Alternatīvā enerģija mājām: pārskats par nestandarta enerģijas avotiem

Ievads

Visa mūsdienu pasaules ekonomika ir atkarīga no dinozauru laikā uzkrātajām bagātībām: naftas, gāzes, oglēm un citiem fosilā kurināmā veidiem. Lielākajai daļai mūsu dzīves darbību, sākot ar braukšanu metro un beidzot ar tējkannas uzsildīšanu virtuvē, galu galā ir jāsadedzina šis aizvēsturiskais mantojums. Galvenā problēma ir tā, ka šie viegli pieejamie energoresursi nav atjaunojami. Agrāk vai vēlāk cilvēce izsūknēs visu naftu no zemes zarnām, sadedzinās visu gāzi un izraks visas ogles. Ar ko tad sildīsim tējkannas?

Mēs nedrīkstam aizmirst arī par degvielas sadegšanas negatīvo ietekmi uz vidi. Siltumnīcefekta gāzu satura palielināšanās atmosfērā noved pie vidējās temperatūras paaugstināšanās uz visas planētas. Degvielas sadegšanas produkti piesārņo gaisu. Īpaši labi to izjūt lielo pilsētu iedzīvotāji.

Mēs visi domājam par nākotni, pat ja šī nākotne mums nenāk līdzi.Pasaules sabiedrība jau sen ir atzinusi fosilā kurināmā ierobežojumus. Un to izmantošanas negatīvā ietekme uz vidi. Vadošās valstis jau īsteno programmas pakāpeniskai pārejai uz videi draudzīgiem un atjaunojamiem enerģijas avotiem.

Visā pasaulē cilvēce meklē un pakāpeniski ievieš fosilā kurināmā aizstājējus. Jau ilgu laiku visā pasaulē darbojas saules, vēja, plūdmaiņu, ģeotermālās un hidroelektrostacijas. Šķiet, kas šobrīd mums traucē ar viņu palīdzību nodrošināt visas cilvēces vajadzības?

Patiesībā alternatīvajai enerģijai ir daudz problēmu. Piemēram, energoresursu ģeogrāfiskā sadalījuma problēma. Vēja parki tiek būvēti tikai vietās, kur bieži pūš stiprs vējš, saules - kur ir minimāls mākoņainu dienu skaits, hidroelektrostacijas - uz lielām upēm. Nafta, protams, arī nav visur pieejama, bet to ir vieglāk piegādāt.

Otra alternatīvās enerģijas problēma ir nestabilitāte. Vēja stacijās ģenerācija ir atkarīga no vēja, kas pastāvīgi maina ātrumu vai apstājas pavisam. Saules elektrostacijas nedarbojas labi mākoņainā laikā un vispār nedarbojas naktī.

Ne vējš, ne saule neņem vērā enerģijas patērētāju vajadzības. Tajā pašā laikā termoelektrostacijas vai atomelektrostacijas jauda ir nemainīga un viegli regulējama. Šīs problēmas risinājums var būt tikai milzīgu enerģijas uzglabāšanas iekārtu būvniecība, lai izveidotu rezervi zemas izlaides gadījumā. Tomēr tas ievērojami palielina visas sistēmas izmaksas.

Šo un daudzu citu grūtību dēļ alternatīvās enerģijas attīstība pasaulē palēninās. Fosilā kurināmā dedzināšana joprojām ir vienkāršāka un lētāka.

Taču, ja globālās ekonomikas mērogā alternatīvie enerģijas avoti nedod lielu labumu, tad individuālās mājas ietvaros tie var būt ļoti pievilcīgi. Jau tagad daudzi izjūt pastāvīgu elektroenerģijas, siltuma un gāzes tarifu pieaugumu. Ar katru gadu enerģētikas uzņēmumi iekļūst arvien dziļāk vienkāršo cilvēku kabatā.

Starptautiskā riska fonda I2BF eksperti prezentēja pirmo atjaunojamās enerģijas tirgus pārskatu. Pēc viņu prognozēm, pēc 5–10 gadiem alternatīvās enerģijas tehnoloģijas kļūs konkurētspējīgākas un plaši izplatīsies. Jau šobrīd alternatīvās un konvencionālās enerģijas izmaksu atšķirības strauji samazinās.

