Строительство альтернативных источников энергии

Как альтернативные источники энергии помогают получать тепло и электричество

Ухудшение экологии и истощение природных ресурсов заставляет задумываться о том, как получать электричество и тепло из возобновляемых источников.

В этой статье рассказываем, как работает альтернативная энергия и почему многие страны делают выбор в её пользу.

Что такое альтернативная энергия?

Энергия бывает возобновляемой (альтернативной) и невозобновляемой (традиционной).

Альтернативные источники энергии – это обычные природные явления, неисчерпаемые ресурсы, которые вырабатываются естественным образом. Такая энергия ещё называется регенеративной или «зелёной».

Невозобновляемые источники – это нефть, природный газ и уголь. Им ищут замену, потому что они могут закончиться. Ещё их использование связано с выбросом углекислого газа, парниковым эффектом и глобальным потеплением.

Человечество получает энергию, в основном за счёт сжигания ископаемого топлива и работы атомных электростанций. Альтернативная энергетика – это методы, которые отдают энергию более экологичным способом и приносят меньше вреда. Она нужна не только для промышленных целей, но и в простых домах для отопления, горячей воды, освещения, работы электроники.

Ресурсы возобновляемой энергии

Альтернативные виды энергии

1. Солнечная энергия

Один из самых мощных видов альтернативных источников энергии. Чаще всего её преобразуют в электричество солнечными батареями. Всей планете на целый год хватит энергии, которую солнце посылает на Землю за день. Впрочем, от общего объёма годовая выработка электроэнергии на солнечных электростанциях не превышает 2%.

Основные недостатки – зависимость от погоды и времени суток. Для северных стран извлекать солнечную энергию невыгодно. Конструкции дорогие, за ними нужно «ухаживать» и вовремя утилизировать сами фотоэлементы, в которых содержатся ядовитые вещества (свинец, галлий, мышьяк). Для высокой выработки необходимы огромные площади.

Солнечное электричество распространено там, где оно дешевле обычного: отдалённые обитаемые острова и фермерские участки, космические и морские станции. В тёплых странах с высокими тарифами на электроэнергию, оно может покрывать нужны обычного дома. Например, в Израиле 80% воды нагревается солнечной энергией.

2. Ветроэнергетика

Запасов энергии ветра в 100 раз больше запасов энергии всех рек на планете. Ветровые станции помогают преобразовывать ветер в электрическую, тепловую и механическую энергию. Главное оборудование – ветрогенераторы (для образования электричества) и ветровые мельницы (для механической энергии).

Этот вид возобновляемой энергии хорошо развит – особенно в Дании, Португалии, Испании, Ирландии и Германии. К началу 2016 года мощность всех ветрогенераторов обогнала суммарную установленную мощность атомной энергетики.

Недостаток в том, что её нельзя контролировать (сила ветра непостоянна). Ещё ветроустановки могут вызывать радиопомехи и влиять на климат, потому что забирают часть кинетической энергии ветра – правда, учёные пока не знают хорошо это или плохо.

3. Гидроэнергия

Чтобы преобразовать движение воды в электричество нужны гидроэлектростанции (ГЭС) с плотинами и водохранилищами. Их ставят на реках с сильным потоком, которые не пересыхают. Плотины строят для того, чтобы добиться определённого напора воды – он заставляет двигаться лопасти гидротурбины, а она приводит в действие электрогенераторы.

Строить ГЭС дороже и сложнее относительно обычных электростанций, но цена электричества (на российских ГЭС) в два раза ниже. Турбины могут работать в разных режимах мощности и контролировать выработку электричества.

4. Волновая энергетика

Есть много способов генерации электричества из волн, но эффективно работают только три. Они различаются по типу установок на воде. Это камеры, нижняя часть которых погружена в воду, поплавки или установки с искусственным атоллом.

Такие волновые электростанции передают кинетическую энергию морских или океанических волн по кабелю на сушу, где она на специальных станциях преобразуется в электричество.

Этот вид используется мало – 1% от всего производства электроэнергии в мире. Системы тоже дорогие и для них нужен удобный выход к воде, который есть не у каждой страны.

