Obecnie badania nad wykorzystaniem energii słonecznej prowadzone są na wszystkich kontynentach. Do 2020 roku planują zaspokoić od 10 do 30% zapotrzebowania kraju na energię poprzez instalacje fotowoltaiczne, w 2010 roku – 3%. Krajowe programy rozwoju energia słoneczna akceptowane w 68 krajach.

Docierające promieniowanie słoneczne granice zewnętrzne atmosfera ziemska niesie energię 5,6 106 EJ rocznie (P = 17 miliardów kW). Około 65% tej energii zużywane jest na ogrzewanie powierzchni, cykl parowania-sedymentacji, fotosyntezę, a także na powstawanie fal, prądów powietrznych i oceanicznych oraz wiatru, 35% energii słonecznej jest odbijane. Przepływ energii słonecznej docierającej do powierzchni Ziemi jest 9 tysięcy razy większy niż całkowita energia wytwarzana obecnie na świecie przy użyciu paliw organicznych i uranu.

Energia słoneczna ma wiele zalet. Jest ona dostępna wszędzie, jest praktycznie niewyczerpana i dostępna w tej samej formie przez czas nieokreślony. długi okres czas. Aby zaspokoić swoje potrzeby energetyczne w roku 2100, ludzkość będzie potrzebować jedynie mniej niż 0,1% energii słonecznej padającej na Ziemię, czyli jedną czterdziestą energii słonecznej padającej na pustynię. Energia słoneczna ma jednak niską gęstość strumienia (800-1000 W/m2), jej natężenie zmienia się w ciągu dnia, zależy od pory roku itp. Zarówno padająca, jak i rozproszona są bezpośrednimi rodzajami energii słonecznej. Typy pośrednie Energia słoneczna obejmuje wiatr, fale, pływy, gradienty termiczne oceanów, energię wodną i energię fotosyntetyczną.

Konwencjonalnie można wyróżnić cztery obszary wykorzystania energii słonecznej: cieplny, fotowoltaiczny, biologiczny i chemiczny. Kierunek termotechnika (zaopatrzenie w ciepło energią słoneczną) opiera się na ogrzewaniu czynników chłodniczych, takich jak woda, metodą konwencjonalną lub skoncentrowaną promienie słoneczne w specjalnych urządzeniach zbierających. Metoda ta zaczęła już znajdować praktyczne zastosowanie w USA, Japonii, regiony południowe naszego kraju do odsalania i produkcji ciepłej wody, ogrzewania budynków zimą i chłodzenia ich latem, suszenia różnych produktów i materiałów, zasilania konwerterów termicznych itp. Nawet przy dzisiejszej wydajności kolektory słoneczne może okazać się ekonomicznie wykonalne do obszarów leżących na 56. szerokości geograficznej (w przybliżeniu szerokości geograficznej Moskwy). Dużo uwagi Wiele krajów skupia się na sposobie wykorzystania fotowoltaiki energia elektryczna.

Odkrycia dokonane w ciągu ostatnich 10-20 lat w fizyce i chemii półprzewodników doprowadziły do ​​znacznego postępu w tym zakresie. Na ich bazie stworzono przetworniki fotoelektryczne – baterie słoneczne, które są obecnie szeroko stosowane w statki kosmiczne. Wydajność baterii wynosi 12-15%, a na próbkach laboratoryjnych osiągnięto to znacząco najlepsze wyniki (28 - 29 %).

Badania teoretyczne doprowadziło do wniosków o zasadniczej możliwości osiągnięcia współczynnika przydatna akcja, blisko 90%. Jednak powszechne zastosowanie przekształtników półprzewodnikowych w energetyce naziemnej utrudnia ich wciąż wysoki koszt (koszt wytworzenia prądu za pomocą paneli fotowoltaicznych jest wyższy niż w przypadku tradycyjne sposoby). W związku z tym jednym z głównych kierunków jest tutaj rozwój tańszych przetworników, na przykład wykorzystujących folię i półprzewodniki organiczne, a mniej drogie technologie ich produkcję.

Energetyka geotermalna oparta na wodach termalnych (gorących podziemnych) dość intensywnie rozwija się w USA, Włoszech i Japonii, gdzie zbudowano elektrociepłownie geotermalne. W Rosji duże zasoby energii geotermalnej dostępne są na Kamczatce, Sachalinie i Wyspach Kurylskich, a mniejsze na Kaukazie. Energię geotermalną można wykorzystać w rolnictwie (ogrzewanie szklarni) i komunalnych (zaopatrzenie w ciepłą wodę). Niektóre osady w Dagestanie, Inguszetii, Krasnodarze i Stawropolu oraz na Kamczatce są podłączone do źródła wody geotermalnej.

Oceany kryją w sobie ogromny potencjał w postaci energii cieplnej znajdującej się w głębi słupa wody (promieniowanie, temperatury górnej i dolnej warstwy wody), a także energii prądów oceanicznych, fale morskie i pływy. Na świecie najbardziej rozwinięte są prace przy elektrowniach pływowych (TPP). W 1966 r. wybudowano elektrownię Rance we Francji, wytwarzającą 500 mln kWh energii elektrycznej rocznie, w 1968 r. w Rosji – Kisłogubską GTPP przy ul., w 1984 r. – elektrownię w Kanadzie o mocy 20 MW.

Obiecująca jest produkcja energii z biomasy uzyskiwanej z przetwarzania odpadów organicznych. Opracowano technologie produkcji biogazu i etanolu, który można wykorzystać jako paliwo i kompost (nawozy organiczne) z odpadów organicznych pochodzących z hodowli zwierząt, hodowli trzody chlewnej, ferm drobiu, ścieków komunalnych, bytowych i odpadów przemysłu drzewnego.

