Динамика мощности альтернативной энергетики мира график. Альтернативная энергетика. Принцип работы системы солнечного электроснабжения

Руслан Шамуков/ТАСС, архив

В большинстве развитых стран мира реализуются программы в области альтернативной энергетики. По некоторым оценкам, в РФ все еще не выработана система развития зеленой энергетики

Одной из тем ХХ Петербургского международного экономического форума является альтернативная энергетика и перспективы ее развития. Свое видение этой проблемы представил ТАСС эксперт РАНХиГС Иван Капитонов.

Мейнстримом последнего десятилетия является экологизация энергетики во всем мире, в том числе и в России. Пессимистическая гипотеза 80-90-х гг. ХХ в. о критическом сокращении запасов углеводородного сырья и глобальном дефиците нефтепродуктов, резкий скачок цен на энергоносители в начале XXI в., общий рост техногенной и антропогенной экологической нагрузки, изменение климата отразились в изменении приоритетов развития мировой энергетики в сторону повышения важности возобновляемых источников энергии (ВИЭ), добычи альтернативных видов топлива и ускорения темпов роста энергоэффективности.

Еще в 2011 г. возобновляемая энергетика была определена экспертами Евростата как сектор, находящийся на стадии внедрения и обладающий средним уровнем конкурентоспособности. В то же время глобальный спрос на ВИЭ демонстрирует устойчивый рост. Ожидается, что к 2050 г. их удельный вес в мировом энергетическом балансе достигнет 35%, что является, пожалуй, самым оптимистичным прогнозом по ВИЭ из имеющихся.

За бортом "зеленой революции"?

Ни для кого не секрет, что в большинстве развитых стран мира разрабатываются и реализуются программы, связанные с альтернативной энергетикой. Ключевые преимущества ВИЭ – неисчерпаемость и экологичность – служат основанием для динамичного развития зеленой энергетики.

По мнению американского ученого-эколога Вудроу Кларка, с распространением возобновляемых источников энергии зеленую трансформацию энергетических рынков можно увидеть в странах ЕС, Азии и Китае. При этом если США находится на начальном этапе жизненного цикла развития ВИЭ, то Россия более активно движется вперед, в сторону зеленой промышленной переработки возобновляемых источников энергии.

В то же время другой эксперт – член форума энергетического права Анатоль Бут из Абердинского университета – отметил, что по состоянию на 2014 г. в России все еще не была выработана эффективная система стимулирования развития экологически чистой энергии.

По его мнению, это может привести к тому, что Россия окажется за бортом "зеленой революции" и значительно отстанет от развитых стран и других государств БРИК в сфере разработки экологически чистых технологий.

В актуальной на сегодняшний день Энергетической стратегии России на период до 2030 г. (ЭС-2030), принятой в 2009 г., отмечено, что на момент разработки стратегии РФ была "практически не представлена на мировом рынке энергетики, основанной на возобновляемых источниках энергии".

В то же время дальнейший прогноз развития был построен на гипотезе смягчения диспропорций, связанных с доминированием в структуре потребления топливно-энергетических ресурсов углеводородного топлива и малым удельным весом нетопливных энергоресурсов (энергия атомных электростанций, возобновляемых источников энергии).

В развитие положений ЭС-2030 и еще не утвержденной ЭС-2035 Институтом энергетической стратегии подготовлен проект Концепции Энергетической стратегии России, в которой уже взят более поздний период - 2036-2050 гг. Он обозначен как "этап инновационного развития российской энергетики с переходом к принципиально иным технологическим возможностям высокоэффективного использования традиционных энергоресурсов и неуглеводородных источников энергии".

Таким образом, сроки конца углеводородной эпохи по документам в РФ постепенно отодвигаются все дальше.

Что происходит сегодня?

По данным на начало 2016 г., совокупная установленная мощность в России по всем видам генерации составляла 225 ГВт, из них лишь 1% приходится на долю ВИЭ, в том числе 0,6% – биомасса, 0,3% – малые ГЭС, 0,1% – ветряная, солнечная электроэнергетика и геотермальные источники.

В то же время распоряжением Правительства РФ от 28 мая 2013 г. №861-р предусмотрено, что доля зеленой энергетики на оптовом рынке к 2020 году должна составить 2,5%, или около 6 ГВт.