5. Энергия приливов и отливов

Эту энергию берут от естественного подъёма и спада уровня воды. Электростанции ставят только вдоль берега, а перепад воды должен быть не меньше 5 метров. Для генерации электричества строят приливные станции, дамбы и турбины.

Приливы и отливы хорошо изучены, поэтому этот источник более предсказуем относительно других. Но освоение технологий было медленным и их доля в глобальном производстве мала. Кроме того, приливные циклы не всегда соответствуют норме потребления электричества.

6. Энергия температурного градиента (гидротермальная энергия)

Морская вода имеет неодинаковую температуру на поверхности и в глубине океана. Используя эту разницу, получают электроэнергию.

Первая установка, которая даёт электричество за счёт температуры океана была сделана ещё в 1930 году. Сейчас есть океанические электростанции закрытого, открытого и комбинированного типа в США и Японии.

7. Энергия жидкостной диффузии

Это новый вид альтернативного источника энергии. Осмотическая электростанция, установленная в устье реки, контролирует смешение солёной и пресной воды и извлекает энергию из энтропии жидкостей.

Выравнивание концентрации солей даёт избыточное давление, которое запускает вращение гидротурбины. Пока есть только одна такая энергетическая установка в Норвегии.

8. Геотермальная энергия

Геотермальные станции берут внутреннюю энергию Земли – горячую воду и пар. Их ставят в вулканических районах, где вода у поверхности или добраться до неё можно пробурив скважину (от 3 до 10 км.).

Извлекаемая вода отапливает здания напрямую или через теплообменный блок. Ещё её перерабатывают в электричество, когда горячий пар вращает турбину, соединённую с электрогенератором.

Недостатки: цена, угроза температуре Земли, выбросы углекислого газа и сероводорода.

Больше всего геотермальных станций в США, Филиппинах, Индонезии, Мексике и Исландии.

9. Биотопливо

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

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

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

Плюсы и минусы альтернативной энергии

Главная перспектива альтернативных источников – существования человечества даже в условиях жёсткого дефицита нефти, газа и угля.

Преимущества:

Недостатки и проблемы:

Возобновляемая энергия в мире

Главный потребитель возобновляемых источников энергии – Евросоюз. В некоторых странах альтернативная энергетика вырабатывает почти 40% от всей электроэнергии. Там уже прижились разные меры поддержки: скидочные тарифы на подключение и возврат денег за покупку оборудования. Не отстают страны Востока и США.

Германия

40% электроэнергии в Германии дают возобновляемые источники. Она лидер по числу ветровых установок, которые генерируют 20,4 % электричества. Оставшаяся доля приходится на гидроэнергетику, биоэнергетику и солнечную энергетику. Немецкое правительство поставило план: вырабатывать 80% энергии за счёт альтернативных источников к 2050 году, но закрывать атомные электростанции пока не хочет.

Исландия

У Исландии очень много горячей воды, потому что она расположилась в зоне вулканической активности. Страна обеспечивает 85% домов отоплением из геотермальных источников и покрывает ими 65% потребностей населения в электроэнергии. Мощность источников настолько велика, что они хотят наладить экспорт энергии в Великобританию.

Швеция

После нефтяного кризиса 1973 года страна стала искать другие источники энергии. Началось всё с ГЭС и АЭС. Из-за атомных станций шведов часто критиковали Greenpeace, но с конца 80-х доля энергии от АЭС не растёт.

Начиная с 90-х Швеция строит оффшорные ветропарки в море. На выбросы предприятиями углерода в атмосферу введён дополнительный налог, а для производителей ветровой, солнечной и биоэнергии есть льготы.

Ещё Швеция активно использует энергию от переработки мусора и даже планирует его закупать у соседних стран, чтобы отказаться от нефти. Некоторые города получают тепло от мусоросжигательных заводов.

Китай

В Китае самая мощная ГЭС в мире – «Три ущелья». По состоянию на 2018 год – это крупнейшее по массе сооружение. Её сплошная бетонная плотина весит 65,5 млн тонн. За 2014 станция произвела рекордные для мира 98,8 млрд кВт⋅ч.

