов с помощью анаэробных бактерий выделяются такие вещества, как метан, сероводород, углекислота и некоторое количество примесей.
Эту газовую смесь называют биогазом, ее также можно рассматривать в качестве современного альтернативного источника энергии.
Для переработки в биогенераторе обычно используют смесь из отходов растительного и животного происхождения с водой. Влажность массы должна составлять 88-96% в зависимости от времени года
Конечно, получают это горючее вещество не из содержимого канализации. Для этого используют органические отходы животного или растительного происхождения. Их помещают в специальную емкость, очень прочную и обязательно герметичную. Туда же загружают бактериальные культуры.
Внутри устройства устанавливают шнек, чтобы перемешивать биологическую массу. Это увеличит скорость реакции и сделает работу генератора более эффективной.
Массу, предназначенную для переработки, разбавляют водой, которая должна быть подогрета примерно до 40°С. В летнее время следует доливать больше воды, но в зимний период влажность биомассы может составлять около 90%.
Чтобы поддерживать комфортную для жизнедеятельности микроорганизмов температуру, емкость биогенератора покрывают теплоизоляционными материалами. Все исходные материалы загружают через горловину, которую после этого плотно закрывают. Биогаз скапливается в верхней части устройства и отводится из него по специальному патрубку.
Для удобства, экономии места и безопасности биогазовые установки помещают под землей, распределение газа осуществляется через гидрозатвор, обязательно нужно обеспечить подогрев биомассы (+)
Переработанные отходы выгружают через отдельный патрубок, они представляют собой ценное удобрение, применение которому можно найти на участке. Важный момент при самостоятельном создании биогенератора – безопасность. Поскольку газ постоянно накапливается в емкости, там постоянно повышается давление.
Процесс самостоятельного создания биогенератора из металлической бочки описан в этом ролике:
Если этот процесс не контролировать, устройство может просто взорваться. Считается более безопасным размещение биогенератора под землей, а не на поверхности. Следует обеспечить постоянный отбор полученного газа из емкости, чтобы нормализовать давление.
С газовой смесью также нужно обращаться осторожно. Это горючее вещество имеет резкий и неприятный запах, его вдыхание может быть опасным для здоровья людей.
Устройства этого типа известны еще с середины прошлого века. Они позволяют преобразовать тепловую энергию в электрическую. Современный вариант термогенератора промышленного производства предназначен для установки на газовые котлы или дровяные печи длительного горения мощностью не менее 200 Вт.
Такой прибор позволяет в зимнее время, когда отопительные приборы работают непрерывно, получать около 150 кВт/ч электроэнергии в месяц.
Можно рассматривать его как дополнительный вариант в сочетании с солнечными батареями или как способ компенсировать частые отключения электроэнергии.
Существуют и походные модели теплогенераторов, которые могут перерабатывать тепловую энергию обычного костра. Их можно использовать во время строительства там, где нет электричества как альтернативу генератору, работающему на сжиженном топливе.
Ролик познакомит с наиболее популярными вариантами установок, работающих от альтернативных источников энергии:
Единственный значимый недостаток альтернативных способов получения энергии – высокая цена оборудования и монтажа. Высокотехнологичные разработки эффективны, удобны и недешевы. И все же вложения со временем окупятся. А для любителей мастерить всегда остаются варианты для самостоятельного изготовления.
Расскажите, что вы думаете относительно использования альтернативной энергии для дома? Делитесь своим мнением, участвуйте в обсуждениях и задавайте вопросы. Оставлять комментарии можно в форме, расположенной ниже.
Ни для кого не секрет, что используемые сегодня человечеством ресурсы конечны, более того, их дальнейшая добыча и использование может привести не только к энергетической, но и к экологической катастрофе. Традиционно используемые человечеством ресурсы — уголь, газ и нефть — закончатся уже спустя несколько десятилетий, и меры нужно принимать уже сейчас, в наше время. Конечно, можно надеяться, что мы вновь найдем какое-либо богатое месторождение, так же как было в первой половине прошлого века, однако ученые уверены, что таких крупных залежей уже нет. Но в любом случае даже открытие новых месторождений только отсрочит неизбежное, необходимо найти способы производства альтернативной энергии, и переходить на возобновляемые ресурсы, такие как ветер, солнце, геотермальная энергия, энергия водных потоков и другие, а наряду с этим нужно продолжать разработки энергосберегающих технологий.