Для достижения этих значений с 2013 г. создана система поддержки ВИЭ на российском оптовом энергетическом рынке: ежегодно проходит отбор ветровых электростанций, солнечных электростанций и малых ГЭС, которые могут заключить договоры на поставку мощности, гарантирующие возврат инвестиций за счет повышенных платежей потребителей.

В начале 2015 г. правительством также были приняты меры по поддержке ВИЭ на розничном рынке. Так, сетевые организации обязали закупать их электроэнергию, но не более 5% от объема потерь в сетях. Механизм поддержки распространяется на объекты зеленой энергетики, использующие биогаз, биомассу, свалочный газ, энергию солнца, ветра, и на малую гидроэнергетику.

Проекты в России

Анализируя уровень эффективности уже реализованных проектов по использованию возобновляемых источников энергии в России, в свое время одобренных Министерством экономического развития по предложению Сбербанка (приказ №709 от 30 декабря 2010 г.) и получивших инвестиции в рамках Киотского протокола, на данный момент можно отметить 2 знаковых мегапроекта.

• Выработка энергии с использованием древесных отходов вместо угля, г. Онега (Архангельская область).

В рамках проекта компанией KPA Unicon были поставлены в Россию две котельные Biograte мощностью 17 МВт тепла с резервным дизельным котлом мощностью 9 МВт тепла. Общая мощность котельной установки составляет 43 МВт тепла. Котлы Biograte 17 сжигают древесные отходы, в основном влажную кору, получаемую с лесопильного предприятия ОАО "Онежский ЛДК".

Целью данного проекта является модернизация имеющихся отопительных котлов и введение в действие теплоэлектроцентралей, использующих древесные отходы.

В целом по программе замещения привозного топлива на древесное топливо в Архангельской области переведены 43 котельные, построены 10 новых биотопливных котельных. Зеленая энергия уже вырабатывается в городах Онега, Североонежск, на биологическое топливо переведена отопительная инфраструктура Виноградовского района, завершается строительство котельной на древесных отходах в поселке Октябрьский на юге Архангельской области.

Архангельская область в настоящее время динамично переходит на использование альтернативных видов топлива. Удельный вес альтернативной энергетики в топливном балансе вырос в период с 2007 по 2015 г. с 18% до 37%, ожидается, что в 2020 г. данный показатель достигнет уровня в 44%.

В общей сложности в Поморье уже реализованы проекты по производству альтернативного топлива на 250 тыс. тонн в год; на стадии планирования находятся проекты, которые увеличат производство древесных гранул на 150 тыс. тонн в год. По данным прогноза Правительства Архангельской области, к 2020 г. годовой объем производства биологического топлива в регионе может достичь 400 тыс. тонн.

Ожидается, что за ближайшие пять лет Архангельская область почти на 50% заменит привозное топливо на энергоносители из древесных отходов. Это даст региону возможность примерно на 1/3 уменьшить затраты на энергетику, нарастить экспортную составляющую и обеспечить рабочими местами в сфере зеленой энергетики предприятия малого бизнеса.

• Проект по выработке энергии из биоотходов, г. Братск (Иркутская область ), реализованный на базе промышленной площадки филиала группы "Илим".

Цель проекта заключается в повышении эффективности выработки тепловой и электрической энергии на основе использования пищевых отходов. Ожидалось, что модернизация местного производства электрической и тепловой энергии и улучшение использования пищевых отходов позволят сократить выбросы парниковых газов приблизительно на 1,4 трлн тонн в пересчете на CO 2 за пять лет.

С точки зрения энергоэффективности и экологии данный проект представляет собой настоящий прорыв в лесопромышленной отрасли, позволяющий при серьезном увеличении производства использовать гораздо меньше энергии. Для сравнения: в предшествующем варианте это оборудование покрывало не более 18% от потребляемой филиалом энергии, с запуском СРК предприятие планирует довести этот показатель до 50%.

Также реализуются не менее интересные и уникальные проекты возобновляемой энергетики в Российской Федерации.

• "Умный вокзал" в г. Анапе: создание комбинированной фотоэлектрической системы мощностью 70 кВт .

