Alternativ energi för hemmet: en översikt över icke-standardiserade energikällor

Introduktion

Hela den moderna världsekonomin beror på den rikedom som ackumulerats under dinosauriernas tid: olja, gas, kol och andra fossila bränslen. De flesta aktiviteter i våra liv, från att åka tunnelbana till att värma upp vattenkokaren i köket, kräver i slutändan att detta förhistoriska arv bränns. Huvudproblemet är att dessa lättillgängliga energiresurser inte är förnybara. Förr eller senare kommer mänskligheten att pumpa ut all olja från jordens inre, bränna all gas och gräva ut allt kol. Vad ska vi använda för att värma tekannor då?

Vi bör inte heller glömma den negativa miljöpåverkan av bränsleförbränning. En ökning av halten av växthusgaser i atmosfären leder till en ökning av medeltemperaturen över hela planeten. Produkterna från bränsleförbränning förorenar luften. Invånare i storstäder känner detta särskilt väl.

Vi tänker alla på framtiden, även om denna framtid inte följer med oss. Det globala samfundet har länge insett begränsningarna för fossila bränslen.Och de negativa effekterna av deras användning på miljön. Ledande stater genomför redan program för en gradvis övergång till miljövänliga och förnybara energikällor.

Över hela världen letar mänskligheten efter och introducerar gradvis ersättningar för fossila bränslen. Under lång tid har sol-, vind-, tidvatten-, geotermiska och vattenkraftverk varit i drift över hela världen. Det verkar som just nu vad hindrar oss från att förse mänsklighetens alla behov med deras hjälp?

Faktum är att alternativ energi har många problem. Till exempel problemet med den geografiska fördelningen av energiresurser. Vindkraftsparker byggs endast i områden där starka vindar ofta blåser, solenergi - där det finns ett minimum antal molniga dagar, vattenkraftverk - på stora floder. Olja finns förstås inte heller överallt, men det är lättare att leverera den.

Det andra problemet med alternativ energi är instabilitet. Vid vindkraftsparker är produktionen beroende av vinden, som hela tiden ändrar hastighet eller stannar helt. Solkraftverk fungerar inte bra i molnigt väder och fungerar inte alls på natten.

Varken vinden eller solen tar hänsyn till energikonsumenternas behov. Samtidigt är energiproduktionen från ett värme- eller kärnkraftverk konstant och lättreglerad. Lösningen på detta problem kan bara vara byggandet av enorma energilagringsanläggningar för att skapa en reserv vid låg produktion. Detta ökar dock kostnaden för hela systemet avsevärt.

På grund av dessa och många andra svårigheter saktar utvecklingen av alternativ energi i världen ner. Att bränna fossila bränslen är fortfarande enklare och billigare.

Men om alternativa energikällor i den globala ekonomins omfattning inte ger mycket fördel, kan de inom ramen för ett enskilt hus vara mycket attraktiva.Redan nu känner många av den ständiga höjningen av tarifferna för el, värme och gas. Varje år hamnar energibolagen djupare i fickan på vanliga människor.

Experter från den internationella riskfonden I2BF presenterade den första översikten av marknaden för förnybar energi. Enligt deras prognoser kommer alternativ energiteknik om 5–10 år att bli mer konkurrenskraftig och bli utbredd. Redan nu krymper klyftan i kostnaden för alternativ och konventionell energi snabbt.

Energikostnad avser det pris som en alternativ energiproducent vill få för att kompensera för sina investeringar under projektets livslängd och ge en avkastning på 10 % på investerat kapital. Detta pris kommer också att inkludera kostnaden för skuldfinansiering, eftersom de flesta är kraftigt belånade.

Den givna grafen illustrerar bedömningen av olika typer av alternativ och traditionell energi under II-kvartalet 2011 (Fig. 1).

Enligt ovanstående siffror har geotermisk energi, liksom energi som genereras genom förbränning av sopor och deponigas, den lägsta kostnaden av alla typer av alternativ energi. De kan faktiskt redan direkt konkurrera med traditionell energi, men den begränsande faktorn för dem är det begränsade antalet platser där dessa projekt kan genomföras.

För den som vill bli oberoende från kraftingenjörernas nycker, som vill bidra till utvecklingen av alternativ energi, som bara vill spara lite på energin, är denna bok skriven.

Från bok V. Germanovich, A. Turilin "Alternativa energikällor.Praktiska konstruktioner för användning av vind, sol, vatten, jord, biomassaenergi.

Fortsätt läsa här

Utveckling av icke-traditionella källor

Icke-traditionella energikällor inkluderar:

• solens energi;
• vindkraft;
• geotermisk;
• energi från havsvatten och vågor;
• biomassa;
• lågpotential energi i miljön.

Deras utveckling verkar möjlig på grund av den överallt förekommande spridningen av de flesta arter; man kan också notera deras miljövänlighet och frånvaron av driftskostnader för bränslekomponenten.