В этой статье мы рассмотрим несколько самых перспективных, на взгляд современных ученых, идей, на которых будет строиться энергетика будущего.
Люди издавна задумывались над тем, возможно ли Под солнечными лучами нагревали воду, сушили одежду и глиняную посуду перед ее отправкой в печь, однако эти способы нельзя назвать эффективными. Первые технические средства, преобразующие солнечную энергию, появились еще в 18 веке. Французский ученый Ж. Бюффон показал опыт, в котором ему удалось с помощью большого вогнутого зеркала в ясную погоду воспламенить сухое дерево с расстояния около 70 метров. Его соотечественник, известный ученый А. Лавуазье, применял линзы, чтобы концентрировать энергию солнца, а в Англии создали двояковыпуклое стекло, которое, фокусируя солнечные лучи, расплавляло чугун всего за несколько минут.
Естествоиспытатели проводили множество опытов, которые доказывали, что солнца на земле возможно. Однако солнечная батарея, которая превращала бы солнечную энергию в механическую, появилась сравнительно недавно, в 1953 году. Ее создали ученые из Национального аэрокосмического агентства США. Уже в 1959 году солнечную батарею впервые применили для оснащения космического спутника.
Возможно уже тогда, осознав, что в космосе такие батареи гораздо эффективнее, ученым пришла идея о создании космических солнечных станций, ведь за час солнце вырабатывать столько энергии, сколько все человечество не потребляет и за год, так почему же не использовать это? Какой будет солнечная энергетика будущего?
С одной стороны кажется, что использование солнечной энергии идеальный вариант. Однако себестоимость огромной космической солнечной станции очень высока, да и к тому же она будет дорога в эксплуатации. Со временем, когда будут введены новые технологии по доставке грузов в космос, а также новые материалы, реализация подобного проекта станет возможной, но пока мы можем пользоваться только относительно небольшими батареями на поверхности планеты. Многие скажут, что это тоже неплохо. Да, возможно в условиях частного дома, но для энергообеспечения больших городов, соответственно, необходимо либо множество солнечных батарей, либо технология, которая сделает их эффективнее.
Экономическая сторона вопроса здесь тоже присутствует: любой бюджет сильно пострадает, если на него будет возложена задача перевести целый город (или всю страну) на солнечные батареи. Казалось бы, можно обязать жителей городов выплачивать некоторые суммы на переоснащение, но в таком случае недовольны будут они, ведь если бы люди готовы были бы пойти на такие траты, они уже давно сделали бы это сами: возможность купить солнечную батарею есть у каждого.
Касательно солнечной энергии есть и еще один парадокс: затраты на производство. Перевод энергии солнца в электричество напрямую — не самая эффективная вещь. До сих пор еще не найдено способа лучше, чем использовать солнечные лучи для нагревания воды, которая, превращаясь в пар, в свою очередь вращает динамо-машину. В таком случае энергопотеря минимальна. Человечество хочет использовать "экологичные" солнечные панели и солнечные станции, чтобы сохранить ресурсы на земле, однако для подобного проекта потребуется огромное количество тех же ресурсов, и "неэкологичной" энергии. Например, во Франции недавно была построена солнечная электростанция, площадью около двух квадратных километров. Стоимость постройки составила около 110 миллионов евро, не считая затрат на эксплуатацию. При всем этом следует учитывать, что срок службы подобных механизмов составляет около 25 лет.