Elektrownie są ze sobą połączone i dostarczają energię elektryczną do sieci energetycznej regionu lub kraju. Z tego systemu odbiorcy o różnym składzie, mocy, trybie pracy i innych wskaźnikach otrzymują energię elektryczną. Taka integracja z systemem energetycznym pozwala na: zmniejszenie całkowitej mocy zainstalowanej elektrowni; rezerwa mocy ze względu na możliwość manewrowania stacjami różne typy; zmniejszyć całkowite zużycie paliwa; zwiększyć niezawodność zasilania odbiorców poprzez dodatkowe wzajemne połączenia; zwiększyć efektywność wytwarzania energii elektrycznej poprzez optymalne rozłożenie obciążeń elektrycznych pomiędzy stacjami różnego typu.

Ryc.1.14.

Całkowite obciążenie elektryczne grupy odbiorców podłączonych do systemu elektroenergetycznego zależy od wielu czynników: składu odbiorców, ich mocy, trybu pracy, zastosowanej technologii i sprzętu, pory dnia i roku, warunków klimatycznych itp. Przybliżony rozkład dobowy obciążenia elektrycznego obszaru przemysłowego przedstawiono na rys. 1.14. Charakteryzuje się stałym dobowym (podstawowym) obciążeniem P3; słabo zmienne (półszczytowe) obciążenie od P3 do P2; obciążenie szczytowe P1. W każdym momencie musi nastąpić bilans mocy wytworzonej i pobranej w systemie elektroenergetycznym (z uwzględnieniem strat). W przeciwnym razie tryb pracy systemu elektroenergetycznego jako całości i jego poszczególnych elementów może stać się awaryjny, aż do „załamania”, tj. całkowite odłączenie od siebie wszystkich źródeł i odbiorców energii elektrycznej. Aby zachować bilans mocy, konieczna jest regulacja i zmiana mocy wytwarzanej w elektrowniach. Różna moc i bezwładność jednostek napędowych determinuje pewne wzorce ich wykorzystania, zarówno z technicznego, jak i ekonomicznego punktu widzenia. Obciążenie podstawowe ponoszą najpotężniejsze i inercyjne elektrownie - elektrownie jądrowe i duże elektrownie cieplne, państwowe elektrownie okręgowe. Obciążenie półszczytowe pokrywają jednostki manewrowe elektrowni wodnych, elektrowni szczytowo-pompowych i elektrowni cieplnych. Obciążenie szczytowe zapewniają hydroeratory, zespoły turbin gazowych i turbiny gazowe o cyklu kombinowanym.

Specyficzny skład elektrowni w regionie może częściowo zmienić rozważany wariant rozkładu obciążenia, ale ogólne zasady pozostają niezmienione.

Wykorzystanie alternatywnych źródeł energii

Wzrost liczby ludności, rozwój przemysłowy i społeczny społeczeństwa wymagają znacznego zwiększenia produkcji energii. Jednocześnie w połowie XXI wieku dotkliwy niedobór organicznych zasobów energii, które dziś dostarczają około 80% całego zapotrzebowania na energię, stanie się całkiem realny. Koszty wydobycia i transportu paliw stale rosną i proces ten będzie postępował, bo... nowe złoża często zlokalizowane są w odległych, trudno dostępnych obszarach, na znacznych głębokościach. Wzrost cen paliw wynika także z faktu, że ropa naftowa, gaz i węgiel są ważnymi surowcami dla wielu gałęzi przemysłu, a stwierdzenie „ogrzewanie olejem to to samo, co ogrzewanie banknotami” nie traci na aktualności.

Dlatego też trwają prace nad znalezieniem nowych, typy alternatywneźródła energii, w tym odnawialne i przyjazne dla środowiska. Niektóre z tych zmian omówiono poniżej.

Instalacje magnetohydrodynamiczne (MHD). Zasada działania tych instalacji pozwala na bezpośrednią konwersję energii cieplnej na energię elektryczną (rys. 1.15). Strumień 2 zjonizowanego gazu przepływa pomiędzy metalowymi płytkami 1 umieszczonymi w silnym polu magnetycznym. Zgodnie z prawem indukcji elektromagnetycznej indukuje się pole elektromagnetyczne, które powoduje przepływ prądu elektrycznego pomiędzy elektrodami wewnątrz kanału generatora oraz w obwodzie zewnętrznym. Brak części ruchomych w generatorze MHD pozwala na osiągnięcie temperatury roboczej płynu na wlocie 2550...2600 0C i zapewnia sprawność obiegu cieplnego na poziomie 70...75%.

Instalacje MHD mogą pracować według różnych schematów. Jedną z opcji jest reaktor jądrowy o obiegu zamkniętym (rys. 1.15.b.). Płyn roboczy (argon lub hel z dodatkiem cezu) podgrzewany jest w reaktorze jądrowym lub w wysokotemperaturowym wymienniku ciepła 3 i trafia do kanału 4 MHD, gdzie energia cieplna poruszająca się plazma zamienia się w elektryczną. Gazy odprowadzane kanałem MHD o temperaturze około 1500 0C trafiają do generatora pary 5, co zapewnia pracę zespołu turbiny parowej 6. Obieg MHD zamyka się poprzez sprężarkę 7, która zawraca gaz do reaktora lub wymiennik ciepła 3.

Ryc.1.15.

a - zasada działania generatora MHD; b - Instalacja MHD z reaktorem jądrowym.

Moc pilotażowej instalacji przemysłowej MHD wynosi 25 MW. Na etapie rozwoju technicznego znajduje się instalacja o mocy 500 MW. W procesie tym występuje szereg trudności utrudniających tempo wdrażania generatorów MHD: powstawanie pól magnetycznych o wysokiej indukcji; uzyskanie wysokiej przewodności plazmy w temperaturach do 2400...2500 0C; tworzenie materiałów termoodpornych; uzyskanie prądu przemiennego, który należy odwrócić od prądu stałego generowanego przez instalację MHD. Niemniej jednak rozwój i wdrażanie generatorów MHD ma całkiem dobre perspektywy.