Крупнейшие ветровые ресурсы тоже здесь (три четверти из них поставлены в море). К 2020 году страна планирует выработать при их помощи 210 ГВт.

Ещё тут 2 700 геотермальных источников и делают 63% устройств для преобразования солнечной энергии. Китай занимает третье место в производстве биотоплива на основе этанола.

Альтернативная энергия в России

Разное географическое положение регионов и специфика климатических поясов в России не позволяют развивать эту отрасль равномерно. Нет инвестиций и есть пробелы в законе.

Виды возобновляемой энергии в России

Солнечная энергия

Используется и в промышленных масштабах, и у местного населения как резервный или основной источник тепла и электричества. Мощность всех солнечных установок – 400 МВт, из них самые крупные в Самарской, Астраханской, Оренбургской областях и Крыму. Самая мощная СЭС – «Владиславовка» (Крым). Ещё разрабатываются проекты для Сибири и Дальнего Востока.

Ветровая энергетика

Ветровая возобновляемая энергия в России представлена чуть хуже, чем солнечная, хотя и здесь есть промышленные установки. Общая мощность ветровых генераторов в нашей стране – 183,9 МВт (0,08 % от всей энергосистемы). Больше всего установок – в Крыму, а мощнейшая находится в Адыгее – «Адыгейская ВЭС».

Гидроэнергетика

Это самый популярный вариант альтернативного источника энергии в России. Около 200 речных ГЭС вырабатывают до 20% от всей энергии в стране. В заливе Кислая губа в Мурманской области с 1968 года есть приливная электростанция – «Кислогубская ПЭС». Самая крупная ГЭС стоит на реке Енисей – «Саяно-Шушенская».

Геотермальная энергетика

За счёт обилия вулканов этот вид энергетики распространён на Камчатке. Там 40% потребляемой энергии генерируется на геотермальных источниках. По данным учёных, потенциал Камчатки оценивается в 5000 МВт, а вырабатывается только 80 МВт энергии в год. Ещё геотермальные станции есть на Курилах, Ставропольском и Краснодарском крае.

Биотопливо

Наша страна входит в тройку экспортёров пеллет на европейском рынке. В России есть заводы, создающие из остатков древесины пеллеты и брикеты, которыми топят котлы и печки.

Сельскохозяйственные отходы преобразуют в жидкое топливо и биогаз для дизельных двигателей. А вот свалочный газ не используется вообще, его просто выбрасывают в атмосферу, нанося ущерб окружающей среде.

Компании, которые занимаются возобновляемыми источниками энергии

Рост инвестиций в возобновляемую энергетику и поддержка правительства помогает многим компаниям успешно вести бизнес.

First Solar Inc.

Эта американская компания была образована в 1990 году и стала известной благодаря производству солнечных батарей. Сейчас это крупнейшая фирма, которая продаёт солнечные модули, поставляет оборудование и отвечает за технический сервис.

Vestas Wind Systems A/S

Старейший производитель ветрогенераторов из Дании. Компания основана в 1898 году и на сегодняшний день ей удалось установить более 60 тысяч ветровых турбин в 63 странах. Vestas продаёт отдельные генераторы, комплексные станции и обслуживает устройства.

Atlantica Yield PLC

Эта компания с офисом в Лондоне владеет классическими линиями электропередач, солнечными и ветровыми станциями в Северной Америке, Испании, Алжире, Южной Америке и Южной Африке.

ABB Ltd. Asea Brown Boveri

Шведско-швейцарская компания, известная автомобильными двигателями, генераторами и робототехникой. С 1999 года бренд занимается преобразованием солнечной и ветровой энергии. В 2013 году компания стала мировым лидером в области оборудования фотоэлектрической энергии.

Источник

Альтернативная энергия для дома: выбираем источник

Многие полагают, что дешевое отопление частного дома возможно только на магистральном газе. Подумаем, что делать, если его нет, и подведение не планируется, и какой может быть альтренативная энергия для дома.

Сегодня, когда цены на энергоносители стремительно растут вверх, а стоимость подключения к трубе с «голубым топливом» неоправданно высока, всё большее число домовладельцев отказывается от традиционных энергоресурсов и обращает свой взор на альтернативные источники энергии для дома.

