Альтернативная энергетика своими руками

Традиционная энергетика

К традиционной энергетике относят угольные и газовые тепловые электростанции, а также ТЭЦ, работающие на мазуте. С точки зрения экологии наибольшие нарекания вызывает сжигание угля и мазута. В результате этого в атмосферу выбрасывается большое количество углекислого газа, окиси серы и золы. Увеличение содержания углекислоты в атмосфере, по мнению некоторых учёных, может привести к нежелательному изменению климата планеты. Окись серы вызывает кислотные дожди, зола может сильно загрязнять среду в регионе расположения электростанции. Сжигание газа загрязняет атмосферу во всех отношениях в меньшей степени и пока даёт самую дешёвую традиционную энергию, но разведанные запасы газа в отличие от угля весьма ограничены. При существующем уровне добычи известных запасов хватит на 50-60 лет. Сегодня традиционная энергетика является основным источником энергии для человечества.

Ядерная энергетика, которую иногда относят к традиционной, имеет существенные отличия. Во-первых, перспективы исчерпания запасов топлива, с учётом технологий наработки нового топлива в реакторах, гораздо более отдалённы. Во- вторых, она не загрязняет атмосферу ни углекислым газом, ни окисью серы. В-третьих, топливо ядерной энергетики не является ценным сырьём для других отраслей промышленности.

Основными достоинствами традиционной и ядерной энергетики являются стабильность выработки энергии и относительная свобода размещения (не локальность). Транспортировка ядерного топлива не вызывает существенных издержек, по трубопроводам газ и нефть можно относительно дёшево перемещать на большие расстояния, рентабельность угольных станций от размещения зависит более существенно, но не драматично.

Солнечные батареи

Альтернативное электричество от солнца в частном домостроении используется редко. Все дело в дороговизне солнечных элементов, которые устанавливаются в батареях. Отсюда и высокая стоимость всей установки. Хотя необходимо отметить, что это перспективное направление, от которого нельзя отказываться. Ведь ежегодно на один квадратный метр поверхности земли падает 1000 кВт энергии. Представляете, сколько человечество теряет. Если сравнить с другими видами топлива, то это 100 м³ газа или 100 литров солярки.

Конечно, таким способом получить электрический ток еще дорого. А вот нагреть так воду – это очень дешево. Вот почему солнечные коллекторы сегодня так востребованы у жителей загородных поселков.

Виды альтернативной энергетики

В зависимости от источника энергии, который в результате преобразования позволяет получать человеку электрическую и тепловую энергии, используемые в повседневной жизни, альтернативная энергетика классифицируется на несколько видов, определяющих способы ее генерации и типы установок служащих для этого.

Энергия солнца

Солнечная энергетика основана на преобразовании энергии солнца, в результате которого получается электрическая и тепловая энергии.

Получение электрической энергии основано на физических процессах, происходящих в полупроводниках под воздействием солнечных лучей, получение тепловой – на свойствах жидкостей и газов.

Для генерации электрической энергии комплектуются солнечные электростанции, основой которой служат солнечные батареи (панели), изготавливаемые на основе кристаллов кремния.

Основой тепловых установок — служат солнечные коллекторы, в которых энергия солнца преобразуется в тепловую энергию теплоносителя.

Мощность подобных установок зависит от количества и мощности отдельных устройств, входящих в состав тепловых и солнечных станций.

Энергия ветра

Ветровая энергетика основана на преобразовании кинетической энергии воздушных масс в электрическую энергию, используемую потребителями.

Основой ветровых установок служит ветровой генератор. Ветровые генераторы различаются по техническим параметрам, габаритным размерам и конструкции: с горизонтальной и вертикальной осью вращения, различным типом и количеством лопастей, а также по месту их расположения (наземное, морское и т.д.).

Сила воды

Гидроэнергетика основана на преобразовании кинетической энергии водных масс в электрическую энергию, которая также используемую человеком в своих целях.

