За последние годы альтернативная энергетика стала предметом пристального интереса и ожесточенных дискуссий. Под угрозой изменения климата и того факта, что средние мировые температуры продолжают расти с каждым годом, стремление найти формы энергии, которые позволят сократить зависимость от ископаемого топлива, угля и других загрязняющих окружающую среду процессов, естественным образом выросло.
В то время как большинство концепций не новы, только за последние несколько десятилетий этот вопрос стал, наконец, актуальным. Благодаря усовершенствованию технологий и производства, стоимость большинства форм альтернативной энергии понижалась, в то время как эффективность росла. Что же такое альтернативная энергетика, если говорить простыми и понятными словами, и какова вероятность того, что она станет основной?
Очевидно, остаются некоторые споры касательно того, что означает «альтернативная энергия» и к чему эту фразу можно применить. С одной стороны, этот термин можно отнести к формам энергии, которые не приводят к увеличению углеродного следа человечества. Поэтому он может включать ядерные объекты, гидроэлектростанции и даже природный газ и «чистый уголь».
С другой стороны, этот термин также используется для обозначения того, что в настоящее время считается нетрадиционными методами энергетики - энергии солнца, ветра, геотермальной энергии, биомассы и других недавних дополнений. Такого рода классификация исключает такие методы добычи энергии, как гидроэлектростанции, которые существуют больше сотни лет и представляют собой довольно распространенное явление в некоторых регионах мира.
Другой фактор в том, что альтернативные источники энергии должны быть «чистыми», не производить вредных загрязняющих веществ. Как уже отмечалось, это подразумевает чаще всего двуокись углерода, однако может относиться и к другим выбросам - моноксиду углерода, двуокиси серы, окиси азота и другим. По этим параметрам ядерная энергия не считается альтернативным источником энергии, поскольку производит радиоактивные отходы, которые высоко токсичны и должны храниться соответствующим образом.
Во всех случаях, однако, этот термин используется для обозначения видов энергии, которые придут на смену ископаемому топливу и углю в качестве преобладающей формы производства энергии в ближайшее десятилетие.
Виды альтернативных источников энергии
Строго говоря, существует много видов альтернативной энергии. Опять же, здесь определения заходят в тупик, потому что в прошлом «альтернативной энергетикой» называли методы, использование которых не считали основным или разумным. Но если взять определение в широком смысле, в него войдут некоторые или все эти пункты:
Гидроэлектроэнергия. Это энергия, вырабатываемая гидроэлектрическими плотинами, когда падающая и текущая вода (в реках, каналах, водопадах) проходит через устройство, вращающее турбины и вырабатывающее электричество.
Ядерная энергия. Энергия, которая производится в процессе реакций замедленного деления. Урановые стержни или другие радиоактивные элементы нагревают воду, превращая ее в пар, а пар крутит турбины, вырабатывая электричество.
Энергия, которая получается напрямую от Солнца; (обычно состоящие из кремниевой подложки, выстроенные в крупные массивы) преобразуют лучи солнца напрямую в электрическую энергию. В некоторых случаях и тепло, производимое солнечным светом, используется для производства электричества, это известно как солнечная тепловая энергия.
Энергия ветра. Энергия, вырабатываемая потоком воздуха; гигантские ветряные турбины вертятся под действием ветра и вырабатывают электричество.
Геотермальная энергия. Эту энергию вырабатывает тепло и пар, производимые геологической активностью в земной коре. В большинстве случаев в грунт над геологически активными зонами помещаются трубы, пропускающие пар через турбины, таким образом вырабатывая электричество.
Энергия приливов. Приливное течение у береговых линий тоже может использоваться для выработки электричества. Ежедневное изменение приливов и отливов заставляет воду протекать через турбины назад и вперед. Вырабатывается электроэнергия, которая передается на береговые электростанции.
Биомасса. Это относится к топливу, которое получают из растений и биологических источников - этанола, глюкозы, водорослей, грибов, бактерий. Они могли бы заменить бензин в качестве источника топлива.
Водород. Энергия, получаемая из процессов, включающих газообразный водород. Сюда входят каталитические преобразователи, при которых молекулы воды разбиваются на части и воссоединяются в процессе электролиза; водородные топливные элементы, в которых газ используется для питания двигателя внутреннего сгорания или для вращения турбины с подогревом; или ядерный синтез, при котором атомы водорода сливаются в контролируемых условиях, высвобождая невероятное количество энергии.