Enerģijas izmaksas attiecas uz cenu, ko alternatīvās enerģijas ražotājs vēlas saņemt, lai kompensētu tā kapitālieguldījumus projekta darbības laikā un nodrošinātu 10% atdevi no ieguldītā kapitāla. Šajā cenā būs iekļautas arī parādu finansēšanas izmaksas, jo lielākā daļa no tiem ir ļoti piesaistīti.

Dotais grafiks ilustrē dažādu alternatīvās un tradicionālās enerģijas veidu novērtējumu 2011.gada II ceturksnī (1.att.).

Saskaņā ar iepriekš minētajiem skaitļiem ģeotermālajai enerģijai, kā arī enerģijai, kas iegūta sadedzinot atkritumus un poligona gāzi, ir viszemākās izmaksas no visiem alternatīvās enerģijas veidiem. Patiesībā tie jau var tieši konkurēt ar tradicionālo enerģētiku, taču ierobežojošais faktors tiem ir ierobežotais vietu skaits, kur šos projektus var realizēt.

Tiem, kuri vēlas iegūt neatkarību no enerģētiķu iegribām, kuri vēlas dot savu ieguldījumu alternatīvās enerģijas attīstībā, kuri vienkārši vēlas nedaudz ietaupīt uz enerģijas rēķina, šī grāmata ir rakstīta.

No grāmatas V. Germanovičs, A. Turilins “Alternatīvie enerģijas avoti. Praktiski dizaini vēja, saules, ūdens, zemes, biomasas enerģijas izmantošanai.

Turpiniet lasīt šeit

Netradicionālo avotu attīstība

Pie netradicionāliem enerģijas avotiem pieder:

• saules enerģija;
• Vēja enerģija;
• ģeotermālā;
• jūras plūdmaiņu un viļņu enerģija;
• biomasa;
• zema potenciāla vides enerģija.

Šķiet, ka to attīstība ir iespējama, jo lielākā daļa sugu ir visuresošas; var atzīmēt arī to videi draudzīgumu un degvielas komponenta ekspluatācijas izmaksu neesamību.

Tomēr ir dažas negatīvas īpašības, kas neļauj tos izmantot rūpnieciskā mērogā. Tas ir zems plūsmas blīvums, kas liek izmantot lielas platības "pārtveršanas" instalācijas, kā arī mainīgumu laika gaitā.

Tas viss noved pie tā, ka šādām ierīcēm ir augsts materiālu patēriņš, kas nozīmē, ka palielinās arī kapitālieguldījumi. Nu, enerģijas iegūšanas process kāda nejaušības elementa dēļ, kas saistīts ar laika apstākļiem, rada daudz nepatikšanas.

Otra būtiskākā problēma ir šīs enerģijas izejvielas "uzglabāšana", jo esošās elektroenerģijas uzglabāšanas tehnoloģijas neļauj to izdarīt lielos daudzumos.Taču sadzīves apstākļos arvien populārāki kļūst alternatīvie enerģijas avoti mājoklim, tāpēc iepazīsimies ar galvenajām elektrostacijām, kuras iespējams uzstādīt privātīpašumā.

Vai viss ir tik gludi?

Šķiet, ka šādu privātmājas elektroapgādes tehnoloģiju jau sen vajadzēja izspiest no tirgus ar tradicionālajām centralizētajām enerģijas nodrošināšanas metodēm. Kāpēc tas nenotiek? Ir vairāki argumenti, kas liecina, ka neatbalsta alternatīvo enerģiju. Bet to nozīme tiek noteikta individuāli - dažiem lauku māju īpašniekiem daži trūkumi ir aktuāli, bet citi neinteresē.