К объектам данного вида относятся гидроэлектростанции различной мощности, устанавливаемых на реках и иных водных объектах. В таких установках, под воздействием естественного течения воды, или путем создания плотины, вода воздействует на лопасти турбины вырабатывающей электрический ток. Гидротурбина, является основой гидроэлектростанций.

Еще один способ получения электрической энергии путем преобразования энергии воды – это использование энергии приливов, посредством строительства приливных станций. Работа таких установок основана на использовании кинетической энергии морской воды в период приливов и отливов, происходящих в морях и океанах под воздействием объектов солнечной системы.

Тепло земли

Геотермальная энергетика, основана на преобразовании тепла, излучаемого поверхностью земли, как в местах выброса геотермальных вод (сейсмически опасные территории), так и в иных регионах нашей планеты.

Для использования геотермальных вод используются специальные установки, посредством которых внутреннее тепло земли преобразуется в тепловую и электрическую энергии.

Использования теплового насоса позволяет получать тепло из поверхности земли, вне зависимости от места его расположения. Его работа основана на свойствах жидкостей и газов, а также законах термодинамики.

Биотопливо

Виды биотоплива различаются по способам его получения, его агрегатному состоянию (жидкое, твердое, газообразное) и видам использования. Объединяющим все виды биотоплива показателем, служит то, что основой для их производства служат органические продукты, посредством переработки которых получается электрическая и тепловая энергии.

Твердые виды биотоплива — это дрова, топливные брикеты или пеллеты, газообразные – это биогаз и биоводород, а жидкие – биоэтанол, биометанол, биобутанол, диметиловый эфир и биодизель.

Плюсы и минусы использования

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

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

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

Гидроэнергетика

К возобновляемым источникам энергии относятся широко распространенные гидроэлектростанции. На этих объектах используется потенциальная энергия водных потоков.

Традиционные гидроэлектростанции

Возводят гидроэлектростанции, как правило, на реках. Для создания необходимого давления воды создают мощные плотины и объемные хранилища воды. Как разновидность, используют бесплотинные ГЭС.

Данным объектам (ГЭС) гидроэнергетики присущи следующие особенности.

Положительные:

1. высокий КПД при сравнительно малых экономических затратах на строительство и дальнейшую эксплуатацию станции, отсюда низкая себестоимость электроэнергии;
2. отсутствуют вредные выбросы в атмосферу;
3. водохранилище как фактор, улучшающий микроклимат в районе ГЭС;
4. возможность разведения рыб;
5. предотвращает появление паводков, используется для орошения сельхозугодий, технического применения на заводах;
6. обладают механизмом регулирования потребления энергии.

Отрицательные:

1. водохранилища затопляют обширные территории, занимают земли, пригодные для сельского хозяйства;
2. перекрытие рек существенно меняет условия для обитания ценных видов проходных рыб, многие из которых исчезают из облюбованных ранее водоемов.

Гидроэлектростанции, как возобновляемые источники энергии, эффективны для поставки электроэнергии в горные участки. Они имеются в Швейцарии, на территории России. В мировом объеме поставляемой энергии доля гидроресурсов составляет около трех процентов. В Канаде, Исландии и Китае основную часть электроэнергии вырабатывают именно гидростанции.

Красноярская гидроэлектростанция

В России строительство гидроэлектростанций всегда считалось выгодным направлением. В наши дни гидростанции вырабатывают 6 процентов электроэнергии страны. Площади крупнейших водохранилищ ГЭС составляют тысячи квадратных километров. В пример можно привести размеры Самарского водохранилища, площадь которого превышает 6400 км2.

Приливные электростанции

Особой разновидностью гидроэнергетики являются приливные электростанции, работающие на основе использования энергии приливов и отливов. Они возводятся на побережьях, где под воздействием гравитационных сил Солнца и Луны ежедневно меняется уровень воды морских и речных водоемов. Залив или устье реки перегораживают дамбой. Встроенный в неё гидроагрегат с огромными лопастями и преобразует силу прибоя в электроэнергию.