Альтернативный источник электроэнергии: ловец ветра

Именно так можно назвать ветрогенератор. Люди с давних пор используют силу ветра в качестве источника альтернативной энергии.

Пройдя долгий путь, знакомые всем ветряные мельницы превратились в современные ветроэнергетические установки способные вырабатывать электроэнергию.

По какому принципу работает ветрогенератор

Всё довольно просто. Поток ветра вращает лопасти ветроколеса, заставляя таким образом вращаться вал электрогенератора.

Генератор в свою очередь вырабатывает электрический ток.

Следует помнить, что генератор выдает непостоянное напряжение с различной частотой. На случай отсутствия ветра в комплект ветроэнергетической системы входит блок аккумуляторных батарей, куда и поступает выработанная генератором электроэнергия.

Среди индивидуальных домовладельцев наиболее широкое распространение получили ветроэнергетические установки мощностью до 10 кВт. Имеются три основных типа конструкции ветродвигателей:

Посмотрим, как же сделать ветроэнергетическую установку эффективной в наших условиях.

Интересен личный опыт участника forumhouse.ru Александра Капустина (ник на форуме Бывалый 1406)

– Размещать ветрогенератор следует на площадке, где для ветров существует как можно меньше помех. Энергия ветра – это кубическая функция скорости ветра. Это означает, что незначительные изменения скорости ветра вызывают существенные изменения выходной мощности. В целях безопасности ставить ветряк желательно дальше от жилых построек. О высоте мачты – ставим как можно выше.

В условиях поселков под Москвой можно рекомендовать высоту мачты не менее 15 метров. А при самостоятельном расчёте системы альтернативного энергоснабжения частного дома сначала необходимо выяснить, какое количество энергии требуется от системы. Для этого придётся определить пиковую мгновенную мощность, а также рассчитать две величины ожидаемого суточного энергопотребления — его максимальное и среднее значения.

Следует помнить, что в наших климатических условиях ветряки могут работать на полную мощность примерно 20–30% дней в году, поэтому ветрогенератор следует рассматривать как дополнительную, резервную систему электроснабжения по выработке электроэнергии для питания бытовых электроприборов.

Ловцы солнца

Как можно использовать энергию солнца: первое, что приходит в голову – солнечная батарея.

Уже никого не удивить фотоэлементами, размещенными на крыше коттеджа.

Но речь в нашем материале пойдёт не о них, а об устройстве способном преобразовывать солнечную энергию в тепло пригодное ля отопления или горячего водоснабжения дома.

Солнечные коллекторы

За ответом на вопрос, что такое солнечный коллектор, обратимся за разъяснениями к заместителю технического директора компании «АкваБур» Евгению Касаткину.

– В основу гелиосистемы или, проще говоря, солнечного коллектора заложен принцип получения тепла от солнечного излучения и дальнейшей передачей накопленной энергии в систему ГВС или отопления.

Существуют два вида солнечных коллекторов:

Какую систему выбрать с учётом работы в наших условиях

По мнению руководителя направления отдела развития компании «Виссманн» Михаила Мурашко:

– При пасмурной погоде, смоге и рассеянном излучении наиболее эффективно работают трубчатые вакуумные коллекторы. А плоские солнечные коллекторы, более оптимальны для использования в районах с высокой солнечной инсоляцией.

Евгений Касаткин:

– В зимний период и в северных районах солнечный коллектор может использоваться как дополнительная система, подключённая к системе отопления или ГВС. Но наилучшие показатели мы получим летом, когда система при правильной её установке и монтаже, может полностью удовлетворить вашу потребность в горячей воде, без использования косвенных систем нагрева воды.

Установка солнечного коллектора позволит вам получить практически бесплатное тепло. Если системе необходима принудительная циркуляция теплоносителя, то электричество потребуется лишь для работы насоса. А в солнечный день, гелиосистема может нагреть воду до температуры 50-70 С.

Тепловые насосы

Как гласит закон сохранения энергии: «Энергия не может возникнуть из ничего и не может просто так исчезнуть, она может только переходить из одной формы в другую».