Lielām lauku kotedžām alternatīvās enerģijas iekārtu ne pārāk augstā efektivitāte var kļūt par problēmu. Protams, lokālās saules enerģijas sistēmas, siltumsūkņi vai ģeotermālās iekārtas nav salīdzināmas pat ar vecāko hidroelektrostaciju, termoelektrostaciju un vēl jo vairāk atomelektrostaciju produktivitāti, taču bieži vien šis trūkums tiek samazināts, uzstādot divas vai pat trīs sistēmas, izmantojot vairāk enerģijas. Sekas tam var būt vēl viena problēma – to uzstādīšanai būs nepieciešama lielāka platība, kuru nav iespējams atvēlēt visos māju projektos.

Lai nodrošinātu nepārtrauktu modernam mājoklim pazīstamā sadzīves tehnikas skaita un apkures sistēmas piegādi, nepieciešams daudz jaudas. Tāpēc projektā jāparedz tādi avoti, kas var ražot šādu jaudu. Un tas prasa pamatīgu ieguldījumu – jo jaudīgāks aprīkojums, jo dārgāks.

Turklāt dažos gadījumos (piemēram, izmantojot vēja enerģiju) avots var negarantēt enerģijas ražošanas noturību. Tāpēc visas komunikācijas ir jāaprīko ar atmiņas ierīcēm. Parasti šim nolūkam tiek uzstādīti akumulatori un kolektori, kas rada visas tās pašas papildu izmaksas un nepieciešamību mājā atvēlēt vairāk kvadrātmetru.

Enerģija no vēja

Mūsu senči jau sen ir iemācījušies izmantot vēja enerģiju savām vajadzībām. Principā kopš tā laika dizains nav daudz mainījies. Tikai dzirnakmens tika aizstāts ar ģeneratora piedziņu, kas rotējošo asmeņu enerģiju pārvērš elektrībā.

Lai izgatavotu ģeneratoru, jums būs nepieciešamas šādas daļas:

• ģenerators. Daži izmanto veļas mazgājamās mašīnas motoru, nedaudz pārveidojot rotoru;
• reizinātājs;
• akumulators un tā uzlādes kontrolieris;
• sprieguma transformators.

vēja ģenerators

Pašmāju vēja turbīnām ir daudz shēmu. Visi no tiem ir pabeigti pēc tāda paša principa.

1. Tiek montēts rāmis.
2. Grozāmais ir uzstādīts. Aiz tā ir uzstādīti asmeņi un ģenerators.
3. Uzstādiet sānu lāpstu ar atsperes savienotāju.
4. Ģenerators ar dzenskrūvi ir piestiprināts pie rāmja, pēc tam tiek uzstādīts uz rāmja.
5. Pievienojiet un pievienojiet grozāmajam blokam.
6. Uzstādiet strāvas kolektoru. Pievienojiet to ģeneratoram. Vadi ved uz akumulatoru.

Padoms. Lāpstiņu skaits būs atkarīgs no dzenskrūves diametra, kā arī no saražotās elektroenerģijas daudzuma.

Galvenie alternatīvo enerģijas avotu veidi

Pēdējā laikā praktiski ir izmēģinātas daudzas netradicionālas iespējas enerģijas iegūšanai. Statistika saka, ka mēs joprojām runājam par potenciālā lietojuma tūkstošdaļām.

Tipiskas grūtības, ar kurām neizbēgami saskaras alternatīvo enerģijas avotu attīstība, ir pilnīgas nepilnības vairuma valstu tiesību aktos par dabas resursu izmantošanu kā valsts īpašumu. Alternatīvās enerģijas neizbēgamās aplikšanas ar nodokļiem problēma ir cieši saistīta ar juridiskās izstrādes trūkumu.

Apsveriet visplašāk izmantotos 10 alternatīvos enerģijas avotus.

Vējš

Cilvēks vienmēr ir izmantojis vēja enerģiju. Mūsdienu tehnoloģiju attīstības līmenis ļauj to padarīt gandrīz nepārtrauktu.

Tajā pašā laikā elektrība tiek ražota, izmantojot vējdzirnavas, līdzīgi kā dzirnavas, īpašas ierīces. Vējdzirnavu dzenskrūve pārraida vēja kinētisko enerģiju ģeneratoram, kas ražo strāvu ar rotējošu lāpstiņu palīdzību.