Так устроена приливная гидроэлектростанция

Такая форма получения энергии из неисчерпаемого источника очень экологична, имеет малую себестоимость. Однако само строительство требует больших вложений. Кроме того, перепады в мощности не позволяют поставлять электроэнергию в постоянном режиме. Тем не менее, станции ПЭС ценят за высокую эффективность и малое влияние на экологию. Их строительство продолжается во многих странах.

Волновые электростанции

Энергия волн представляет собой огромный потенциал. Удельную мощность морских и океанских волновых колебаний оценивают гораздо выше солнечной и ветровой. Специалисты подсчитали, что мощность волн мирового океана равна примерно 30 процентам всей потребляемой электроэнергии на Земле.

Волновая гидроэлектростанция Oyster в Шотландской прибрежной зоне мощностью 600 кВт

Работа волновых электростанций построена на превращении потенциальной энергии волн в электрическую. Выбор места строительства подобных объектов получения электричества обусловлен особенностями региона, наличием крупных водоемов и сильных ветров.

Гидроэнергетика будущего

Гидроэнергетика не стоит на месте. Постоянно придумываются новые специфические виды использования силы мирового океана. К примеру, в данный момент разрабатываются технологии использования в энергетике морских течений и разницы температур на различных глубинах.

Океанские и морские течения (Куросио, Гольфстрима и т.п.) также обладают определенной энергетической силой, потенциал которой на практике пока не оценен. Но ученые и проектировщики считают возведение гидростанций, использующих энергию водных течений, перспективном направлением в морской энергетике. Согласно технологии, применяют специальные преобразователи в виде объемных и водяных насосов.

Роторная система Seagen, расположенная у побережья Ирландии, преобразует энергию течений в электроэнергию

Электроэнергию можно получать, используя разницу температур поверхности и глубинных слоев моря или океана. Разность на глубине 400 м и верхнего слоя воды составляет 12 градусов. В данный момент уже существуют экспериментальные системы преобразования разницы температур в электричество, основанные на пьезоэффекте.

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.

Солнечная энергия. Энергия, которая получается напрямую от Солнца; фотовольтаические ячейки (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.

Энергетика не всегда чиста.

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.

Сравнение эффективности нефтяных скважин и ветряных турбин

В течение 30 лет солнечные и ветровые электростанции выработают электроэнергию на миллион долларов, выдав соответственно 40 миллионов и 55 миллионов киловатт/часов. Скважины, с помощью которых добывают сланцевую нефть и газ, стоимостью миллион долларов, за 30 лет дадут такое количество газа, что его хватит для выработки 300 миллионов киловатт/часов.

Чтобы построить одну скважины (нефть или газ), требуются такие же затраты, как и для строительства двух ветряных турбин. При этом скважина на сланцевом месторождении в час обеспечивает получение 10 баррелей нефти. Если сделать перерасчет на эквивалентность энергии, то ветряная турбина производит 0,7 баррелей нефти в час.

Чтобы хранить баррель нефти или природный газ в нефтяном эквиваленте, требуется 0,5 доллара. Для хранения электроэнергии в эквиваленте баррелю в батареи, требуется 200 долларов.

Ветряные и солнечные станции

Для компенсации эпизодического использования ветровой и солнечной энергии в США используются установки, работающие на нефти и газе. За период с 2000 года их использование возросло в 3 раза. Что касается коэффициента мощности парка ветровых установок, то этот показатель увеличивается приблизительно на 0,7% за год. Это достигается, главным образом, за счет того, что происходит сокращение числа турбин на акр. В результате средняя площадь земли, которая используется для производства электроэнергии, увеличивается на 50%.