Instalacje termojądrowe. Tworzenie instalacji przemysłowych tego typu może niemal całkowicie rozwiązać problem pozyskania wymaganej ilości energii. Zapasy izotopów deuteru i trytu, paliwa wyjściowego do reaktorów termojądrowych, na Ziemi są praktycznie nieograniczone. Podczas reakcji termojądrowej uwalniana jest kolosalna energia. Dzieje się tak na Słońcu, a także podczas eksplozji bomby wodorowej. Aby kontrolować taki proces, należy zapewnić szereg warunków: gęstość paliwa co najmniej 1015 jąder na 1 cm3; temperatura 100...500?106 stopni. Taki stan paliwa należy utrzymać przez ułamek sekundy.

Prace nad stworzeniem reaktora termojądrowego prowadzono intensywnie w ZSRR, USA i Japonii. Niektórzy pozytywne wyniki np. instalacja TOKOMAK w Instytucie Energii Atomowej im. I.V.Kurchatova. Jednak problemy techniczne i naukowe nie pozwoliły jeszcze na stworzenie prawdziwej przemysłowej instalacji termojądrowej.

Elektrownie słoneczne. Ziemia otrzymuje rocznie od Słońca 1017 W energii, czyli 20 000 razy więcej niż obecny poziom zużycia. Naturalną rzeczą jest zamiana energii słonecznej na energię cieplną. Takie instalacje były używane przez człowieka od czasów starożytnych. Istnieje również dość prosty sposób na konwersję energii słonecznej na energię elektryczną - za pomocą fotokomórek. Dlatego w wielu krajach prowadzone są prace nad powstaniem elektrowni słonecznych (SPP). Szczególne znaczenie Jednocześnie takie źródło energii jest przyjazne dla środowiska i odnawialne. W rezultacie w ciągu ostatnich 50 lat zbudowano dziesiątki elektrowni słonecznych w USA, Australii, Włoszech, Oceanii i innych regionach odpowiednich klimatycznie. W ZSRR wybudowano krymską elektrownię słoneczną o mocy 5 MW oraz zaprojektowano stację w Azji Centralnej o łącznej mocy 200 MW.

Istnieją jednak znaczne trudności w tworzeniu i eksploatacji elektrowni słonecznych, które nie pozwalają jeszcze elektrowniom słonecznym w pełni konkurować z elektrowniami cieplnymi i elektrowniami wodnymi. Jest to zmienność promieniowania słonecznego w zależności od pory dnia, roku i zależności warunki atmosferyczne; niska gęstość promieniowania na powierzchni Ziemi; niewystarczający specyfikacje techniczne istniejących ogniw fotowoltaicznych i złożoności ich utylizacji. Sprawność instalacji SEL wynosi obecnie około 15%, a uzyskanie znacznych mocy wiąże się z rozmieszczeniem urządzeń na dużych obszarach kilkudziesięciu kilometrów kwadratowych i związanym z tym zużyciem materiałów. Jednakże prace nad udoskonaleniem SELS trwają.

Stacje geotermalne (GeoTES). Stacje takie wykorzystują ciepło wnętrza Ziemi jako źródło energii. Główne typy elektrowni geotermalnych działają na gorącą wodę pod ciśnieniem, wodę z parą, parę suchą lub gaz (energia petrotermalna).

Średnio na każde 30...40 m w głąb Ziemi temperatura wzrasta o 1 0C i na głębokości 10...15 kilometrów osiąga 1000-1200 0C. W niektórych częściach planety temperatura w bezpośrednim sąsiedztwie powierzchni jest dość wysoka. W tych miejscach przepływają potężne gorące wody podziemne, para i gaz. Można tu zlokalizować elektrownie geotermalne. Przykładowo w Dolinie Gejzerów w USA łączna moc GeoTPP wynosi 900 MW, Lardello GeoTPP we Włoszech ma moc 420 MW, a stacja Wairaket w Nowej Zelandii ma moc 290 MW. Dość potężne elektrownie geotermalne działają w Meksyku, Japonii, Islandii i innych krajach. Rosyjska elektrownia geotermalna na Kamczatce ma moc 5 MW.

Czystość środowiska, odnawialna energia cieplna Ziemi i wystarczająca prostota konstrukcji to niewątpliwe zalety GeoTES.

Wadą stacji geotermalnych jest ich sztywne połączenie z miejscem ucieczki ciepła na powierzchnię Ziemi oraz ograniczone parametry czynnika roboczego w zakresie ciśnienia i temperatury.

Elektrownie pływowe (TPP). Nowoczesne TPP wykorzystują fazę odpływu i odpływu, ich jednostki (turbiny) są odwracalne i działają, gdy woda przemieszcza się z morza do zatoki i odwrotnie (ryc. 1.16). Takie instalacje mogą pracować w trybie turbiny i pompy.

PES działają w Rosji (Kisłogubskaja, 400 kW), Japonii, Francji i innych krajach. Najpotężniejszy TPP zlokalizowany jest u ujścia rzeki Rance we Francji – 240 MW.

Ryc.1.16.

a - widok z góry; b - sekcja

VGP - horyzont najwyższego pływu; VGO - najwyższy horyzont odpływu

Energia pływów jest przyjazna dla środowiska, odnawialna, niezmienna w okresach rocznych i długoterminowych, jednak z biegiem czasu ulega istotnym zmianom. miesiąc synodyczny i można z niego korzystać wyłącznie w określonych lokalizacjach geograficznych na wybrzeżach mórz i oceanów, jeżeli dostępny jest niezbędny teren.