Альтернативные и возобновляемые источники энергии
Во многих случаях альтернативные источники энергии также являются возобновляемыми. Тем не менее эти термины не полностью взаимозаменяемы, поскольку многие формы альтернативных источников энергии полагаются на ограниченный ресурс. К примеру, ядерная энергетика опирается на уран или другие тяжелые элементы, которые необходимо сперва добыть.
В то же время ветер, солнечная, приливная, геотермальная и гидроэлектроэнергия полагаются на источники, которые полностью возобновляемые. Лучи солнца - самый изобильный источник энергии из всех и, хоть и ограниченный погодой и временем суток, является неисчерпаемым с промышленной точки зрения. Ветер тоже никуда не девается, благодаря изменениям давления в нашей атмосфере и вращению Земли.
Развитие
В настоящее время альтернативная энергетика все еще переживает свою юность. Но эта картина быстро меняется под влиянием процессов политического давления, всемирных экологических катастроф (засух, голода, наводнений) и улучшений в технологиях возобновляемых энергий.
Например, по состоянию на 2015 год, энергетические потребности мира по-прежнему преимущественно обеспечивались углем (41,3%) и природным газом (21,7%). Гидроэлектростанции и атомная энергетика составили 16,3% и 10,6% соответственно, в то время как «возобновляемые источники энергии» (энергии солнца, ветра, биомассы и пр.) - всего 5,7%.
Это сильно изменилось с 2013 года, когда мировое потребление нефти, угля и природного газа составило 31,1%, 28,9% и 21,4% соответственно. Ядерная и гидроэлектроэнергия составляли 4,8% и 2,45%, а возобновляемые источники - всего 1,2%.
Кроме того, наблюдалось увеличение числа международных соглашений относительно обуздания использования ископаемого топлива и развития альтернативных источников энергии. Например, Директиву о возобновляемой энергии, подписанную Евросоюзом в 2009 году, которая установила цели по использованию возобновляемой энергии для всех стран-участниц к 2020 году.
По своей сути, из этого соглашения следует, что ЕС будет удовлетворять не менее 20% общего объема своих потребностей в энергии возобновляемой энергией к 2020 году и по меньшей мере 10% транспортного топлива. В ноябре 2016 года Европейская комиссия пересмотрела эти цели и установила уже 27% минимального потребления возобновляемой энергии к 2030 году.
Некоторые страны стали лидерами в области развития альтернативной энергетики. Например, в Дании энергия ветра обеспечивает до 140% потребностей страны в электроэнергии; излишки поставляются в соседние страны, Германию и Швецию.
Исландия, благодаря своему расположению в Северной Атлантике и ее активным вулканам, достигла 100% зависимости от возобновляемых источников энергии уже в 2012 году за счет сочетания гидроэнергетики и геотермальной энергии. В 2016 году Германия приняла политику поэтапного отказа от зависимости от нефти и ядерной энергетики.
Долгосрочные перспективы альтернативной энергетики являются чрезвычайно позитивными. Согласно отчету 2014 году Международного энергетического агентства (МЭА), на фотовольтаическую солнечную энергию и солнечную тепловую энергию будет приходиться 27% мирового спроса к 2050 году, что сделает ее крупнейшим источником энергии. Возможно, благодаря достижениям в области синтеза, ископаемые источники топлива будут безнадежно устаревшими уже к 2050 году.
“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:
- солнечные батареи;
- солнечные коллекторы;
- ветрогенераторы;
- тепловые насосы;
- генераторы биогаза.
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.
#1: Использование солнечных батарей
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.
#3: Эксплуатация энергии ветра
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.
#4: Отопление на основе тепловых насосов
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.
#4: Биогаз в работе коммуникаций
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.
Назначение и применение термогенератора
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.
Выводы и полезное видео по теме
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.
Для владельцев частных домов есть возможность значительно уменьшить счета за коммунальные услуги или вообще не пользоваться услугами поставщиков тепла, электроэнергии и газа. Можно даже обеспечить немалое хозяйство, а при желании и продавать излишки. Это реально и некоторыми уже проделано. Для этого используют альтернативные источники энергии.