На кровле здания вокзала размещены 560 солнечных модулей суммарной мощностью 70 кВт. Для преобразования солнечной энергии использованы четыре солнечных инвертора "Данфосс" серии TLX Pro каждый мощностью 15 кВт. Система инверторов имеет удаленное управление, позволяющее контролировать работу солнечной станции через Интернет.

Совокупный расчетный экономический эффект составляет примерно 1,5 млн руб. Важно, что он сохранится даже при условии возникновения дополнительных затрат, связанных с увеличением потребления электроэнергии и дизельного топлива в пиковые холодные периоды.

Как показал мониторинг электроэнергии, потребляемой на нужды освещения вокзала, отмечается положительная динамика роста экономического эффекта: в августе 2014 г. он составил 122 тыс. руб., в ноябре – 171 тыс. руб., а в январе 2015 г. – 192 тыс. руб.

• Одна из первых в мире гибридных дизель-солнечных энергоустановок мощностью 100 кВт (с. Яйлю, Республика Алтай).

Гибридная установка мощностью 100 кВт расположена в поселке Яйлю взамен устаревшего дизельного генератора и предназначена для автономного бесперебойного снабжения населенного пункта электроэнергией. Ее эксплуатация дает возможность сократить на 50% ежегодное потребление дизельного топлива.

Указанная установка отечественной разработки комбинирует преимущества солнечной и дизельной генерации, а также использует новейшие научные достижения в сфере накопителей электроэнергии и интеллектуальных систем управления, которые позволяют максимально эффективно распределять нагрузку между фотоэлектрической системой, накопителями и дизельными генераторами.

Как отметил заместитель председателя Правительства Республики Алтай Р. Пальталлер, "дизель-солнечная электростанция, по типу и масштабам первая в России, послужит эффективной базой для научных исследований и образовательных программ в области солнечной энергетики, развитие которой имеет огромное значение в изолированной энергосистеме и труднодоступных районах".

• Проект Пенжинской ПЭС, основанный на использовании энергии морских приливов, на Камчатке.

Согласно оценкам специалистов института "Гидропроект", на Пенжинской губе (расположена в северо-восточной части залива Шелихова Охотского моря) могут быть построены две крупные приливные электростанции, максимальная мощность которых способна составить до 135 ГВт.

Стоимость строительства Пенжинской ПЭС-1 (Северный створ) оценивается в $60 млрд, ПЭС-2 (Южный створ) – в $200 млрд. Срок реализации первого проекта – 2020-2035 гг. Возврат инвестиций планируется за счет реализации энергоемкого продукта, например водорода; кроме того, не исключено строительство линий электропередач в Хабаровский и Приморский край, в Японию и Китай.

Фактор господдержки

По данным исследований ученых Института энергетики Национального исследовательского университета "Высшая школа экономики", государственная поддержка развития ВИЭ в Российской Федерации является важнейшим фактором роста рынка возобновляемой энергетики в стране.

Отметим, что учеными разработан проект "Дорожной карты развития ВИЭ на территории России до 2035 года", который ориентирован на ликвидацию регуляторных и институциональных барьеров для развития ВИЭ, формирование благоприятного климата для расширения сферы применения ВИЭ, развитие НТП и производство компонентов ВИЭ.

В целом следует сделать вывод, что, несмотря на введение российским правительством в действие серии различных регулятивных инструментов, которые позволяют реализовать отдельные элементы стратегии в сфере возобновляемой энергетики, пока еще рано говорить о конце эпохи углеводородов.

Доля ВИЭ низка как в РФ, так и за рубежом, и будет таковой вплоть до 2035 г. Чтобы и дальше развиваться в этом направлении темпами, соответствующими определению "зеленой революции", и выйти на плановые показатели "заката эпохи углеводородов", необходимо как можно скорее устранить существующие барьеры и привлечь инвесторов для реализации существующих и перспективных проектов использования ВИЭ, что при самых лучших обстоятельствах даст значимый перевес в пользу ВИЭ в энергобалансе страны, но уже за пределами 2035-2040 гг.

Иван Капитонов, доцент кафедры международной коммерции Высшей школы корпоративного управления (ВШКУ) РАНХиГС, эксперт по ТЭК

Альтернативная энергетика – совокупность перспективных способов получения энергии, которые распространены не так широко, как традиционные, однако представляют интерес из-за выгодности их использования при низком риске причинения вреда экологии.