Det finns dock några negativa egenskaper som förhindrar att de används i industriell skala. Detta är en låg flödestäthet, som tvingar användningen av "avlyssning" installationer av ett stort område, såväl som variation över tid.

Allt detta leder till att sådana enheter har en hög materialförbrukning, vilket gör att även kapitalinvesteringarna ökar. Tja, processen att få energi på grund av något element av slumpmässighet i samband med väderförhållanden orsakar mycket problem.

Det andra viktigaste problemet är "lagringen" av denna energiråvara, eftersom den befintliga tekniken för att lagra el inte tillåter att detta görs i stora mängder. Men i hushållsförhållanden blir alternativa energikällor för hemmet allt mer populära, så låt oss bekanta oss med de viktigaste kraftverken som kan installeras i privat ägo.

Är allt så smidigt?

Det verkar som om en sådan teknik för strömförsörjning av ett privat hus länge borde ha tvingats bort från marknaden av traditionella centraliserade metoder för att tillhandahålla energi.Varför händer inte detta? Det finns flera argument som vittnar inte till förmån för alternativ energi. Men deras betydelse bestäms på individuell basis - för vissa ägare av hus på landet är vissa brister relevanta och andra är inte alls av intresse.

För stora lantstugor kan den inte alltför höga effektiviteten av alternativa energianläggningar bli ett problem. Naturligtvis kan lokala solsystem, värmepumpar eller geotermiska installationer inte jämföras med produktiviteten hos ens de äldsta vattenkraftverken, värmekraftverken och ännu mer kärnkraftverken, men denna nackdel minimeras ofta genom att installera två eller till och med tre system som använder mer kraft. Konsekvensen av detta kan vara ett annat problem - för deras installation kommer ett större område att krävas, vilket inte är möjligt att tilldela i alla husprojekt.

För att säkerställa oavbruten tillförsel av antalet hushållsapparater och värmesystemet som är bekant med ett modernt hem, krävs mycket kraft. Därför bör projektet tillhandahålla sådana källor som kan producera sådan kraft. Och detta kräver en solid investering - ju kraftfullare utrustningen är, desto dyrare är den.

Dessutom, i vissa fall (till exempel vid användning av vindenergi), kan källan inte garantera konstant energiproduktion. Därför är det nödvändigt att utrusta all kommunikation med lagringsenheter. Vanligtvis installeras batterier och samlare för detta ändamål, vilket medför samma merkostnader och behovet av att avsätta fler kvadratmeter i huset.

Energi från vinden

Våra förfäder har länge lärt sig att använda vindenergi för sina behov. Sedan dess har designen i princip inte förändrats mycket.Endast kvarnstenen ersattes av en generatordrift som omvandlar energin från de roterande bladen till elektricitet.

För att göra en generator behöver du följande delar:

• generator. Vissa använder motorn från tvättmaskinen, något omvandlar rotorn;
• multiplikator;
• batteri och dess laddningskontroll;
• spänningstransformator.

vindgenerator

Det finns många system för hemmagjorda vindkraftverk. Alla är klara på samma princip.

1. Ramen håller på att monteras.
2. Svirveln är monterad. Blad och en generator är monterade bakom den.
3. Montera en sidoskyffel med en fjäderkoppling.
4. Generatorn med en propeller är fäst vid ramen, sedan installeras den på ramen.
5. Anslut och anslut till svivelenheten.
6. Installera den aktuella uppsamlaren. Anslut den till en generator. Ledningarna leder till batteriet.

Råd. Antalet blad kommer att bero på propellerns diameter, såväl som mängden el som genereras.

De viktigaste typerna av alternativa energikällor

Nyligen har många icke-traditionella alternativ för att få energi praktiskt taget prövats. Statistiken säger att vi fortfarande talar om tusendelar av en procent av den potentiella användningen.

Typiska svårigheter som utvecklingen av alternativa energikällor oundvikligen möter på sin väg är fullständiga luckor i de flesta länders lagar när det gäller exploatering av naturresurser som statens egendom. Problemet med den oundvikliga beskattningen av alternativ energi är nära relaterat till bristen på juridisk utarbetning.

Tänk på de 10 mest använda alternativa energikällorna.

Vind

Vindenergi har alltid använts av människan. Utvecklingsnivån för modern teknik gör att vi kan göra det nästan oavbrutet.

Samtidigt genereras el med hjälp av väderkvarnar, liknande kvarnar, specialanordningar. En väderkvarns propeller kommunicerar vindens kinetiska energi till en generator som producerar ström med hjälp av roterande blad.

Sådana vindkraftsparker är särskilt vanliga i Kina, Indien, USA och västeuropeiska länder. Den otvivelaktiga ledaren på detta område är Danmark, som för övrigt är en pionjär inom vindenergi: de första installationerna dök upp här i slutet av 1800-talet. Danmark stänger på detta sätt upp till 25 % av det totala elbehovet.