Šādi vēja parki ir īpaši izplatīti Ķīnā, Indijā, ASV un Rietumeiropas valstīs. Neapšaubāma līdere šajā jomā ir Dānija, kas, starp citu, ir vēja enerģijas pioniere: pirmās iekārtas šeit parādījās 19. gadsimta beigās. Dānija šādā veidā noslēdz līdz 25% no kopējā elektroenerģijas pieprasījuma.

20. gadsimta beigās Ķīna spēja nodrošināt elektrību kalnu un tuksnešainiem reģioniem tikai ar vēja turbīnu palīdzību.

Vēja enerģijas izmantošana, iespējams, ir vismodernākais enerģijas ražošanas veids. Šis ir ideāls sintēzes variants, kurā apvienota alternatīvā enerģija un ekoloģija. Daudzas attīstītās pasaules valstis nemitīgi palielina šādā veidā saražotās elektroenerģijas īpatsvaru savā kopējā energobilancē.

Saule

Mēģinājumi izmantot saules starojumu enerģijas iegūšanai tiek veikti arī ilgstoši, šobrīd tas ir viens no perspektīvākajiem veidiem, kā attīstīt alternatīvo enerģiju. Pats fakts, ka Saule daudzos planētas platuma grādos spīd visu gadu, nododot uz Zemi desmitiem tūkstošu reižu vairāk enerģijas, nekā patērē visa cilvēce gada laikā, iedvesmo saules staciju aktīvai izmantošanai.

Lielākā daļa lielāko staciju atrodas ASV, kopumā saules enerģija tiek izplatīta gandrīz simts valstīs. Par pamatu tiek ņemti fotoelementi (saules starojuma pārveidotāji), kas tiek apvienoti liela mēroga saules paneļos.

Zemes siltums

Zemes dzīļu siltums tiek pārvērsts enerģijā un tiek izmantots cilvēku vajadzībām daudzās pasaules valstīs. Siltumenerģija ir ļoti efektīva vulkāniskās aktivitātes zonās, vietās, kur ir daudz geizeru.

Līderes šajā jomā ir Islande (valsts galvaspilsēta Reikjavīka ir pilnībā nodrošināta ar ģeotermālo enerģiju), Filipīnas (dalība kopējā bilancē 20%), Meksika (4%), ASV (1%).

Šāda veida avota izmantošanas ierobežojumi ir saistīti ar neiespējamību transportēt ģeotermālo enerģiju lielos attālumos (tipisks vietējais enerģijas avots).

Krievijā joprojām ir viena šāda stacija (jauda - 11 MW) Kamčatkā. Tajā pašā vietā tiek būvēta jauna stacija (jauda - 200 MW).

Desmit daudzsološākie enerģijas avoti tuvākajā nākotnē ir:

• kosmosā izvietotas saules stacijas (projekta galvenais trūkums ir milzīgās finansiālās izmaksas);
• cilvēka muskuļu spēks (pieprasījums, pirmkārt - mikroelektronika);
• bēgumu un bēgumu enerģētiskais potenciāls (mīnuss ir augstās būvniecības izmaksas, gigantiskas jaudas svārstības dienā);
• degvielas (ūdeņraža) tvertnes (nepieciešamība būvēt jaunas degvielas uzpildes stacijas, augstās izmaksas automašīnām, kas tās uzpildīs);
• ātrie kodolreaktori (degvielas stieņi, kas iegremdēti šķidrā Na) - tehnoloģija ir ārkārtīgi daudzsološa (iespēja atkārtoti izmantot izlietotos atkritumus);
• biodegviela - jau plaši izmanto jaunattīstības valstis (Indija, Ķīna), priekšrocības - atjaunojamība, videi draudzīgums, trūkums - resursu izmantošana, zeme, kas paredzēta labības ražošanai, lopu pastaiga (cenas celšanās, pārtikas trūkums);
• atmosfēras elektrība (zibens enerģijas potenciāla uzkrāšana), galvenais trūkums ir atmosfēras frontes kustīgums, izlādes ātrums (akumulācijas sarežģītība).