Альтернативная энергетика – совокупность перспективных способов получения энергии, которые распространены не так широко, как традиционные, однако представляют интерес из-за выгодности их использования при низком риске причинения вреда экологии.

Альтернативный источник энергии – способ, устройство или сооружение, позволяющее получать электрическую энергию (или другой требуемый вид энергии) и заменяющий собой традиционные источники энергии, функционирующие на нефти, добываемом природном газе и угле.

Виды альтернативной энергетики : солнечная энергетика, ветроэнергетика, биомассовая энергетика, волновая энергетика, градиент-температурная энергетика, эффект запоминания формы, приливная энергетика, геотермальная энергия.

Солнечная энергетика – преобразование солнечной энергии в электроэнергию фотоэлектрическим и термодинамическим методами. Для фотоэлектрического метода используются фотоэлектрические преобразователи (ФЭП) с непосредственным преобразованием энергии световых квантов (фотонов) в электроэнергию.

Термодинамические установки, преобразующие энергию солнца вначале в тепло, а затем в механическую и далее в электрическую энергию, содержат "солнечный котел", турбину и генератор. Однако солнечное излучение, падающее на Землю, обладает рядом характерных особенностей : низкой плотностью потока энергии, суточной и сезонной цикличностью, зависимостью от погодных условий. Поэтому изменения тепловых режимов могут вносить серьезные ограничения в работу системы. Подобная система должна иметь аккумулирующее устройство для исключения случайных колебаний режимов эксплуатации или обеспечения необходимого изменения производства энергии во времени. При проектировании солнечных энергетических станций необходимо правильно оценивать метеорологические факторы.

Геотермальная энергетика – способ получения электроэнергии путем преобразования внутреннего тепла Земли (энергии горячих пароводяных источников) в электрическую энергию.

Этот способ получения электроэнергии основан на факте, что температура пород с глубиной растет, и на уровне 2–3 км от поверхности Земли превышает 100°С. Существует несколько схем получения электроэнергии на геотермальной электростанции.

Прямая схема: природный пар направляется по трубам в турбины, соединенные с электрогенераторами. Непрямая схема: пар предварительно (до того как попадает в турбины) очищают от газов, вызывающих разрушение труб. Смешанная схема: неочищенный пар поступает в турбины, а затем из воды, образовавшийся в результате конденсации, удаляют не растворившиеся в ней газы.

Стоимость "топлива" такой электростанции определяется затратами на продуктивные скважины и систему сбора пара и является относительно невысокой. Стоимость самой электростанции при этом невелика, так как она не имеет топки, котельной установки и дымовой трубы.

К недостаткам геотермальных электроустановок относится возможность локального оседания грунтов и пробуждения сейсмической активности. А выходящие из-под земли газы могут содержать отравляющие вещества. Кроме того, для постройки геотермальной электростанции необходимы определенные геологические условия.

Ветроэнергетика – это отрасль энергетики, специализирующаяся на использовании энергии ветра (кинетической энергии воздушных масс в атмосфере).

Ветряная электростанция – установка, преобразующая кинетическую энергию ветра в электрическую энергию. Состоит она из ветродвигателя, генератора электрического тока, автоматического устройства управления работой ветродвигателя и генератора, сооружений для их установки и обслуживания.

Для получения энергии ветра применяют разные конструкции: многолопастные «ромашки»; винты вроде самолетных пропеллеров; вертикальные роторы и др.

Производство ветряных электростанций очень дешево, но их мощность мала, и их работа зависит от погоды. К тому же они очень шумны, поэтому крупные ветряные электростанции даже приходится на ночь отключать. Помимо этого, ветряные электростанции создают помехи для воздушного сообщения, и даже для радиоволн. Применение ветряных электростанций вызывает локальное ослабление силы воздушных потоков, мешающее проветриванию промышленных районов и даже влияющее на климат. Наконец, для использования ветряных электростанций необходимы огромные площади, много больше, чем для других типов электрогенераторов.

Волновая энергетика – способ получения электрической энергии путем преобразования потенциальной энергии волн в кинетическую энергию пульсаций и оформлении пульсаций в однонаправленное усилие, вращающее вал электрогенератора.