I slutet av 1900-talet kunde Kina tillhandahålla el till bergs- och ökenregioner endast med hjälp av vindkraftverk.

Användningen av vindenergi är kanske det mest avancerade sättet att producera energi. Detta är ett idealiskt syntesalternativ som kombinerar alternativ energi och ekologi. Många utvecklade länder i världen ökar ständigt andelen el som genereras på detta sätt i sin totala energibalans.

Sol

Försök att använda solstrålning för att generera energi har också gjorts under lång tid, för närvarande är det ett av de mest lovande sätten att utveckla alternativ energi. Just det faktum att solen på många breddgrader på planeten lyser året runt och överför till jorden tiotusentals gånger mer energi än vad som förbrukas av hela mänskligheten under ett år, inspirerar till aktiv användning av solstationer.

De flesta av de största stationerna finns i USA, totalt distribueras solenergi i nästan hundra länder. Fotoceller (omvandlare av solstrålning) tas som grund, som kombineras till storskaliga solpaneler.

Jordens värme

Värmen från jordens djup omvandlas till energi och används för mänskliga behov i många länder i världen. Termisk energi är mycket effektiv i områden med vulkanisk aktivitet, platser där det finns många gejsrar.

De ledande inom detta område är Island (landets huvudstad, Reykjavik, är helt försedd med geotermisk energi), Filippinerna (andel av den totala balansen är 20%), Mexiko (4%) och USA (1%).

Begränsningen av användningen av denna typ av källor beror på omöjligheten att transportera geotermisk energi över avstånd (en typisk lokal energikälla).

I Ryssland finns det fortfarande en sådan station (kapacitet - 11 MW) i Kamchatka. En ny station är under uppbyggnad på samma plats (kapacitet - 200 MW).

De tio mest lovande energikällorna inom en snar framtid inkluderar:

• solstationer baserade i rymden (den största nackdelen med projektet är de enorma ekonomiska kostnaderna);
• muskelstyrka hos en person (efterfrågan, först och främst - mikroelektronik);
• energipotentialen hos ebb och flod (nackdelen är den höga kostnaden för konstruktion, gigantiska kraftfluktuationer per dag);
• bränsle (väte) behållare (behovet av att bygga nya bensinstationer, de höga kostnaderna för bilar som kommer att tanka dem);
• snabba kärnreaktorer (bränslestavar nedsänkta i flytande Na) - tekniken är extremt lovande (möjlighet att återanvända använt avfall);
• biobränsle - som redan används i stor utsträckning av utvecklingsländer (Indien, Kina), fördelar - förnybarhet, miljövänlighet, nackdelar - användning av resurser, mark avsedd för produktion av grödor, boskapsvandring (stigande i pris, brist på mat);
• atmosfärisk elektricitet (ackumulering av blixtens energipotential), den största nackdelen är rörligheten hos atmosfäriska fronter, hastigheten på urladdningar (ackumuleringens komplexitet).

Användning av vind- och solenergi

Vindkraftverk i värmesystem

Kinetisk vindenergi används vanligtvis för att driva byggnader, men kraftfulla modeller under förhållanden nära ideal kan ge åtminstone partiell uppvärmning.

Om du inte tar hänsyn till de initiala kostnaderna, kostar den resulterande elen ingenting för konsumenten.

Det är mycket viktigt att hjälpresurser inte behövs för driften av vindgeneratorn, de fungerar självständigt hela tiden. Dessa installationer som hjälpenergikällor integreras framgångsrikt i system där andra typer av värmeanordningar är de viktigaste. Dessa enheter, som hjälpenergikällor, integreras framgångsrikt i system där andra typer av värmeanordningar är de viktigaste.

Dessa installationer som hjälpenergikällor integreras framgångsrikt i system där andra typer av värmeanordningar är de viktigaste.

Det finns många typer av vindkraftverk, men de är vanligtvis indelade i två breda kategorier:

1. Horisontella vindturbiner med blad av propellertyp. Dessa enheter är mer produktiva (vindenergiutnyttjandegrad upp till 52%), därför är de mer lämpade för uppvärmningsbehov, men de har ett antal drift- och konsumentrestriktioner.
2. Vindgeneratorer med vertikal rotationsaxel. Dessa turbiner har relativt låg effekt (KIEV mindre än 40%), men de kräver inte orientering mot vinden, de kan använda inte bara laminära utan också turbulenta flöden, de börjar generera ström även vid låga hastigheter.De är lättare att underhålla eftersom generatorn är nära marken och inte på en mast i en gondol.