Энергия ветра — также использовалась людьми еще с древности, самым простым примером можно назвать хождение под парусом и ветряные мельницы. Ветряки используются и сейчас, особенно они эффективны в областях с постоянными ветрами, например на побережье. Ученые постоянно выдвигают идеи, как модернизировать уже имеющиеся приспособления для преобразования ветряной энергии, одна из них - ветряки в виде парящих турбин. За счет постоянного вращения они могли бы "висеть" в воздухе на расстоянии нескольких сотен метров от земли, где ветер сильный и постоянный. Это помогло бы в электрификации сельской местности, где невозможно использование стандартных ветряков. К тому же такие парящие турбины могли бы быть оснащены интернет-модулями, с помощью которых осуществлялось бы обеспечение людей доступом в мировую паутину.
Бум на солнечную и ветряную энергетику постепенно проходит, и интерес исследователей привлекла другая природная энергия. Более перспективной считается использование приливов и отливов. Уже сейчас этим вопросом занимается около ста компаний по всему миру, существует и несколько проектов, доказавших эффективность данного способа добычи электричества. Преимущество перед солнечной энергетикой в том, что потери при переводе одной энергии в другую минимальны: приливная волна вращает огромную турбину, которая и вырабатывает электричество.
Проект "Устрица" — это идея установить на дне океана шарнирный клапан, который будет подавать воду на берег, тем самым вращая простую гидроэлектрическую турбину. Всего одна такая установка могла бы обеспечить электричеством небольшой микрорайон.
Уже сейчас в Австралии успешно применяют приливные волны: в городе Перте установлены опреснители, работающие на этом типе энергии. Их работа позволяет обеспечить пресной водой около полумиллиона человек. Природная энергетика и промышленность также могут сочетаться в этой отрасли производства энергии.
Использование несколько отличается от технологий, которые мы привыкли видеть в речных гидроэлектростанциях. Часто ГЭС наносят вред окружающей среде: затопляются прилегающие территории, разрушается экосистема, а вот станции, работающие на приливных волнах, в этом плане гораздо безопаснее.
Одним из самых фантастических проектов в нашем списке можно назвать использование энергии живых людей. Звучит ошеломляюще и даже несколько ужасающе, но не все так страшно. Ученые лелеют мысль о том, как использовать механическую энергию движения. Речь в этих проектах идет о микроэлектронике и нанотехнологиях с низким энергопотреблением. Пока звучит как утопия, реальных разработок нет, но идея весьма интересная и не покидает умы ученых. Согласитесь, весьма удобны будут устройства, которые подобно часам с автоматической подзаводкой, будут заряжаться от того, что по сенсору проводят пальцем, или от того, что планшет или телефон просто болтается в сумке при ходьбе. Не говоря уж об одежде, которая, наполненная разными микроустройствами, могла бы преобразовывать в электричество энергию движения человека.
В Беркли, в лаборатории Лоуренса, например, ученые попытались воплотить в жизнь идею о том, чтобы использовать вирусы для давления в электричество. Небольшие механизмы, работающие от движения, так же имеются, однако пока что на поток подобная технология не поставлена. Да, с глобальным энергетическим кризисом подобным образом не справиться: скольким же людям придется "крутить педали", чтобы заставить работать целый завод? Но как одна из мер, применяемых в комплексе, теория вполне жизнеспособна.
Особенно подобные технологии будут эффективны в труднодоступных местах, на полярных станциях, в горах и тайге, среди путешественников и туристов, у которых не всегда есть возможность зарядить свой гаджет, а вот оставаться на связи важно, особенно если группа попала в критическую ситуацию. Как много всего можно было бы предотвратить, если бы у людей всегда было надежное устройство связи, не зависящее "от розетки".
Пожалуй, у каждого владельца авто, глядящего на индикатор количества бензина, приближающийся к нулю, возникала мысль о том, как отлично было бы, если бы машина работала на воде. Но сейчас ее атомы попали в поле зрения ученых как настоящие объекты энергетики. Дело в том, что в частицах водорода — самого распространенного газа во вселенной — содержится громадное количество энергии. Более того, двигатель сжигает этот газ практически без побочных продуктов, то есть, мы получаем очень экологичное топливо.