Откуда можно получать энергию и в каком виде
На самом деле энергия, в том или ином виде, в природе есть практически везде — солнце, ветер, вода, земля — везде есть энергия. Основная задача — извлечь ее оттуда. Этим человечество занимается уже не одну сотню лет и достигло неплохих результатов. На сегодняшний момент альтернативные источники энергии могут обеспечить дом теплом, электроэнергией, газом, теплой водой. Причем альтернативная энергетика не требует каких-то сверх навыков или сверх знаний. Все можно сделать для своего дома своими руками. Итак, что можно сделать:
Все альтернативные источники энергии способны полностью обеспечить потребности человека, но для этого требуются слишком большие капиталовложения или/и слишком большие площади. Потому разумнее делать комбинированную систему: получать энергию от альтернативных источников, а при недостатке «добирать» из централизованных сетей.
Использование солнечной энергии
Один из самых мощных альтернативных источников энергии для дома — солнечное излучение. Для преобразования солнечной энергии есть два типа установок:
Не стоит думать что работают установки только не юге и только летом. Хорошо они работают и зимой. В ясную погоду при выпавшем снеге выработка энергии только немного ниже летней. Если в вашем регионе большое количество ясных дней, использовать подобную технологию можно.
Солнечные батареи
Солнечные батареи собирают из фотоэлектрических преобразователей, которые изготавливают на базе минералов, которые под действием солнечного света испускают электроны — вырабатывают электрический ток. Для частного применения используются кремниевые фотопреобразователи. По своей структуре они бывают монокристаллическими (сделаны из одного кристалла) и поликристаллическими (много кристаллов). Монокристаллические имеют более высокий КПД (13-25% в зависимости от качества) и более продолжительный срок службы, но стоят дороже. Поликристаллические вырабатывают меньше электроэнергии (9-15%) и быстрее выходят из строя, но имеют более низкую цену.
Это поликристаллический фотопреобразователь. Обращаться с ними надо аккуратно — они очень хрупкие (монокристаллические тоже, но не в такой степени)
Сборка солнечной батареи своими руками несложна. Сначала надо приобрести некоторое количество кремниевых фотоэлементов (количество зависит от требуемой мощности). Чаще всего их покупают на китайских торговых площадках типа АлиЭкспресс. Затем порядок действий прост:
Несколько слов о том, почему подложку для солнечной панели (батареи) надо красить в белый цвет. Рабочий диапазон температур кремниевых пластин от — 40°C до +50°C. Работа при более высоких или низких температурах приводит к быстрому выходу элементов из строя. На крыше, летом, в закрытом объеме, температура может быть намного выше +50°C. Потому и необходим белый цвет — чтобы не перегреть кремний.
Солнечные коллекторы
При помощи солнечных коллекторов можно нагревать воду или воздух. Куда направлять нагретую солнцем воду — в краны для горячего водоснабжения или в систему отопления — выбираете вы сами. Только отопление будет низкотемпературным — для теплого пола, то что требуется. Но для того, чтобы температура в доме не зависела от погоды, систему требуется сделать резервируемой, чтобы при необходимости подключался другой источник тепла или котел переходил на другой источник энергии.
Солнечные коллекторы есть трех видов: плоские, трубчатые и воздушные. Наиболее распространенные — трубчатые, но и другие тоже имеют право на существование.
Плоские пластиковые
Две панели — черная и прозрачная — соединены в один корпус. Между ними расположен медный трубопровод в виде змейки. От солнца нижняя темная панель нагревается. от нее греется медь, а от нее — проходящая по лабиринту вода. Такой способ использования альтернативных источников энергии не самый эффективный, но привлекателен тем, что он очень прост в исполнении. Таким образом можно нагревать воду в . Надо будет только зациклить ее подачу (при помощи циркуляционного насоса). Точно также можно подогревать воду в емкости для или использовать ее для бытовых нужд. Недостаток подобных установок — низкая эффективность и производительность. Чтобы нагреть большой объем воды, нужно или много времени, или большое количество плоских коллекторов.
Трубчатые коллекторы
Это стеклянные трубки — вакуумные или коаксиальные — по которым протекает вода. Специальная система позволяет по максимуму концентрировать в трубках тепло, которое передается протекающей через них воде.