По сравнению с ветровой и солнечной энергией энергия волн обладает гораздо большей удельной мощностью . Так, средняя мощность волнения морей и океанов, как правило, превышает 15 кВт/м. При высоте волн в 2 м мощность достигает 80 кВт/м. То есть, при освоении поверхности океанов не может быть нехватки энергии. В механическую и электрическую энергию можно использовать только часть мощности волнения, но для воды коэффициент преобразования выше, чем для воздуха – до 85 процентов.

Приливная энергетика, как и прочие виды альтернативной энергетики, является возобновляемым источником энергии.

Для выработки электроэнергии электростанции такого типа используют энергию прилива. Для устройства простейшей приливной электростанции (ПЭС) нужен бассейн – перекрытый плотиной залив или устье реки. В плотине имеются водопропускные отверстия и установлены гидротурбины, которые вращают генератор.

Во время прилива вода поступает в бассейн. Когда уровни воды в бассейне и море сравняются, затворы водопропускных отверстий закрываются. С наступлением отлива уровень воды в море понижается, и, когда напор становится достаточным, турбины и соединенные с ним электрогенераторы начинают работать, а вода из бассейна постепенно уходит.

Считается экономически целесообразным строительство приливных электростанций в районах с приливными колебаниями уровня моря не менее 4 м. Проектная мощность приливной электростанции зависит от характера прилива в районе строительства станции, от объема и площади приливного бассейна, от числа турбин, установленных в теле плотины.

Недостаток приливных электростанции в том, что они строятся только на берегу морей и океанов, к тому же они развивают не очень большую мощность, да и приливы бывают всего лишь два раза в сутки. И даже они экологически не безопасны. Они нарушают нормальный обмен соленой и пресной воды и тем самым – условия жизни морской флоры и фауны. Влияют они и на климат, поскольку меняют энергетический потенциал морских вод, их скорость и территорию перемещения.

Градиент-температурная энергетика . Этот способ добычи энергии основан на разности температур. Он не слишком широко распространен. С его помощью можно вырабатывать достаточно большое количество энергии при умеренной себестоимости производства электроэнергии.

Большинство градиент-температурных электростанций расположено на морском побережье и используют для работы морскую воду. Мировой океан поглощает почти 70% солнечной энергии, падающей на Землю. Перепад температур между холодными водами на глубине в несколько сотен метров и теплыми водами на поверхности океана представляет собой огромный источник энергии, оцениваемый в 20-40 тысяч ТВт, из которых практически может быть использовано лишь 4 ТВт.

Вместе с тем, морские теплостанции, построенные на перепаде температур морской воды, способствуют выделению большого количества углекислоты, нагреву и снижению давления глубинных вод и остыванию поверхностных. А процессы эти не могут не сказаться на климате, флоре и фауне региона.

Биомассовая энергетика . При гниении биомассы (навоз, умершие организмы, растения) выделяется биогаз с высоким содержанием метана, который и используется для обогрева, выработки электроэнергии и пр.

Существуют предприятия (свинарники и коровники и др.), которые сами обеспечивают себя электроэнергией и теплом за счет того, что имеют несколько больших "чанов", куда сбрасывают большие массы навоза от животных. В этих герметичных баках навоз гниет, а выделившийся газ идет на нужды фермы.

Еще одним преимуществом этого вида энергетики является то, что в результате использования влажного навоза для получения энергии, от навоза остается сухой остаток являющийся прекрасным удобрением для полей.

Также в качестве биотоплива могут быть использованы быстрорастущие водоросли и некоторые виды органических отходов (стебли кукурузы, тростника и пр.).

Эффект запоминания формы – физическое явление, впервые обнаруженное советскими учеными Курдюмовым и Хондросом в 1949 году.

Эффект запоминания формы наблюдается в особых сплавах и заключается в том, что детали из них восстанавливают после деформации свою начальную форму при тепловом воздействии. При восстановлении первоначальной формы может совершаться работа, значительно превосходящая ту, которая была затрачена на деформацию в холодном состоянии. Таким образом, при восстановлении первоначальной формы сплавы вырабатывают значительно количество тепла (энергии).