Водородом заправляют некоторые модули МКС и шатлы, но на Земле он существует в основном в виде соединений, таких как вода. В восьмидесятых годах в России были разработки самолетов, использующих в качестве топлива водород, эти технологии даже применяли на практике, и экспериментальные модели доказали свою эффективность. Когда водород отделяется, он перемещается в специальную топливную ячейку, после чего возможна генерация электричества напрямую. Это не энергетика будущего, это уже реальность. Подобные автомобили уже производятся и довольно большими партиями. Компания Honda, дабы подчеркнуть универсальность источника энергии и авто в целом, провела эксперимент в результате которого машина была подключена к электрической домашней сети, однако не для того, чтобы получить подзарядку. Автомобиль может обеспечивать энергией частный дом в течение нескольких дней, или проехать без дозаправки почти пятьсот километров.
Единственный недостаток подобного источника энергии на данный момент — это относительно высокая стоимость таких экологичных машин, и, конечно, достаточно небольшое количество водородных заправок, однако во многих странах уже планируется их постройка. Например, в Германии уже стоит план об установке ста заправочных станций к 2017 году.
Превращение тепловой энергии в электричество — это и есть сущность геотермальной энергетики. В некоторых странах, где затруднено использование других отраслей, она используется довольно широко. Например, на Филлипинах 27 % всего электричества приходится именно на геотермальные станции, а в Исландии этот показатель составляет около 30 %. Сущность этого способа добычи энергии довольно проста, механизм схож с простой паровой машиной. До предполагаемого "озера" магмы необходимо пробурить скважину, через которую подается вода. При контакте с раскаленной магмой вода мгновенно превращается в пар. Он поднимается, где крутит механическую турбину, тем самым вырабатывая электричество.
Будущее геотермальной энергетики состоит в том, чтобы найти большие "хранилища" магмы. Например, в вышеупомянутой Исландии это удалось: раскаленная магма за долю секунды превратила всю закачанную воду в пар температурой около 450 градусов по Цельсию, что является абсолютным рекордом. Подобный пар высокого давления способен повысить эффективность геотермальной станции в несколько раз, это может стать толчком к развитию геотермальной энергетики во всем мире, особенно в областях, насыщенных вулканами и термальными источниками.
Атомная энергетика, в свое время, произвела настоящий фурор. Так было до тех пор, пока люди не осознали всю опасность этой отрасли энергетики. Аварии возможны, от подобных случаев никто не застрахован, но они весьма редки, а вот радиоактивные отходы появляются стабильно и до недавнего времени ученые не могли решить эту проблему. Дело в том, что стержни урана — традиционное "топливо" АЭС, может быть использовано только на 5 %. После выработки этой небольшой части, весь стержень отправляется на "свалку".
Ранее применялась технология, при которой стержни погружались в воду, которая замедляет нейтроны, поддерживая устойчивую реакцию. Сейчас вместо воды стали использовать жидкий натрий. Эта замена позволяет не только использовать весь объем урана, но и переработать десятки тысяч тонн радиоактивных отходов.
Избавить планету от отходов атомной энергетики важно, но в самой технологии есть одно "но". Уран относится к ресурсам, и его запасы на Земле конечны. В случае если всю планету перевести исключительно на энергию, получаемую от АЭС (к примеру, в США АЭС производят лишь 20% всего потребляемого электричества), запасы урана будут истощены довольно быстро, и это снова приведет человечество на порог энергетического кризиса, так что атомная энергетика, пусть и модернизированная, только временная мера.
Еще Генри Форд, создав свою "Модель Т", рассчитывал, что она уже будет работать на биотопливе. Однако в то время были открыты новые нефтяные месторождения, и нужда в альтернативных источниках энергии отпала еще на несколько десятков лет, но теперь снова возвращается.
За последние пятнадцать лет использование растительных видов топлива, таких как этанол и биодизель, возросло в несколько раз. Их используют как самостоятельные источники энергии, так и в качестве добавок к бензину. Некоторое время назад надежды возлагались на особую просяную культуру, получившую название "канола". Она совершенно непригодна в пищу ни для людей, ни для скота, однако обладает высокими показателями масличности. Из этого масла и стали производить "биодизель". Но эта культура займет слишком много места, если попытаться вырастить ее столько, чтобы обеспечить топливом хотя бы часть планеты.