В системе обязательно есть накопительная емкость, в которой вода и греется. Циркуляция воды в системе обеспечивается насосом. Такие системы самостоятельно не сделать — стеклянные трубки сделать своими руками проблематично и это — главный недостаток. Вместе с высокой ценой он сдерживает широкое внедрение этого источника энергии для дома. А сама система очень эффективна, на «ура» справляется с нагревом воды для ГВС и вносит приличный вклад в отопление.
Схема организации отопления и ГВС за счет альтернативных источников энергии — с использованием солнечных коллекторов
Воздушные коллекторы
В нашей стране они встречаются очень редко и зря. Они просты, их легко можно сделать своими руками. Единственный минус — требуется большая площадь: могут занимать всю южную (восточную, юго-восточную) стену. Система очень похожа на плоские коллекторы — черная нижняя панель, прозрачная верхняя, но греют они напрямую воздух, который принудительно (вентилятором) или естественным путем направляется в помещение. Несмотря на кажущуюся несерьезность, таким способом можно на протяжении светового дня греть небольшие помещения, в том числе и технические или подсобные: , дачи, сараи для живности.
Такой альтернативный источник энергии как солнце, дарит нам свое тепло, но большая его часть уходит «в никуда». Словить небольшую ее долю и использовать для личных нужд — вот задача, которую решают все эти приспособления.
Ветрогенераторы
Альтернативные источники энергии хороши тем, что они по большей части относятся к возобновляемым ресурсам. Самый вечный, наверное, ветер. Пока есть атмосфера и солнце, ветер тоже есть. Может какой-то непродолжительный период воздух и будет неподвижным, но очень недолго. Наши предки использовали энергию ветра в мельницах, а современный человек преобразует ее в электричество. Все что для этого требуется:
- вышка, установленная в ветреном месте;
- генератор с приделанными к нему лопастями;
- накопительной батареи и системы распределения электрического тока.
Вышка строится любая, из любого материала. Накопительная батарея — аккумулятор, тут ничего не придумаешь, а куда подавать электричество — ваш выбор. Остается только сделать генератор. Его тоже можно купить уже готовым, но вполне можно сделать из двигателя от бытовой техники — стиральной машины, шуруповерта и т.п. Нужны будут неодимовые магниты и эпоксидная смола, токарный станок.
На роторе мотора размечаем места под установку магнитов. Они должны находится на равном расстоянии друг от друга. Ротор выбранного мотора обтачиваем, формируя «посадочные места». Дно выемки должно иметь небольшой наклон, чтобы поверхность магнита была наклонена. В выточенные места на жидкие гвозди приклеиваются магниты, заливаются эпоксидной смолой. Поверхность затем наждачной бумагой доводится до гладкости. Далее надо приделать щетки, которые будут снимать ток. И все, можно собирать и запускать ветрогенератор.
Такие установки довольно эффективны, но их мощность зависит от многих факторов: интенсивности ветра, того, насколько правильно сделан генератор, насколько эффективно снимается разность потенциала щетками, от надежности электрических соединений и т.п.
Тепловые насосы для отопления дома
Тепловые насосы используют все имеющиеся в наличии альтернативные источники энергии. Они отбирают тепло у воды, воздуха, грунта. В небольших количествах это тепло есть там даже зимой, вот его и собирает тепловой насос и перенаправляет на обогрев дома.
Тепловые насосы также используют альтернативные источники энергии — тепло земли, воды и воздуха
Принцип работы
Чем же так привлекательны тепловые насосы? Тем, что затратив 1 кВт энергии на ее перекачку, в самом плохом варианте вы получите 1,5 кВт тепла, а самые удачные реализации могут дать до 4-6 кВт. И это никак не противоречит закону сохранения энергии, ведь расходуется энергия не на получение тепла, а не его перекачивание. Так что никаких нестыковок.
У тепловых насосов есть три рабочих контура: два наружных и они внутренний, а также испаритель, компрессор и конденсатор. Работает схема так:
- В первом контуре циркулирует теплоноситель, который отбирает тепло у низкопотенциальных источников. Он может быть опущен в воду, закопан в землю, а может отбирать тепло у воздуха. Самая высокая температура, которая достигается в этом контуре — около 6°C.