Vēja un saules enerģijas izmantošana

Vēja turbīnas apkures sistēmās

Kinētiskā vēja enerģija parasti tiek izmantota ēku barošanai, bet jaudīgi modeļi ideālam tuvuma apstākļos var nodrošināt vismaz daļēju apkuri.

Ja neņem vērā sākotnējās izmaksas, tad patērētājam iegūtā elektroenerģija neko nemaksā.

Ļoti svarīgi, lai vēja ģeneratora darbībai nebūtu nepieciešami palīgresursi, tie visu laiku funkcionē autonomi. Šīs iekārtas kā papildu enerģijas avoti ir veiksmīgi integrētas sistēmās, kur galvenās ir cita veida apkures ierīces. Šie agregāti kā papildu enerģijas avoti ir veiksmīgi integrēti sistēmās, kur galvenās ir cita veida apkures ierīces.

Šīs iekārtas kā papildu enerģijas avoti ir veiksmīgi integrētas sistēmās, kur galvenās ir cita veida apkures ierīces.

Ir daudz veidu vējdzirnavu konstrukciju, taču tās parasti iedala divās plašās kategorijās:

1. Horizontālās vēja turbīnas ar dzenskrūves tipa lāpstiņām. Šie agregāti ir produktīvāki (vēja enerģijas izmantošanas līmenis līdz 52%), tāpēc tie ir piemērotāki apkures vajadzībām, taču tiem ir virkne ekspluatācijas un patērētāju ierobežojumu.
2. Vēja ģeneratori ar vertikālu rotācijas asi. Šīs turbīnas ir salīdzinoši vājas jaudas (KIEV mazāk par 40%), taču tām nav nepieciešama orientācija uz vēju, tās var izmantot ne tikai lamināras, bet arī turbulentas plūsmas, tās sāk radīt strāvu pat pie maziem ātrumiem. Tos ir vieglāk uzturēt, jo ģenerators atrodas netālu no zemes, nevis gondolā uz masta.

Šeit ir daži trūkumi, izmantojot vējdzirnavas apkurei:

• Augstas kapitāla izmaksas. Vairāk nekā 70 procenti līdzekļu tiek tērēti palīgelementiem: akumulatoriem, invertoram, vadības automatizācijai, uzstādīšanas konstrukcijām. Investīcijas atmaksājas tikai pēc vairākiem gadu desmitiem.
• Zema efektivitāte - maza jauda. Turklāt daļa enerģijas tiek zaudēta, pārvēršot elektroenerģiju siltumā.
• Reljefs prasa pastāvīgu vēju ar lielu ātrumu. Enerģija ir nestabila, ļoti atkarīga no laikapstākļiem un gadalaika, nepieciešama regulāra uzraudzība un uzkrāšana.
• Aprīkojums aizņem daudz vietas.
• Vēja turbīnas darbības laikā rada lielu troksni.

Saules sistēmas veic tiešu dzesēšanas šķidruma uzsildīšanu vai pārveido enerģiju ar fotoelektrisko metodi.Pirmajā variantā saules stari silda ūdeni / antifrīzu (dažos modeļos - gaisu), kas tiek novadīts uz telpām un izdala siltumu caur radiatoriem. Otrajā gadījumā gaismas fotoni tiek pārveidoti par elektroenerģiju, kas baro parastās apkures ierīces, kuras darbina ar elektrību (katli, sildītāji, apsildāmās grīdas).

Attiecīgi ir divu veidu ierīces:

• Saules kolektori. Sistēma sastāv no ķēdes dzesēšanas šķidruma cirkulācijai, akumulācijas tvertnes un paša kolektora. Atkarībā no konstrukcijas tiek izdalīti kolektori: plakanie, vakuuma un gaisa (gaiss tiek izmantots kā dzesēšanas šķidrums).
• Saules paneļi. Instalācija sastāv no paneļiem ar fotoelementiem, kontrolleriem un invertoru. Akumulators ģenerē līdzstrāvu ar spriegumu 24 vai 12 volti, kas tiek savākta akumulatoros un pēc invertora pārveidošanas maiņstrāvā (220 V) tiek piegādāta rozetēs.