За последние годы альтернативная энергетика стала предметом пристального интереса и ожесточенных дискуссий. Под угрозой изменения климата и того факта, что средние мировые температуры продолжают расти с каждым годом, стремление найти формы энергии, которые позволят сократить зависимость от ископаемого топлива, угля и других загрязняющих окружающую среду процессов, естественным образом выросло.

В то время как большинство концепций не новы, только за последние несколько десятилетий этот вопрос стал, наконец, актуальным. Благодаря усовершенствованию технологий и производства, стоимость большинства форм альтернативной энергии понижалась, в то время как эффективность росла. Что же такое альтернативная энергетика, если говорить простыми и понятными словами, и какова вероятность того, что она станет основной?

Очевидно, остаются некоторые споры касательно того, что означает «альтернативная энергия» и к чему эту фразу можно применить. С одной стороны, этот термин можно отнести к формам энергии, которые не приводят к увеличению углеродного следа человечества. Поэтому он может включать ядерные объекты, гидроэлектростанции и даже природный газ и «чистый уголь».

С другой стороны, этот термин также используется для обозначения того, что в настоящее время считается нетрадиционными методами энергетики - энергии солнца, ветра, геотермальной энергии, биомассы и других недавних дополнений. Такого рода классификация исключает такие методы добычи энергии, как гидроэлектростанции, которые существуют больше сотни лет и представляют собой довольно распространенное явление в некоторых регионах мира.

Другой фактор в том, что альтернативные источники энергии должны быть «чистыми», не производить вредных загрязняющих веществ. Как уже отмечалось, это подразумевает чаще всего двуокись углерода, однако может относиться и к другим выбросам - моноксиду углерода, двуокиси серы, окиси азота и другим. По этим параметрам ядерная энергия не считается альтернативным источником энергии, поскольку производит радиоактивные отходы, которые высоко токсичны и должны храниться соответствующим образом.

Во всех случаях, однако, этот термин используется для обозначения видов энергии, которые придут на смену ископаемому топливу и углю в качестве преобладающей формы производства энергии в ближайшее десятилетие.

Виды альтернативных источников энергии
Строго говоря, существует много видов альтернативной энергии. Опять же, здесь определения заходят в тупик, потому что в прошлом «альтернативной энергетикой» называли методы, использование которых не считали основным или разумным. Но если взять определение в широком смысле, в него войдут некоторые или все эти пункты:

Гидроэлектроэнергия. Это энергия, вырабатываемая гидроэлектрическими плотинами, когда падающая и текущая вода (в реках, каналах, водопадах) проходит через устройство, вращающее турбины и вырабатывающее электричество.

Ядерная энергия. Энергия, которая производится в процессе реакций замедленного деления. Урановые стержни или другие радиоактивные элементы нагревают воду, превращая ее в пар, а пар крутит турбины, вырабатывая электричество.

Энергия, которая получается напрямую от Солнца; (обычно состоящие из кремниевой подложки, выстроенные в крупные массивы) преобразуют лучи солнца напрямую в электрическую энергию. В некоторых случаях и тепло, производимое солнечным светом, используется для производства электричества, это известно как солнечная тепловая энергия.

Энергия ветра. Энергия, вырабатываемая потоком воздуха; гигантские ветряные турбины вертятся под действием ветра и вырабатывают электричество.

Геотермальная энергия. Эту энергию вырабатывает тепло и пар, производимые геологической активностью в земной коре. В большинстве случаев в грунт над геологически активными зонами помещаются трубы, пропускающие пар через турбины, таким образом вырабатывая электричество.

Энергия приливов. Приливное течение у береговых линий тоже может использоваться для выработки электричества. Ежедневное изменение приливов и отливов заставляет воду протекать через турбины назад и вперед. Вырабатывается электроэнергия, которая передается на береговые электростанции.

Биомасса. Это относится к топливу, которое получают из растений и биологических источников - этанола, глюкозы, водорослей, грибов, бактерий. Они могли бы заменить бензин в качестве источника топлива.

Водород. Энергия, получаемая из процессов, включающих газообразный водород. Сюда входят каталитические преобразователи, при которых молекулы воды разбиваются на части и воссоединяются в процессе электролиза; водородные топливные элементы, в которых газ используется для питания двигателя внутреннего сгорания или для вращения турбины с подогревом; или ядерный синтез, при котором атомы водорода сливаются в контролируемых условиях, высвобождая невероятное количество энергии.