- Во внутреннем контуре циркулирует теплоноситель с очень низкой температурой кипения (обычно 0°C). Нагревшись, хладагент испаряется, пар попадает в компрессор, где сжимается до высокого давления. При сжатии выделяется тепло, пары хладагента разогреваются до температуры в среднем от +35°C до +65°C.
- В конденсаторе тепло передается теплоносителю из третьего — отопительного — контура. Остывающие пары конденсируются, затем дальше попадают в испаритель. И далее цикл повторяется.
Отопительный контур лучше всего делать в виде теплого пола. Температуры для этого самые подходящие. Для радиаторной системы потребуется слишком большое число секций, что некрасиво и невыгодно.
Альтернативные источники тепловой энергии: откуда и как брать тепло
Но самые большие сложности вызывает устройство первого внешнего контура, который собирает тепло. Так как источники низкопотенциальные (тепла у низ мало), то для сбора его в достаточном количестве требуются большие площади. Есть четыре вида контуров:
- Кольцами уложенные в воде трубы с теплоносителем. Водоем может быть любым — река, пруд, озеро. Главное условие — он не должен промерзать насквозь даже в самые сильные морозы. Более эффективно работают насосы, выкачивающие тепло из речки, в стоячей воде тепла передается намного меньше. Такой источник тепла реализуется проще всего — закинуть трубы, привязать груз. Только велика вероятность случайного повреждения.
- Термальные поля с закопанными ниже глубины промерзания трубами. В этом случае недостаток один — большие объемы земляных работ. Приходится снимать грунт на большой площади, да еще на солидную глубину.
- Использование геотермальных температур. Бурят некоторое количество скважин большой глубины, в них опускают контура с теплоносителем. Чем хорош этот вариант — мало места требует, но не везде есть возможность бурить на большие глубины, да и услуги буровых стоят немало. Можно, правда, но работа все равно нелегкая.
- Извлечение тепла из воздуха. Так работают кондиционеры с возможностью обогрева — отбирают тепло у «забортного» воздуха. Даже при минусовой температуре такие агрегаты работают, правда при не очень «глубоком» минусе — до -15°C. Чтобы работа была интенсивнее, можно использовать тепло от вентиляционных шахт. Закинуть туда несколько переть с теплоносителем и качать оттуда тепло.
Основной недостаток тепловых насосов — высокая цена самого насоса, да и монтаж полей сбора тепла обходится недешево. На этом деле можно сэкономить, сделав насос самостоятельно и также своими руками уложив контура, но сумма все равно останется немалой. Плюс в том, что отопление будет недорогим а действовать система будет долго.
Отходы в доходы:
Все альтернативные источники энергии имеют природное происхождение, но получать двойную выгоду можно только от биогазовых установок. В них перерабатываются отходы жизнедеятельности домашних животных и птицы. В результате получается некоторый объем газа, который после очищения и осушения можно использовать по прямому назначению. Оставшиеся переработанные отходы можно продать или использовать на полях для повышения урожайности — получается очень эффективное и безопасное удобрение.
Коротко о технологии
Образование газа происходит при брожении, и участвуют в этом бактерии, живущие в навозе. Для выработки биогаза подходят отходы любого скота и птицы, но оптимален навоз КРС. Его даже добавляют к остальным отходам для «закваски» — в нем содержатся именно нужные для переработки бактерии.
Для создания оптимальных условий необходима анаэробная среда — брожение должно проходить без доступа кислорода. Потому эффективные биореакторы — закрытые емкости. Чтобы процесс шел активнее, необходимо регулярное перемешивание массы. В промышленных установках для этого устанавливаются мешалки с электроприводами, в самодельных биогазовых установках это обычно механические устройства — от простейшей палки до механических мешалок, которые «работают» от силы рук.
В процессе образования газа из навоза участвуют два типа бактерий: мезофильные и термофильные. Мезофильные активны при температуре от +30°C до +40°C, термофильные — при +42°C до +53°C. Более эффективно работают термофильные бактерии. При идеальных условиях выработка газа с 1 литра полезной площади может достигать 4-4,5 литров газа. Но поддерживать в установке температуру в 50°C очень непросто и затратно, хотя затраты себя оправдывают.