Россия, как страна альтернативных источников энергии

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

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

Россия

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

Солнечная энергетика

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

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

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

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

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

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

Ветровая энергетика

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

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

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

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

Гидроэнергетика

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

Геотермальная энергетика

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

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

Использование биотоплива

Использование биотоплива

Наша страна числится в лидерах по экспорту биотоплива на европейский рынок

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

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

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

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

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

Альтернативные источники энергии для частного дома своими руками

Когда не помогает технический прогресс, человечество начинает задумываться о природных источниках необходимой энергии, благодаря которым можно обогреть и осветить свой дом. Вот основные из них:

Рассмотрим идею создания генератора из биоотходов. Действие его будет аналогично природному газу: отходы помещают в закрытую емкость, в результате их разложения выделяются метан и сероводород с углекислотой. Такие источники энергии используются на животноводческих фермах, и тем, кто желает перенять опыт, необходимо либо иметь собственное хозяйство, либо регулярно получать его отходы, и где-то их хранить. Хозяйством занимаются многие, у кого есть частные дома (например, держат кур), так что попробовать вполне можно.

Для создания генератора нужна емкость, которая будет герметично закрываться. В ней должен быть смонтирован специальный шнек для того, чтобы перемешивать отходы. Также, помимо отверстия для загрузки биоматериала, необходима трубка для отвода газа и штуцер для выемки отработанных отходов. Кстати, их можно использовать для удобрения земли и получения хорошего урожая. Повторюсь, что герметичность емкости крайне обязательна, иначе никакой энергии создать не получится. Если емкость не будет использоваться постоянно, то в ней нужен будет еще и клапан для сброса давления.

Итак, подберите размер емкости в зависимости от того, какое количество биоматериала вы планируете использовать. Выберите место для установки конструкции. Имейте в виду, что 1 тонна отходов ориентировочно дает 100 кубов газа. Дабы процесс развивался более динамично – необходимо организовать подогрев емкости. Для этого вам понадобится либо змеевик, либо установка ТЭНа. Бактерии, содержащиеся в отходах, становятся активными при нагревании.

Когда емкость нагреется до нужной температуры – подогрев должен отключиться автоматически. Газ, который получится при этом, преобразовывается в электричество через газовый генератор.

Чтобы использовать энергию ветра, также понадобится генератор, аккумулятор с контроллером для измерения уровня заряда и преобразователь напряжения. Все схемы ветрогенераторов работают по единому принципу. На собранную раму крепятся поворотный узел, лопасти и генератор на станине. Затем монтируется лопата с пружинной стяжкой. Генератор соединяют с поворотным узлом и устанавливают токосъемник. Далее провода подводят к батарее

При выборе пропеллера обратите внимание на его диаметр: от этой величины зависит, какое количество лопастей будет оптимальным для вашего ветрогенератора, и собственно – какое количество энергии он сможет генерировать

Как вы видите, ничего сложного в монтаже и установке генераторов электроэнергии нет. Необходима, конечно, определенная сноровка, но чего не сделаешь в целях экономии средств! Помните только, что источники энергии (биоотходы и ветер) также должны быть постоянными.

Следующий вид альтернативного источника энергии – тепловой насос. Его устройство сложнее, а монтаж более затратный, поскольку предполагает бурение скважин на участке. Поэтому вряд ли он подойдет неискушенному владельцу загородного дома. Кроме того, будет необходим еще и водоем.

Остановимся лучше кратко на солнечных батареях. Их собрать немного проще, потому, что можно купить готовые фотоэлементы. На них есть отметки о мощности в вольт-амперах, поэтому вы сможете рассчитать, какое количество фотоэлементов вам необходимо.

Чтобы собрать корпус солнечной батареи вам понадобится лист фанеры. К нему вы прибьете деревянные рейки и просверлите отверстия для вентиляции. Внутрь необходимо поместить лист ДВП, на котором будет размещена уже готовая (спаянная) цепь фотоэлементов. Останется только проверить работоспособность цепи и прикрутить оргстекло. Вот, пожалуй, и все.