Elektrownie wykorzystujące energię morską. Energię fal, prądów, gradientów temperatury i zasolenia w morzach i oceanach można przekształcić w energię elektryczną. Zaprojektowano i przetestowano kilka typów instalacji do konwersji. Przykładowo turbina Coriolisa o mocy 80 MW przeznaczona jest dla stacji wykorzystujących prądy oceaniczne.

Elektrownie wiatrowe (WPP). Człowiek od zawsze wykorzystywał energię wiatru. Przekształcenie tej energii w energię elektryczną jest zasadniczo bardzo proste. W ZSRR już w latach 20-tych zbudowano farmę wiatrową Kursk o mocy 8 kW. Największa na świecie instalacja o mocy 1050 kW w jednym bloku działa w USA od 1941 roku.

Jednak pomimo pewnych zalet (ekologiczna czystość, odnawialność, prostota i niski koszt użytkowania), energetyka wiatrowa ma również istotne wady, które ograniczają budowę farm wiatrowych. Jest to duża nierówność w gęstości energii wiatrowej, uzależnienie od czynników geograficznych, klimatycznych, meteorologicznych itp. Dlatego obecnie budowa farm wiatrowych o ograniczonej mocy do użytku lokalnego jest ekonomicznie uzasadniona.

Perspektywy dynamiki rozwoju elektrowni

Dynamika rozwoju energetyki światowej i krajowej wskazuje, że w najbliższej przyszłości w przybliżeniu zachowana zostanie istniejąca równowaga pomiędzy elektrowniami cieplnymi, elektrowniami jądrowymi i elektrowniami wodnymi. W tym przypadku priorytetowa będzie strategia gazowo-węglowa, a zużycie oleju opałowego w elektrowniach cieplnych zostanie ograniczone. Światowe ceny energii, pod wpływem wielu czynników, są w stanie dostosowywać tę strategię w różnym stopniu iw różnych odstępach czasu.

PGU i GTU będą dalej rozwijane. Spośród stosunkowo nowych obszarów priorytetem są instalacje MHD.

Rozwinie się nietradycyjna energetyka (słoneczna, pływowa, geotermalna), wykorzystująca przyjazne dla środowiska odnawialne zasoby naturalne. Kontynuowane będą prace badawczo-rozwojowe w zakresie tworzenia i rozwoju instalacji termojądrowych, generatorów termoelektrycznych, radioizotopowych, termoelektrycznych, elektrochemicznych i innych. Oddzielnym i bardzo ważnym obszarem pracy jest oszczędzanie energii wszelkiego rodzaju paliw i surowców energetycznych, energii cieplnej i elektrycznej.

O normalne, satysfakcjonujące życie współczesnemu człowiekowi potrzebna jest energia. Bez energii nie będziemy w stanie ogrzać zimą naszych domów, nie będziemy w stanie wyprodukować wielu produktów i rzeczy, bez których nasze życie jest po prostu nie do pomyślenia. Tradycyjnie ludzkość jest przyzwyczajona do pozyskiwania energii ze źródeł nieodnawialnych, takich jak pola gazowe czy naftowe. Jednak źródła nieodnawialne tak się nazywają, bo prędzej czy później ich zapasy się wyczerpią, a ludzie znajdą się w sytuacji krytycznej, jeśli oczywiście nie przygotują się na czas na taki rozwój wydarzeń, przeznaczając czas i zasoby dla rozwoju tak ważnego przemysłu naukowo-technicznego jak energia alternatywna.

KIERUNKI ENERGII NIEKONWENCJONALNEJ

Ludzkość może wykorzystywać energię słoneczną, energię wiatru, energię pływów, energię geotermalną i inne nietradycyjne źródła energii jako źródła energii odnawialnej. Wszystkie te źródła energii są przedmiotem dogłębnych badań różne typy energia alternatywna.

• Energia słoneczna

Ten obszar energii alternatywnej opiera się na wykorzystaniu energii słonecznej, której głównymi zaletami są niewyczerpaność, brak szkodliwych emisji podczas produkcji energii oraz dostępność. A jednym z czynników komplikujących jego zastosowanie jest zależność ilości energii słonecznej docierającej do ziemi od pogody, pory dnia i pory roku, co utrudnia wykorzystanie energii słonecznej na obszarach o niski poziom promieniowanie słoneczne. Aby przezwyciężyć ten czynnik, stosuje się baterie.

• Energia geotermalna

Celem tego rodzaju nietradycyjnej energii jest ciepło głębin ziemi, które w specjalnych stacjach przetwarzane jest na energię elektryczną lub, w niektórych przypadkach, bezpośrednio wykorzystywane do ogrzewania budynków. Aby dostać się do ciepła we wnętrznościach ziemi, najczęściej konieczne jest wiercenie studni. Szczególnie skuteczny tę metodę pozyskiwanie energii w miejscach, gdzie gorąca woda znajduje się bardzo blisko powierzchni ziemi.

• Energia wiatru

Inny niewyczerpane źródło energia to wiatr. Gałąź energii, która przetwarza energię wiatru na inne rodzaje energii, nazywa się energią wiatru. Elektrownie wiatrowe są aktywnie wykorzystywane przez kraje rozwinięte do pozyskiwania energii właściwe typy energia. Na przykład teraz prawie 10 proc potrzebne Europie energia pozyskiwana jest z energii wiatru, a za piętnaście lat, zdaniem ekspertów, energia zużywana przez kraje europejskie będzie stanowić jedną czwartą energii wiatrowej.

• Energia biopaliwa

Ten rodzaj nietradycyjnej energii bada wytwarzanie energii z surowców biologicznych (łodygi i inne części roślin, odpady zwierzęce itp.)

• Energia fal

Ten kierunek nietradycyjnej energii opanowuje tak interesujące źródło odnawialne, jak energia fal.