Немного о конструкциях
Самая простая биогазовая установка — это бочка с крышкой и мешалкой. В крышке сделан вывод для подключения шланга, по которому газ поступает в резервуар. От такого объема много газа не получите, но на одну-две газовые горелки его хватит.
Более серьезные объемы можно получить от подземного или надземного бункера. Если речь о подземном бункере, то его делают из железобетона. Стенки от грунта отделяют слоем теплоизоляции, саму емкость можно разделить на несколько отсеков, в которых будет происходить переработка со сдвигом во времени. Так как работают в таких условиях обычно мезофильные культуры, весь процесс занимает от 12 до 30 дней (термофильные перерабатывают за 3 дня), потому сдвиг по времени желателен.
Навоз поступает через бункер загрузки, с противоположной стороны делают люк выгрузки, откуда отбирают переработанное сырье. Заполняется бункер биосмесью не полностью — порядка 15-20% пространства остается свободным — тут скапливается газ. Для его отвода в крышку встраивается трубка, второй конец которой опускается в гидрозатвор — емкость частично заполненную водой. Таким образом газ осушается — в верхней части собирается уже очищенный, он отводится при помощи другой трубки и уже может подавиться к потребителю.
Использовать альтернативные источники энергии может каждый. Владельцам квартир осуществить это сложнее, а вот в частном доме можно хоть все идеи реализовать. Есть уже даже реальные примеры того. Люди обеспечивают полностью потребности свои и немалого хозяйства.
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.
Возможности альтернативных видов энергии– способны ли они обеспечить комфортное существование человека?
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.
Какие виды альтернативных источников энергии существуют на данный момент?
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.
Зачем каждый месяц платить энергокомпаниям за электричество, если можно самостоятельно обеспечивать себя энергией? Все больше людей в мире понимает эту истину. И потому сегодня мы расскажем про 8 необычных источников альтернативной энергии для дома, офиса и отдыха
.
Солнечные панели в окнах
В наше время самым распространенным в быту альтернативным источником энергии являются солнечные панели. Традиционно их устанавливают на крышах частных домов или во дворах. Но с недавних пор стало возможным размещать эти элементы прямо в окнах, что позволяет использовать такие батареи даже владельцам обычных квартир в многоэтажных домах.
При этом уже появились решения, позволяющие создавать солнечные панели с высоким уровнем прозрачности. Именно такие энергетические элементы и следует устанавливать в окнах жилых помещений.
К примеру, прозрачные солнечные панели разработали специалисты из Мичиганского Государственного Университета. Эти элементы пропускают 99 процентов проходящего через них света, но имеют при этом коэффициент полезного действия в 7%.
Компания Uprise создала необычную ветряную турбину высокой мощности, которую можно использовать как в быту, так и в промышленных масштабах. Этот ветряк располагается в прицепе, который может передвигать за собой внедорожник или дом на колесах.
В сложенном состоянии с турбиной Uprise можно ездить по дорогам общего пользования. Но в развернутом состоянии она превращается в полноценный ветряк высотой пятнадцать метров и мощностью 50 кВт.
Uprise можно использовать во время путешествий в доме на колесах, для обеспечения энергией отдаленных объектов или обычных частных жилых домов. Установив эту турбину у себя во дворе, ее владелец может даже продавать излишки электричества соседям.
Makani Power – это проект одноименной компании, перешедшей недавно в подчинение полусекретной лаборатории инноваций . Идея данной технологии одновременно проста и гениальна. Речь идет о небольшом воздушном змее, который может летать на высоте до одного километра и вырабатывать электричество.
Летательный аппарат Makani Power оснащен встроенными ветряными турбинами, которые будут активно работать на высоте, где скорость ветра значительно больше, чем на уровне земли. Полученная энергия в данном случае передается по шнуру, соединяющем воздушного змея с базовой станцией.
Энергия будет также вырабатываться от движений самого летательного аппарата Makani Power. Дергая под силой ветра трос, этот воздушный змей заставит крутиться динамо-машину, встроенную в базовую станцию.
При помощи Makani Power можно обеспечить энергией как частные дома, так и отдаленные объекты, куда нецелесообразно проводить традиционную линию электропередач.