Теперь ученые заговорили об использовании водорослей. Их масличность около 50 %, что позволит так же легко извлекать масло, а отходы можно превращать в удобрения, на основе которых будут выращиваться новые водоросли. Идея считается интересной, но свою жизнеспособность пока что не доказала: публикация об успешных экспериментах в этой области пока не опубликовано.
Будущая энергетика мира, по мнению современных ученых, невозможна без технологий Это, на данный момент, самая перспективная разработка, в которую уже вкладывают миллиарды долларов.
В используется энергия деления. Она опасна тем, что есть угроза возникновения неуправляемой реакции, которая уничтожит реактор, и приведет к выбросу огромного количества радиоактивных веществ: пожалуй, все помнят аварию на Чернобыльской АЭС.
В реакциях термоядерного синтеза, что следует из названия, используется энергия, выделяемая при слиянии атомов. В результате, в отличие от атомного деления, не образуется никаких радиоактивных отходов.
Главной проблемой является то, что в результате термоядерного синтеза образуется вещество, имеющее настолько высокую температуру, что может уничтожить весь реактор.
Будущего — реальность. И фантазии здесь неуместны, на данный момент на территории Франции уже началась постройка реактора. Несколько миллиардов долларов вложено в экспериментальный проект, который профинансирован многими странами, в число которых, помимо ЕС, входят Китай и Япония, США, Россия и другие. Изначально первые эксперименты планировалось запустить уже в 2016 году, однако расчеты показали, что бюджет слишком мал (вместо 5 миллиардов потребовалось 19), и запуск перенесли еще на 9 лет. Возможно, через несколько лет мы увидим, на что способна термоядерная энергетика.
Не только ученые, но и писатели-фантасты, дают множество идей для воплощения технологии будущего в энергетике, однако все сходятся на том, что пока что ни один из предложенных вариантов не может произвести полное обеспечение всех потребностей нашей цивилизации. К примеру, если все автомобили в США будут ездить на биотопливе, полями канолы придется засадить территорию, равную половине всей страны, без учета того, что земель, пригодных для земледелия в Штатах не так уж много. Более того, пока что все способы производства альтернативной энергии - дороги. Пожалуй, каждый из простых городских жителей, согласен, что важно использовать экологически чистые, возобновляемые ресурсы, однако не в случае, когда им озвучивают стоимость такого перехода на данный момент. Ученым предстоит еще много работать в этой сфере. Новые открытия, новые материалы, новые идеи - все это поможет человечеству успешно справиться с назревающим ресурсным кризисом. Решить планеты можно только комплексными мерами. В некоторых областях удобнее применять добычу энергии с помощью ветра, где-то - солнечные батареи, и так далее. Но, возможно, главным фактором станет снижение энергопотребления в целом и создание энергосберегающих технологий. Каждый человек должен понимать, что несет ответственность за планету, и каждый должен задать себе вопрос: "Какую энергетику я выбираю для будущего?" Прежде чем перейти на другие ресурсы, каждый должен осознать, что это действительно необходимо. Только при комплексном подходе удастся решить проблему энергопотребления.
Альтернативные источники энергии – это возобновляемые источники энергии, к которым относятся: энергия солнца, ветер, приливы и отливы, морские волны, тепло планеты. От традиционных исчерпаемых тепловых источников энергии в скором будущем придется отказаться. Набольшую долю атомной энергии придется оставить.
Для существования и развития человечества необходимо производство энергии. В нашу жизнь настолько вошли тепло- и электроэнергия, что человек не может отказаться от их потребления. С другой стороны, на первый план выходит экономический аспект энергетики и создание экологически чистого производство. Здесь возникает необходимость в решении ряда вопросов, связанных с перераспределением средств на покрытие потребностей человека, а также поиске и разработки совершенно новых альтернативных технологий для производства электроэнергии и тепла.