PERSPEKTYWY DLA ENERGII NIEKONWENCJONALNEJ

W wielu krajach aktywnie rozwijają się wszystkie obszary nietradycyjnej energetyki. Jednak w tych krajach, które wspierają badania, rozwój i wdrożenia alternatywne sposoby otrzymując kompleksowe rządowe – legislacyjne i gospodarcze – wsparcie dla energetyki, rezultaty są szczególnie imponujące. W krajach rozwiniętych udział odnawialnych źródeł energii stale rośnie, co pozwala w wielu przypadkach znacząco zaoszczędzić tradycyjne rodzaje energii, a w niektórych przypadkach całkowicie je zastąpić.

Już teraz stacje kosmiczne wykorzystują energię słoneczną do obsługi ważnych systemów, w wielu krajach aktywnie budowane są elektrownie wiatrowe i słoneczne, a architekci projektując i budując domy początkowo biorą pod uwagę możliwość wykorzystania odnawialnych źródeł energii. W najbliższej przyszłości naukowcy planują realizację odważnych, ciekawych projektów naukowo-technicznych, takich jak budowa elektrowni słonecznych wzdłuż równika globu.

Perspektywy rozwoju nietradycyjnej energetyki są zatem kolosalne, a pełne przejście na wykorzystanie odnawialnych źródeł energii zmieni nasz świat.

Energia alternatywna jest swego rodzaju ratunkiem dla ludzkości w przyszłości. Dalszy rozwój naszej cywilizacji zależy bezpośrednio od tego, jak dobrze opanujemy odnawialne źródła energii. Dlatego wszystkie kraje wysoko rozwinięte dążą do wspierania badań w tym obszarze, do realizacji projektów opartych na wykorzystaniu energii słonecznej, wiatrowej lub innej energii odnawialnej, aby częściowo lub całkowicie zrezygnować z tradycyjnych źródeł energii i uzyskać długo oczekiwaną niezależność od źródeł nieodnawialnych. zasoby.

Aktywne przejście na korzystanie z czystych, odnawialnych rodzajów energii pomoże ludzkości jakościowo zmienić i poprawić życie na planecie.

Bez prądu życie w każdym domu jest prawie nie do pomyślenia: prąd pomaga w gotowaniu, ogrzewaniu pomieszczenia, pompowaniu do niego wody i prostym oświetleniu. Ale co powinieneś zrobić, jeśli w miejscu zamieszkania nie ma jeszcze komunikacji, na ratunek przyjdą alternatywne źródła energii elektrycznej.

W naszym przeglądzie zebraliśmy kilka powszechnych alternatywnych źródeł energii elektrycznej w życiu codziennym, które są szeroko stosowane zarówno w Rosji, jak i w krajach europejskich i na kontynencie amerykańskim. Pod wieloma względami są one oczywiście droższe i trudniejsze w obsłudze niż centralna sieć energetyczna; Jednakże inwestycje finansowe będzie w pełni uzasadnione wysoką jakością i niezawodnością usług, a także stworzeniem korzystnego otoczenia środowiskowego.

Generatory elektryczne

Najpopularniejsze alternatywne źródło energii w Rosji, na które jest największe zapotrzebowanie w prywatnych domach wiejskich. W zależności od rodzaju stosowanego paliwa, generatorami elektrycznymi mogą być olej napędowy, benzyna lub gaz.

Generatory diesla mają wiele zalet, w tym wydajność, niezawodność i niskie ryzyko pożaru. Jeśli regularnie korzystasz z generatora diesla, jest on znacznie bardziej opłacalny niż modele zasilane gazem lub benzyną. Zużycie paliwa w urządzeniach z silnikiem Diesla nie jest wysokie, cena oleju napędowego jest również niska i nie będzie wymagać kosztownych napraw.

Wadami generatora diesla są duża ilość gazów uwalnianych podczas pracy, hałas i wysoki koszt samego urządzenia. Cena „przeciętnego” sprzętu o mocy wyjściowej około 5 kW wynosi średnio około 23 000 rubli; jednak w ciągu jednego lata pracy całkowicie się to zwraca.

Generator benzyny idealne jako zapasowe lub sezonowe źródło zasilania. W porównaniu do generatorów diesla, generatory benzynowe mają małe rozmiary, wytwarzają niewiele hałasu podczas pracy i są tańsze - średnia cena generatora benzynowego o mocy 5 kW waha się od 14 do 17 tysięcy rubli. Wadą generatora benzynowego jest duże zużycie paliwa, a wysoki poziom emitowanego dwutlenku węgla będzie wymagał umieszczenia generatora elektrycznego w oddzielnym pomieszczeniu.

Generatory gazowe- być może najbardziej „opłacalne” modele do użytku codziennego, które sprawdziły się pod każdym względem: mogą pracować zarówno na gazie ziemnym, jak i paliwie skroplonym w butlach. Poziom hałasu tego urządzenia jest bardzo niski, a trwałość najwyższa; jednocześnie ceny mieszczą się w umiarkowanym przedziale: za „domowe” urządzenie o mocy około 5 kW trzeba będzie zapłacić około 18 tysięcy rubli.

Życie pod słońcem

Z roku na rok coraz większą popularnością cieszy się kolejne alternatywne źródło energii elektrycznej – energia słoneczna. Można go wykorzystać nie tylko do wytwarzania energii elektrycznej, ale także do zapewnienia autonomicznego ogrzewania. Na dachu, a czasami na ścianach instalowane są panele słoneczne o różnych rozmiarach, które posiadają akumulator i falownik; jakiś czas temu pisaliśmy innowacyjna technologia– płytki z wbudowanymi fotokomórkami (). Oto korzyści, jakie zapewniają panele fotowoltaiczne:

• Wykorzystanie odnawialnego źródła energii;
• Absolutnie cicha praca;
• Bezpieczeństwo ekologiczne, brak jakichkolwiek emisji do atmosfery;
• Prosty montaż, możliwość samodzielnego montażu.