В земле, воздухе и воде содержится большое количество низкопотенциальной тепловой энергии которую можно использовать для отопления дома. Остаётся только собрать эту рассеянную тепловую энергию и «запустить» её в систему теплоснабжения дома. Для этого применяется специальное устройство – тепловой насос.

В чем заключается эта технология, объясняет директор компании «SagaTherm» Александр Сагалович:

– Тепловой насос – это холодильная машина.В обычных условиях тепловая энергия передается от более нагретого тела к менее нагретому. Тепловой насос может забирать тепловую энергию у менее нагретого тела и передавать его более нагретому, нагревая его еще сильнее.

Тепловой насос способен отбирать тепловую энергию из следующих источников – воздуха, воды и земли. В наших условиях наиболее целесообразно построить систему тепловых насосов, базирующуюся на отборе тепла земли и воды.

Для перекачивания 4 кВт тепловой энергии нам понадобится примерно 1 кВт электроэнергии. Но электроэнергия тоже никуда просто так не пропадет, она превратится в тепловую энергию, т.к. компрессор в процессе работы также нагревается. Итого – затратив 1 кВт электроэнергии, мы получаем 5 кВт тепла.

Какую выгоду даёт установка этого устройства

Евгений Касаткин:

– Выгоду от использования тепловых насосов лучше всего демонстрирует следующая таблица.

Теперь мы знаем, как работает тепловой насос. Рассмотрим, какие бывают типы систем.

Выбор конструкции будет зависеть от наличия на вашем участке дополнительных свободных площадей или водоёма.

Особенности эксплуатации тепловых насосов

Как и любая инженерная система, отопление и горячее водоснабжение на базе теплового насоса требует очень вдумчивого подхода.

Александр Сагалович:

– Вертикальная и горизонтальная системы обустройства грунтового теплообменника одинаково эффективны. Горизонтальный теплообменник занимает много места, но значительно дешевле вертикального.

Бурение скважин обойдётся дороже, но зато можно сэкономить место на участке.

Для многих это единственное решение, т.к. участок не позволяет разместить горизонтальный теплообменник.

При обустройстве горизонтального грунтового теплообменника понадобится примерно 5 соток земли на каждые 10 кВт мощности. После завершения работ, эту землю можно использовать без ограничений, единственное, на ней нельзя будет строить капитальные строения. Одним из способов использования тепловых насосов в качестве отопительного контура, может стать монтаж системы водяного тёплого пола.

Инвертор – как часть системы источника альтернативной энергии

Как уже говорилось выше, выработанное источником альтернативной энергии электричество накапливается в аккумуляторах. Но что делать дальше с этой энергией, ведь аккумуляторные батареи выдают постоянный ток, непригодный для подключения бытовых электроприборов? На помощь приходит преобразователь тока – инвертор. При помощи данного прибора постоянный ток преобразовывается в переменный.

Об особенностях использования инверторов для создания систем автономного и бесперебойного электропитания, рассказывает главный инженер компании «СибКонтакт» Сергей Лесков:

– Инверторы встраиваются в различные системы по производству альтернативной энергии содержащие аккумулятор, тем самым обеспечивая весь дом электроэнергией с напряжением 220В и частотой 50 Гц. Инверторы с синусоидальной формой выходного напряжения являются обязательной частью установки автономного электропитания, так как к ним можно подключить любое, даже самое чувствительное оборудование.

При создании системы автономного и бесперебойного электропитания инверторы имеют ряд преимуществ по сравнению с дизель и бензогенераторами:

Таким образом, выбор эффективного источника альтернативной энергии для загородного дома, заключается в комплексном подходе к решению множества достаточно сложных задач, требующих знаний, опыта и умелых рук.

Узнать больше об альтернативной энергии в частном доме вы можете из соответствующей ветки форума. В нашей теме раскрывается вопрос использования ветрогенератора и о том, можно ли собрать его своими руками для энергоснабжения альтернативного дома.

Поучаствуйте в обсуждении нескольких вариантов применения тепловых насосов. Ознакомившись с видео на нашем сайте, вы увидите, как геотермальный насос обеспечивает теплом дом в случае отсутствия магистрального газа. А в этом разделе форума ведётся обсуждение инверторов.

Источник