На сегодняшнее время перед человечеством стоит глобальная проблема – загрязнение окружающей среды продуктами горения органического топлива. Темпы производства быстро растут, а это может привести к тому, что через несколько десятилетий крупные индустриальные города увязнут в смоге. Вторая сторона этой проблемы выражается в том, что мы используем исчерпаемые ресурсы. При таких быстрых темпах потребления угля, нефти, газа через столетие наступит энергетический кризис.
Существуют несколько причин, указывающих на необходимость скорейшего перехода на производство альтернативных источников энергии. Всем известно, что традиционные энергодобывающие технологии ведут к глобальному изменению климата. направлены на разрешение глобально – экологических проблем.
Вторая причина – политическая, заключается в том, что страна, первая освоившая альтернативные источники энергии, займет мировое первенство и станет диктовать цены на топливо.
Стоимость альтернативных источников энергии значительно ниже стоимости традиционных источников, причем строительство альтернативных станций окупается быстрее. Альтернативные источники энергии позволят сэкономить топливные ресурсы страны для использования их в других промышленностях, поэтому здесь решается экономическая причина.
Не следует забывать о социальной причине, так как плотность населения постоянно растет, а мест для строительства АЭС и ГРЭС немного. В районах, где расположены крупные АЭС и ГРЕС увеличилось число онкологических заболеваний. Альтернативные источники энергии помогут сохранить здоровье и жизнь многим людям.
Эволюционно-историческая причина связана с ограниченностью и невозобновляемостью топливных ресурсов планеты. Использование традиционных источников энергии может привести человечество в тупик.
Для того чтобы выяснить эффективность применения альтернативных источников энергии необходимо подробно рассмотреть каждый из них.
Солнце – это ведущий источник энергии. Лишь небольшая часть солнечной энергии используется в настоящее время, так как солнечные батареи обладают небольшим коэффициентом полезного действия и не дешевые в производстве. Но отказываться от экологически чистой неисчерпаемой энергии солнца не следует. Данные специалистов показывают, что гелиоэнергетика способна обеспечить все нужды человечества на тысячи лет вперед. КПД гелиоустановок можно увеличить за счет из размещения на крышах домов. Таким образом, будет удовлетворяться потребность человека в тепле, подогреве воды, работе электроприборов. Для промышленных нужд можно размещать гелиоустановки, используя территорию пустынь и пустырей. Но трудности связанные со строительством и эксплуатации гелиоэнергоустановок, делают общий удельный вес гелиоэнергетики достаточно скромным.
Альтернативные источники энергии заключаются не только в использовании энергии солнца. По данным Всемирной метеорологической организации потенциал энергии ветра составляет 170 триллиона кВт·ч в год. Производство энергии ветра имеет свои недостатки. Поскольку энергия ветра сильно рассеяна в пространстве, то нужны такие ветроэнергоустановки, которые смогут беспрерывно работать с высоким КПД. Ветер отличается своей непредсказуемостью. Он постоянно меняет направление, может затухать или достигать огромной силы. Ветроэнергостанции мешают полетам птиц, отражают радиоволны, шумят. Однако эти недостатки можно уменьшить.
На сегодняшний момент существуют ветроэнергоустановки, которые могут работать при слабом ветре. Лопасти винта работают таким образом, чтобы постоянно обеспечивалось использование ветра.
Свое применение нашли циклонные электростанции, мощность которых достигает 100 тысяч киловатт. Принцип действия циклонных электростанций заключается в том, что когда теплый воздух поднимается, он смешивается с циркулирующим воздушным потоком, образовавшийся «циклон» начинает вращать турбину. Такие установки эффективнее солнечных батарей. Сооружаются «ветряные фермы», которые компенсируют изменчивость ветра. Они возводятся на обширной территории, потому что ветряки нельзя размещать близко друг к другу. Такие альтернативные источники энергии существуют в США, в Англии, во Франции. В Дании ветроэнергоустановка расположилась на прибрежном мелководье Северного моря. Там она никому не мешает и ветер устойчивее. На протяжении 90-х годов в Нидерландах и Швеции велось строительство 54 тысяч энергоустановок. Германия, используя альтернативные источники энергии, получает 10% электроэнергии, за счет энергии ветра. Западная Европа получает 2500 МВ электроэнергии путем использования энергии ветра.