Szczególnie często panele słoneczne można spotkać na południu Europy i Rosji, gdzie liczba dni słonecznych zarówno zimą, jak i latem przewyższa liczbę pochmurnych. Ale są też pewne niuanse, o których należy pamiętać:

Nawet przy najbardziej słonecznej pogodzie łączna moc wszystkich zainstalowanych fotokomórek nie przekroczy 5-7 kW na godzinę. Zatem jeśli weźmiemy pod uwagę choćby przybliżone szacunki, że ogrzewanie domu wymaga energii na poziomie 1 kW na 10 metrów kwadratowych, to otrzymujemy, że tylko trochę wiejski dom; domy dwu- lub trzypiętrowe nadal będą wymagały dodatkowych źródeł energii, zwłaszcza jeśli zużycie wody i światła jest również wysokie.

Ale nawet jeśli dom jest mały, wówczas na instalację sprzętu trzeba będzie przeznaczyć co najmniej 10 metrów kwadratowych ziemi, więc na standardowych sześciuset metrach kwadratowych z ogrodem warzywnym i ogrodem wydaje się to mało prawdopodobne.

I oczywiście istnieją całkiem „naturalne” trudności - jest to zależność od dziennych i sezonowych wahań promieniowania słonecznego: nikt nie gwarantuje nam słonecznej pogody nawet w lecie. I jeszcze jedno: choć same fotokomórki w trakcie pracy nie wydzielają toksycznych substancji, to ich utylizacja nie jest taka prosta, trzeba je oddać do specjalnych punktów zbiórki – tak jak zużyte baterie.

Koszt gotowej stacji zaczyna się od 100 tysięcy rubli, co również nie każdemu odpowiada. Jednakże, energia słoneczna Można go też wykorzystać „tańszym” sposobem: zainstaluj na działce kolektor, który będzie podgrzewał wodę - będzie oddawał ciepło w ciągu dnia, nawet w pochmurne i deszczowe dni. W zasadzie, dzienne zapotrzebowanie w ciepłej wodzie kolektor grzewczy jest całkowicie zadowalający, a jego cena zaczyna się od 30 000 rubli. Ale tego typu sprzęt nie wytwarza energii elektrycznej i może działać tylko w regionach południowych, gdzie aktywność słoneczna jest dość wysoka.

Z wiatrem!

Instalacje do przetwarzania energii wiatru na energię elektryczną nie są już fantastyczną przyszłością technologiczną – wystarczy spojrzeć na pola w Niemczech i Holandii, aby przekonać się o wszechobecności turbin wiatrowych.

Trochę fizyki szkolnej: energia kinetyczna Wiatr zamienia się w energię mechaniczną powstającą w wyniku obrotu turbiny, a falownik z kolei generuje prąd przemienny. Należy o tym pamiętać: minimalna prędkość wiatru, przy której prąd będzie wytwarzany z koła zamachowego wynosi 2 m/s, a optymalna jest, jeśli prędkość wiatru będzie wynosić 5–8 m/s; Dlatego też generatory wiatrowe cieszą się szczególną popularnością w północno-zachodnich regionach Europy, gdzie średnia roczna prędkość wiatru jest bardzo duża. Według rodzaju projektu generatory wiatrowe różnią się w poziomie i pionie: zależy to od mocowania wirnika.

Pozioma konstrukcja generatora jest dobra wysoka stawka Wydajność, podczas instalacji zostanie zużyta niewielka ilość materiałów. Ale będziesz musiał stawić czoła pewnym trudnościom: do instalacji wymagany będzie wysoki maszt, a sam generator ma złożoną część mechaniczną, a naprawy mogą być bardzo trudne.

Generatory pionowe mogą pracować w szerszym zakresie prędkości wiatru; ale jednocześnie ich instalacja jest znacznie bardziej skomplikowana, a do montażu silnika wymagane będzie dodatkowe mocowanie.

Aby załagodzić różnicę między porą wietrzną a porą spokojną i zapewnić nieprzerwane zasilanie domu w prąd, stacja wiatrowa jest zwykle wyposażana w akumulator. Inną alternatywą dla zainstalowania baterii na farmie wiatrowej byłby zbiornik magazynujący wodę, który służy zarówno do ogrzewania, jak i dostarczania ciepłej wody. W takim przypadku będziesz mógł trochę zaoszczędzić na zakupie - jednak koszt generatora wiatrowego nadal pozostanie wysoki: około 300 tysięcy rubli, bez baterii - około 250 tysięcy.

Kolejnym niuansem, który należy wziąć pod uwagę przy zakładaniu farmy wiatrowej, jest konieczność stworzenia fundamentu pod sprzęt. Fundament należy wzmocnić ze szczególną ostrożnością, jeśli w Twojej okolicy prędkość wiatru okresowo przekracza 10-15 metrów na sekundę. Zimą konieczne będzie upewnienie się, że łopaty turbin wiatrowych nie oblodzą, co znacznie zmniejsza wydajność. Dodatkowo drgania i hałas powstający podczas pracy turbiny wiatrowej powodują, że wskazane jest umiejscowienie stacji w odległości co najmniej 15 metrów od budynku mieszkalnego.

Korzyści na żywo

O biopaliwach mówi się obecnie wszędzie jako o „ekologicznej technologii przyszłości”. Wokół niego narosło wiele kontrowersji i sprzecznych opinii: jest atrakcyjny jako paliwo do samochodów, bo ma atrakcyjną cenę, ale jednocześnie wielu kierowców ma wątpliwości negatywny wpływ biomateriał na silnik i moc. Zostawmy na boku problemy samochodowe: w końcu biopaliwa mogą służyć nie tylko jako paliwo pojazdy, ale także jako źródło prądu elektrycznego: może zastąpić gaz, benzynę i olej napędowy podczas tankowania sprzętu.