Saules enerģijas iekārtām ir vairāki trūkumi. Pirmkārt, atkarība no meteoroloģiskajiem faktoriem un cikliskuma (sezonāla un ikdienas). Baterijām ir zema efektivitāte, lai nodrošinātu lielu daudzumu stabilas enerģijas, tām ir jāaizņem liela platība un jābūt aprīkotām ar dārgām uzlādējamām baterijām, kuras bieži ir jāmaina. Kolektoru trūkums ir to atkarība no elektrības (sūkņa vai ventilatora darbībai), vai, piemēram, dzesēšanas šķidruma sasalšanas draudi.

Alternatīvā enerģija globālā mērogā

Šķiet, ka statistika par AES izmantošanu pasaulē rada pamatu optimismam. ES elektroenerģijas apjoms no atjaunojamiem avotiem 2017. gadā pārsniedza no ogļu stacijām saņemto.2018. gadā to īpatsvars attiecībā pret citiem "netīrajiem" resursiem pieauga no 30% līdz 32,3%.

2018. gadā pirmo reizi 40 saules un vēja elektrostaciju darbības gadu laikā to globālā jauda sasniedza 1 teravavatu (1000 GW), liecina jūlija ziņojums. 90% jaudu parādījās tikai pēdējo 10 gadu laikā.

Ar AIE ir trīs galvenās problēmas:

1. Viņi veicina politikas izmantošanu, un gala patērētājs maksā par "zaļo" enerģiju no savas kabatas. Būtisku tarifa daļu veido netiešie nodokļi par atjaunojamo energoresursu ieviešanu. Kritiķi vairākkārt izteikušies, ka stimulēšanas tarifu subsīdijas ir pārāk augstas un izmaksas agri vai vēlu izraisīs negatīvu patērētāju reakciju.

1. Šādus resursus par drošiem var saukt tikai uz tradicionālo elektroenerģijas ražošanas avotu fona. Izrādījās, ka vēja turbīnas spēj iznīcināt kukaiņus. Gandrīz visu šādu iekārtu ražošana ir kaitīga videi. Saules paneļi ir īpaši "netīri" saules silīcija ražošanas radīto emisiju dēļ.

1. Neskatoties uz to, ka atjaunojamo energoresursu īpatsvars globālajā enerģijas "pīrāgā" pieaug, tie joprojām nevar konkurēt ar tradicionālajiem avotiem. Tos izmantot ir neizdevīgi, iekārtas prasa lielus kapitālizdevumus ar nesalīdzināmi mazu atdevi, un tāpēc, samazinoties valsts atbalstam, uzreiz krītas pieprasījums pēc AER. Pat autoritatīvais vācu izdevums Die Welt atzina, ka "vējdzirnavu bizness ir dziļā nokautā".

Secinājumi un noderīgs video par tēmu

Video par alternatīvu avotu apvienošanu elektroenerģijas ražošanai nelielā lauku mājā:

Video par vēja ģeneratora izgatavošanu ar savām rokām palīdzēs jums viegli saprast ierīces darbības principus:

Īss video par siltumsūkņa lietošanu:

Videoklips par biogāzes iegūšanu:

Ir pilnīgi iespējams atteikties no tradicionālajiem apkures avotiem. Lai to izdarītu, jums rūpīgi jāizvēlas alternatīva vai jāapvieno vairākas, pamatojoties uz apkārtnes īpašībām, jūsu lauku mājas platību un vietējo teritoriju.

Saules enerģija, zeme, vēja spēks, augu un dzīvnieku izcelsmes sadzīves atkritumu iznīcināšana var kļūt par cienīgu gāzes, ogļu, malkas un maksas elektrības aizstājēju.

Vai jūs izmantojat kādu no alternatīvajiem enerģijas avotiem mājas lietošanai? Dalieties, cik izmaksāja ierīces salikšana un cik ātri tā atmaksājās.

Vai varbūt kāds no taviem draugiem savu lauku māju ir aprīkojis ar atjaunojamiem avotiem? Vai izmantot saules paneļu sistēmu vai siltumsūkni kā neatkarīgu siltuma, karstā ūdens un elektrības avotu?