Топливом будущего считается водород. Во время окисления водорода, как побочный продукт образуется вода, а из нее можно так же добывать водород. Поскольку 73% земной поверхности покрыто водой, то можно сказать, что водород является неисчерпаемым топливом.
Альтернативные источники энергии связывают со строительством гидроэлектростанций. В начале прошлого века крупные реки, перегороженные плотинами, давали дешевую энергию. Однако такое вмешательство в природу привело к ущербу для сельского хозяйства, потому что земли расположенные выше плотин затоплялись, ниже – падал уровень грунтовых вод. Все это приводило к потере пространства земли, загниванию воды в водохранилищах, прерыванию естественного течения рек. Отрицательное воздействие на окружающую среду крупных ГЭС зародило идею о создании «мини-ГЭС». Такие сооружения могут располагаться на небольших реках и ручьях, а их электрогенераторы смогут работать при небольших перепадах воды или от силы течения.
Альтернативные источники энергии виде отливов и приливов могут дать человечеству около 70 миллиардов кВт·ч в год. Для сравнения: максимальное использование только приливов может обеспечить процветание 30 тысячам современных «Америк». Приливные электростанции накапливают воду в водохранилищах по время приливов и тратят ее на производство электроэнергии в тех случаях, когда происходит “пик потребления” в энергосистемах, ослабляя нагрузку на другие электростанции. Приливные электростанции имеют все предпосылки, чтобы стать одной из основных составляющих мировой энергетики, например как природный газ.
Во Франции в 1966 году была пущена первая приливная электростанция, расположенная на реке Ранс. Стоимость этого сооружения в 2,5 раза превышала стоимость речной ГРЭС такой же мощности. Первый опыт эксплуатации приливной электростанции доказал экономическую оправданность ее строительства.
Учеными уже доказано, что альтернативные источники энергии могут находится на дне моря или озера. Для этого разработаны и экспериментально опробованы волновые электростанции. В лаборатории энергетики воды и ветра Северо-Восточного университета в Бостоне был создан проект первой океанской электростанции. Она будет возведена во Флоринском проливе, где берет свое начало океанское течение - Гольфстрим. Мощность водяного потока при выходе из Мексиканского залива превышает в двадцать раз суммарный расход воды во всех реках планеты. Специалисты подсчитали, что проект окупится в течение пяти лет.
Источником экологически чистой энергии является подземное тепло планеты. Первая Российская геоТЭС была построена на Камчатке в 1966 году. ГеоТЭС также построены и действуют в США, Исландии, Новой Зеландии, Японии и Мексике. Столица Исландии получает тепло только за счет подземных источников. Но данным ученых, геотермальная мощность значительно выше.
Помимо геотермальной энергии, можно использовать тепло воды. Вода способна нагреваться, поэтому можно использовать эту часть тепла. Для этого требуется установка, работающая по принципу «холодильник наоборот». Обычный холодильник «выкачивает» из своей камеры тепло и «выкидывает» его наружу. Можно отобрать тепло из холодильных установок, если через него пропустить воду. Пар, образованный в результате теплообмена конденсируется. Его температура достигает 110С°. Затем он пропускается на турбины электростанций или в батареи центрального отопления.
Эти установки наиболее эффективны при больших перепадах температур. Например на глубине моря вода холодная - 4С°, а поверхность прогревается до 25 С°. Разница составляет 20 градусов. Подобные установки уже экспериментально опробованы в Лаккадивском архипелаге около юго-западного побережья Индии.
За последние двести лет в атмосфере повысилась концентрация ртутных паров в три раза. Это произошло в результате горения городских отходов и ртутьсодержащих сортов угля.
Придет время и человечеству придется отказаться от использования традиционных источников энергии. На смену им придут экологически чистые, возобновляемые альтернативные источники энергии.
Sunways/ ФСМ-100П
DELTA/ HRL 12-90