Biopaliwo produkowane jest w wyniku przerobu resztek roślinnych – łodyg i nasion. Do produkcji biologicznego oleju napędowego wykorzystuje się tłuszcze z nasion roślin oleistych, a benzynę wytwarza się w procesie fermentacji kukurydzy, trzciny cukrowej, buraków i innych roślin. Glony uznawane są za najbardziej optymalne źródło energii biologicznej, gdyż są bezpretensjonalne w uprawie i łatwo przekształcają się w biomasę o właściwościach oleistych zbliżonych do oleju.

W tej technologii wytwarzany jest także gaz biologiczny, który jest zbierany podczas fermentacji odpadów organicznych z przemysłu spożywczego i hodowli zwierząt: w 95% składa się z metanu. Technologie środowiskowe pozwalają na gromadzenie gazu ziemnego z... składowisk! Z 1 tony bezużytecznych śmieci powstaje do 500 metrów sześciennych użytecznego gazu, który następnie przetwarzany jest na etanol celulozowy.

Jeśli mówimy o użytku domowego biopaliwa do wytwarzania energii elektrycznej, wówczas w tym celu należy zakupić indywidualną biogazownię, która będzie produkować gaz ziemny z odpadów. Oczywiste jest, że ta opcja jest możliwa tylko w wiejskim domu, który ma własne wysypisko odpadów biologicznych na ulicy.

Standardowa instalacja zapewni od 3 do 12 metrów sześciennych gazu dziennie; powstały gaz można następnie wykorzystać do ogrzania domu i zatankowania różnych urządzeń, w tym generatora gazowego, o którym pisaliśmy powyżej. Niestety biogazownie nie są jeszcze wszędzie dostępne: za jedną trzeba będzie zapłacić co najmniej 250 000 rubli.

Oswajaj przepływ

Jeśli dysponujesz własną bieżącą wodą (odcinek potoku lub rzeki), dobrym rozwiązaniem będzie zbudowanie indywidualnej elektrowni wodnej. Pod względem instalacyjnym ten typ generatora energii jest jednym z najbardziej skomplikowanych, ale jego wydajność jest znacznie wyższa niż wszystkich opisanych powyżej źródeł - wiatru, słońca i biologicznych. Elektrownie wodne mogą być zaporowe lub bezzaporowe, druga opcja jest bardziej powszechna i dostępna – często można spotkać się z synonimiczną nazwą „stacja przepływowa”. W zależności od konstrukcji stacje dzielą się na kilka typów:

Najbardziej optymalną i powszechną opcją, która nadaje się do samodzielnego wykonania, jest stacja ze śmigłem lub kołem; W Internecie można znaleźć wiele instrukcji i przydatnych wskazówek.

Najtrudniejszym i najbardziej niewygodnym rozwiązaniem byłaby instalacja girlandy: ma niską wydajność, jest dość niebezpieczna dla otaczających ludzi, a instalacja stacji będzie wymagała zużycia dużej ilości materiałów i dużo czasu. Pod tym względem rotor Daria jest wygodniejszy, ponieważ oś jest umieszczona pionowo i można ją zainstalować nad wodą. Jednocześnie zamontowanie takiej stacji będzie trudne, a wirnik należy ręcznie odkręcić podczas uruchamiania.

Jeśli kupisz gotową minielektrownię wodną, ​​​​tak będzie średni koszt będzie około 200 tysięcy rubli; Samodzielny montaż komponentów pozwoli zaoszczędzić do 30% kosztów, ale będzie wymagał dużo czasu i wysiłku. Który z nich jest lepszy, zależy od Ciebie.

Po co płacić przedsiębiorstwom energetycznym za prąd co miesiąc, skoro można zapewnić energię we własnym zakresie? Wszystko więcej ludzi na świecie rozumie tę prawdę. I dlatego dzisiaj porozmawiamy 8 niezwykłych źródeł alternatywnej energii dla domu, biura i wypoczynku.

Panele słoneczne w oknach

Obecnie najczęstszym alternatywnym źródłem energii w życiu codziennym jest panele słoneczne. Tradycyjnie instaluje się je na dachach domów prywatnych lub na dziedzińcach. Ale ostatnio stało się możliwe umieszczanie tych elementów bezpośrednio w oknach, co pozwala na korzystanie z takich baterii nawet właścicielom zwykłych mieszkań w budynkach wielopiętrowych.

Jednocześnie pojawiły się już rozwiązania, które umożliwiają tworzenie paneli słonecznych wysoki poziom przezroczystość. To właśnie te elementy energetyczne warto zamontować w oknach mieszkalnych.

Na przykład przezroczyste panele słoneczne zostały opracowane przez specjalistów z Michigan State University. Elementy te przepuszczają 99 procent przechodzącego przez nie światła, ale mają sprawność na poziomie 7%.

Firma Uprise stworzyła niezwykłą turbinę wiatrową dużej mocy, którą można zastosować zarówno w domu, jak i na skalę przemysłową. Turbina wiatrowa znajduje się w przyczepie, którą może ciągnąć SUV lub samochód kempingowy.

Po złożeniu turbina Uprise może poruszać się po drogach publicznych. Ale po rozłożeniu zamienia się w pełnoprawną turbinę wiatrową o wysokości piętnastu metrów i mocy 50 kW.

Uprise może być używany podczas podróży kamperem, do zasilania odległych miejsc lub zwykłych prywatnych rezydencji. Instalując tę ​​turbinę na swoim podwórku, jej właściciel może nawet sprzedać nadwyżkę energii sąsiadom.

Makani Power to projekt firmy o tej samej nazwie, która niedawno przeszła pod kontrolę półtajnego laboratorium innowacji. Idea stojąca za tą technologią jest prosta i genialna. Chodzi o o małym latawcu, który może latać na wysokości do jednego kilometra i wytwarzać prąd.