Här är några nackdelar med att använda väderkvarnar för uppvärmning:

• Höga kapitalkostnader. Mer än 70 procent av medlen spenderas på hjälpelement: batterier, växelriktare, styrautomation, installationsstrukturer. Investeringar lönar sig först efter flera decennier.
• Låg verkningsgrad - låg effekt. Dessutom går en del av energin förlorad i processen att omvandla el till värme.
• Terrängen kräver närvaro av konstanta vindar med hög hastighet. Energi är instabil, starkt beroende av väder och årstid, kräver regelbunden övervakning och ackumulering.
• Utrustningen tar mycket plats.
• Vindkraftverk genererar mycket buller under drift.

Solsystem utför direkt uppvärmning av kylvätskan eller omvandlar energi genom fotovoltaisk metod. I det första alternativet värmer solens strålar vatten / frostskyddsmedel (i vissa modeller - luft), som transporteras till lokalerna och avger värme genom radiatorer. I det andra fallet omvandlas ljusfotoner till elektrisk energi som matar konventionella värmeanordningar som drivs av el (pannor, värmare, golvvärme).

Följaktligen finns det två typer av enheter:

• Solfångare. Systemet består av en krets för kylvätskans cirkulation, en ackumuleringstank och själva kollektorn. Beroende på design särskiljs samlare: platt, vakuum och luft (luft används som kylvätska).
• Solpaneler. Installationen består av paneler med fotoceller, styrenheter och en växelriktare.Batteriet genererar en likström på 24 eller 12 volt, som samlas i batterier och, efter att ha omvandlats av en växelriktare till växelström (220 V), tillförs uttagen.

Det finns flera nackdelar med solcellsinstallationer. Först och främst beroendet av meteorologiska faktorer och cyklicitet (säsongsbetonad och dagligen). Batterier har låg effektivitet för att ge en stor mängd stabil energi, de måste uppta en stor yta och vara utrustade med dyra uppladdningsbara batterier, som ofta måste bytas. Nackdelen med samlare är deras beroende av elektricitet (för drift av en pump eller fläkt), eller till exempel risken för frysning av kylvätskan.

Alternativ energi på global skala

Statistiken över användningen av AES i världen verkar ge anledning till optimism. I EU översteg mängden el från förnybara källor 2017 den som erhölls från koleldade anläggningar. Under 2018 ökade deras andel i förhållande till andra "smutsiga" resurser från 30 % till 32,3 %.

År 2018, för första gången på 40 år av drift av sol- och vindkraftverk, nådde deras globala kapacitet 1 terawatt (1000 GW), enligt en julirapport. 90 % av kapaciteten uppträdde först under de senaste 10 åren.

Det finns tre huvudproblem med AIE:

1. De främjar deras användning av politik, och slutkonsumenten betalar för "grön" energi ur egen ficka. Indirekta skatter på introduktion av förnybara energikällor utgör en betydande del av taxan. Kritiker har upprepade gånger sagt att stimulanstariffsubventionerna är för höga och att kostnaderna förr eller senare kommer att orsaka en negativ reaktion från konsumenterna.

1. Sådana resurser kan bara kallas säkra mot bakgrund av traditionella källor för elproduktion. Det visade sig att vindkraftverk är kapabla att utrota insekter.Produktionen av nästan alla sådana installationer är skadlig för miljön. Solpaneler är särskilt "smutsiga" på grund av utsläpp från solcellsproduktion av kisel.

1. Trots att andelen förnybara energikällor i den globala energi-"pajen" växer kan de fortfarande inte konkurrera med traditionella källor. Det är olönsamt att använda dem, utrustningen kräver stora investeringar med en ojämförligt liten avkastning, och därför, med en minskning av statligt stöd, faller efterfrågan på RES omedelbart. Till och med den auktoritativa tyska tidningen Die Welt medgav att "vindkraftverksbranschen är i en djup knockout".

Slutsatser och användbar video om ämnet

Video om att kombinera alternativa källor för att generera el i ett litet hus på landet:

En video om att göra en vindgenerator med dina egna händer hjälper dig att enkelt förstå enhetens principer:

En kort video om hur man använder en värmepump:

Videoklipp om att skaffa biogas:

Det är fullt möjligt att vägra traditionella uppvärmningskällor. För att göra detta måste du noggrant välja ett alternativ eller kombinera flera, baserat på områdets egenskaper, området för ditt hus på landet och det lokala området.

Solens, jordens energi, vindens kraft, bortskaffandet av hushållsavfall av vegetabiliskt och animaliskt ursprung är ganska kapabla att bli en värdig ersättning för gas, kol, ved och betald el.

Använder du någon av de alternativa energikällorna för hemmabruk? Berätta hur mycket det kostade dig att montera enheten och hur snabbt det lönade sig.

Eller kanske någon av dina vänner har utrustat sitt hus på landet på förnybara källor? Använder du ett solfångarsystem eller en värmepump som en oberoende källa för värme, varmvatten och el?