Современные солнечные батареи все еще имеют весьма низкий коэффициент полезного действия. А потому для получения от них высоких производственных показателей приходится застилать панелями достаточно большие пространства. Но технология с названием Betaray позволяет увеличить КПД примерно в три раза.
Betaray – это небольшая по размерам установка, которую можно расположить во дворе частного дома или на крыше многоэтажки. В ее основе лежит прозрачная стеклянная сфера диаметром чуть меньше одного метра. Она аккумулирует солнечный свет и фокусирует его на достаточно небольшую фотоэлектрическую панель. Максимальный КПД данной технологии имеет потрясающе высокий показать в 35 процентов.
При этом сама установка Betaray является динамической. Она автоматически подстраивается под положение Солнца на небе, чтобы в любой момент работать на максимуме возможностей. И даже ночью эта батарея вырабатывает электричество, преобразуя свет от Луны, звезды и уличного освещения.
Датско-исландский художник Олафур Элиассон дал старт необычному проекту с названием Little Sun, который объединяет в себе творческое начало, технологии и социальные обязательства успешных людей перед обездоленными. Речь идет о небольшом устройстве в виде цветка подсолнуха, которые в течение дня наполняется энергией от солнечного света, чтобы вечерами нести освещение в самые темные уголки планеты.
Каждый желающий может пожертвовать деньги на то, чтобы солнечный светильник Little Sun появился в жизни какой-нибудь семьи из Страны Третьего Мира. Лампы Little Sun позволяют детям из трущоб и отдаленных деревень отдавать вечера под учебу или чтение, без которых невозможен успех в современном обществе.
Светильники Little Sun можно также приобрести и для себя, сделав их частью собственной жизни. Эти устройства можно использовать при выезде на природу или для создания потрясающей вечерней атмосферы на открытых площадках.
Многие скептики посмеиваются над спортсменами, утверждая, что затрачиваемые ими во время выполнения упражнений силы вполне можно использовать для выработки электричества. Создатели пошли на поводу у такого мнения и создали первый в мире набор уличных тренажеров, каждый из которых является маленькой электростанцией.
Первая спортивная площадка Green Heart появилась в ноябре 2014 года в Лондоне. Электричество, которое вырабатывают на ней любители физических упражнений, можно использовать для зарядки мобильных устройств: смартфонов или планшетных компьютеров.
Излишки энергии площадка Green Heart отправляет в локальные электросети.
Парадоксально, но заставить вырабатывать «зеленую» энергию можно даже детей. Ведь они никогда не прочь что-нибудь вытворить, как-нибудь поиграть и развлечь себя. А потому голландские инженеры создали необычные качели с названием Giraffe Street Lamp, которые используют детскую непоседливость в процессе производства электричества.
Качели Giraffe Street Lamp вырабатывают энергию в то время, когда ими пользуются по прямому назначению. Раскачиваясь в сиденье, дети или взрослые стимулируют работу динамо-машины, встроенной в данную конструкцию.
Конечно, полученного электричества не хватит для полноценного функционирования частного жилого дома. Зато накопленной за день игр энергии вполне достаточно для работы не очень мощного уличного фонаря в течение пары часов после наступления сумерек.
Мобильный оператор Vodafone осознает, что его прибыли становятся больше, когда телефоны клиентов работают круглосуточно, а сами их владельцы не беспокоятся о том, где найти розетку для зарядки аккумуляторов своего гаджета. А потому эта компания спонсировала разработку необычной технологии с названием Power Pocket.
Устройства на основе технологии Power Pocket должны находиться как можно ближее к телу человека, чтобы использовать его тепло для производства электроэнергии для бытовых нужд.
На данный момент, на основе технологии Power Pocket создано два практичных товара: шорты и спальный мешок. Впервые они были опробованы во время музыкального фестиваля Isle of Wight Festival в 2013 году. Опыт оказался удачным, одной ночи человека в таком спальном мешке оказалось достаточно, чтобы зарядить аккумулятор смартфона примерно на 50 процентов.
В данном обзоре мы рассказали лишь про те альтернативные источники энергии, которые можно использовать в бытовых нуждах: дома, в офисе или во время отдыха. Но есть еще немало неординарных современных «зеленых» технологий, разработанных для использования в промышленных масштабах. Про них можно прочитать в обзоре .