Samolot Makani Power wyposażony jest we wbudowane turbiny wiatrowe, które będą aktywnie działać na wysokościach, na których prędkość wiatru jest znacznie większa niż na poziomie gruntu. Energia otrzymana w w tym przypadku transmitowany za pomocą przewodu łączącego latawiec ze stacją bazową.

Energia będzie również generowana z ruchów samego samolotu Makani Power. Ciągnięcie kabla pod wpływem wiatru, to latawiec spowoduje obrót dynama wbudowanego w stację bazową.

Za pomocą Makani Power możliwe jest dostarczanie energii zarówno do domów prywatnych, jak i odległych miejsc, w których zainstalowanie tradycyjnej linii energetycznej jest niepraktyczne.

Nowoczesne ogniwa słoneczne nadal charakteryzują się bardzo niską wydajnością. Dlatego, aby uzyskać z nich wysokie wskaźniki wydajności, konieczne jest pokrycie panelami dość dużych przestrzeni. Ale technologia o nazwie Betaray pozwala zwiększyć wydajność około trzykrotnie.

Betaray to niewielka instalacja, którą można umieścić na dziedzińcu prywatnego domu lub na dachu wieżowca. Opiera się na przezroczystej szklanej kuli o średnicy nieco mniejszej niż metr. Gromadzi światło słoneczne i skupia je na dość małym panelu fotowoltaicznym. Maksymalna wydajność tej technologii wynosi oszałamiająco wysokie 35 procent.

Co więcej, sama instalacja Betaray jest dynamiczna. Automatycznie dostosowuje się do pozycji Słońca na niebie, aby w każdej chwili pracować z maksymalną wydajnością. Nawet w nocy bateria ta wytwarza energię elektryczną, przetwarzając światło księżyca, gwiazd i świateł ulicznych.

Duńsko-islandzki artysta Olafur Eliasson uruchomił niezwykły projekt o nazwie Little Sun, który łączy kreatywność, technologii i zobowiązań społecznych ludzi sukcesu wobec osób znajdujących się w niekorzystnej sytuacji. Mowa o niewielkim urządzeniu w kształcie kwiatu słonecznika, które w ciągu dnia napełnia się energią pochodzącą ze światła słonecznego, aby wieczorami rozświetlić najciemniejsze zakątki planety.

Każdy może przekazać pieniądze, aby lampa solarna Little Sun wkroczyła w życie rodziny z kraju Trzeciego Świata. Lampy Little Sun pozwalają dzieciom ze slumsów i odległych wiosek poświęcić wieczory na naukę lub czytanie, bez których sukces we współczesnym społeczeństwie jest niemożliwy.

Możesz także kupić lampy Little Sun dla siebie, czyniąc je częścią własne życie. Urządzenia te można wykorzystać podczas wyjść na łono natury lub do stworzenia wspaniałej wieczornej atmosfery na otwartej przestrzeni.

Wielu sceptyków śmieje się ze sportowców, twierdząc, że siłę wydatkowaną podczas ćwiczeń można wykorzystać do wytworzenia energii elektrycznej. Twórcy poszli za tą opinią i stworzyli pierwszy na świecie zestaw maszyn do ćwiczeń na świeżym powietrzu, z których każdy jest małą elektrownią.

Pierwszy plac gier i zabaw Green Heart pojawił się w listopadzie 2014 roku w Londynie. Energię elektryczną wytwarzaną przez entuzjastów ćwiczeń można wykorzystać do ładowania urządzenia mobilne: smartfony lub tablety.

Zakład Green Heart wysyła nadwyżkę energii do lokalnych sieci energetycznych.

To paradoksalne, ale nawet dzieci można zmusić do wytwarzania „zielonej” energii. W końcu nigdy nie mają nic przeciwko robieniu czegoś, zabawie i jakiejś rozrywce. Dlatego holenderscy inżynierowie stworzyli niezwykłą huśtawkę o nazwie Giraffe Street Lamp, która wykorzystuje niepokój dzieci w procesie wytwarzania prądu.

Huśtawka z lampą uliczną Giraffe generuje energię podczas użytkowania zgodnie z jej przeznaczeniem. Kołysząc się w siedzisku, dzieci i dorośli stymulują pracę dynama wbudowanego w tę konstrukcję.

Oczywiście uzyskana energia elektryczna nie wystarczy do pełnego funkcjonowania prywatnego budynku mieszkalnego. Jednak energia zgromadzona w ciągu dnia zabawy wystarczy, aby po zmroku uruchomić niezbyt mocną latarnię uliczną przez kilka godzin.

Operator komórkowy Vodafone zdaje sobie sprawę, że jego zyski rosną, gdy telefony klientów pracują przez całą dobę, a ich właściciele sami nie martwią się, gdzie znaleźć gniazdko, by naładować akumulatory swojego gadżetu. Dlatego właśnie ta firma sponsorowała rozwój niezwykłej technologii o nazwie Power Pocket.

Urządzenia oparte na technologii Power Pocket muszą znajdować się jak najbliżej ciała człowieka, aby wykorzystać jego ciepło do produkcji prądu na potrzeby gospodarstwa domowego.

NA w tej chwili w oparciu o technologię Power Pocket stworzono dwa praktyczne produkty: spodenki oraz śpiwór. Po raz pierwszy zostały przetestowane podczas festiwal muzyczny Festiwal na Isle of Wight w 2013 r. Doświadczenie okazało się udane, jedna noc w takiej osobie śpiwór Okazało się, że wystarczyło, aby naładować baterię smartfona o około 50 procent.

W tę recenzję Mówiliśmy tylko o tych alternatywnych źródłach energii, które można wykorzystać na codzienne potrzeby: w domu, w biurze czy w czasie wolnym. Jednak wciąż istnieje wiele niezwykłych nowoczesnych „zielonych” technologii opracowanych do zastosowania na skalę przemysłową. Przeczytacie o nich w recenzji.