Альтернативные и возобновляемые источники энергии
Во многих случаях альтернативные источники энергии также являются возобновляемыми. Тем не менее эти термины не полностью взаимозаменяемы, поскольку многие формы альтернативных источников энергии полагаются на ограниченный ресурс. К примеру, ядерная энергетика опирается на уран или другие тяжелые элементы, которые необходимо сперва добыть.

В то же время ветер, солнечная, приливная, геотермальная и гидроэлектроэнергия полагаются на источники, которые полностью возобновляемые. Лучи солнца - самый изобильный источник энергии из всех и, хоть и ограниченный погодой и временем суток, является неисчерпаемым с промышленной точки зрения. Ветер тоже никуда не девается, благодаря изменениям давления в нашей атмосфере и вращению Земли.

Развитие
В настоящее время альтернативная энергетика все еще переживает свою юность. Но эта картина быстро меняется под влиянием процессов политического давления, всемирных экологических катастроф (засух, голода, наводнений) и улучшений в технологиях возобновляемых энергий.

Например, по состоянию на 2015 год, энергетические потребности мира по-прежнему преимущественно обеспечивались углем (41,3%) и природным газом (21,7%). Гидроэлектростанции и атомная энергетика составили 16,3% и 10,6% соответственно, в то время как «возобновляемые источники энергии» (энергии солнца, ветра, биомассы и пр.) - всего 5,7%.

Это сильно изменилось с 2013 года, когда мировое потребление нефти, угля и природного газа составило 31,1%, 28,9% и 21,4% соответственно. Ядерная и гидроэлектроэнергия составляли 4,8% и 2,45%, а возобновляемые источники - всего 1,2%.

Кроме того, наблюдалось увеличение числа международных соглашений относительно обуздания использования ископаемого топлива и развития альтернативных источников энергии. Например, Директиву о возобновляемой энергии, подписанную Евросоюзом в 2009 году, которая установила цели по использованию возобновляемой энергии для всех стран-участниц к 2020 году.

По своей сути, из этого соглашения следует, что ЕС будет удовлетворять не менее 20% общего объема своих потребностей в энергии возобновляемой энергией к 2020 году и по меньшей мере 10% транспортного топлива. В ноябре 2016 года Европейская комиссия пересмотрела эти цели и установила уже 27% минимального потребления возобновляемой энергии к 2030 году.

Некоторые страны стали лидерами в области развития альтернативной энергетики. Например, в Дании энергия ветра обеспечивает до 140% потребностей страны в электроэнергии; излишки поставляются в соседние страны, Германию и Швецию.

Исландия, благодаря своему расположению в Северной Атлантике и ее активным вулканам, достигла 100% зависимости от возобновляемых источников энергии уже в 2012 году за счет сочетания гидроэнергетики и геотермальной энергии. В 2016 году Германия приняла политику поэтапного отказа от зависимости от нефти и ядерной энергетики.

Долгосрочные перспективы альтернативной энергетики являются чрезвычайно позитивными. Согласно отчету 2014 году Международного энергетического агентства (МЭА), на фотовольтаическую солнечную энергию и солнечную тепловую энергию будет приходиться 27% мирового спроса к 2050 году, что сделает ее крупнейшим источником энергии. Возможно, благодаря достижениям в области синтеза, ископаемые источники топлива будут безнадежно устаревшими уже к 2050 году.

Запасы природного топлива не безграничны, а цены на энергоносители постоянно растут. Согласитесь, было бы неплохо взамен традиционных источников энергии использовать альтернативные, чтобы не зависеть от поставщиков газа и электроэнергии в своем регионе. Но вы не знаете, с чего начинать?

Мы поможем вам разобраться с основными источниками возобновляемой энергии — в этом материале мы рассмотрели лучшие эко-технологии. Заменить привычные источники питания способна альтернативная энергия: своими руками можно устроить весьма эффективную установку для ее получения.

В нашей статье рассмотрены простые способы сборки теплового насоса, ветрогенератора и солнечных батарей, подобраны фотоиллюстрации отдельных этапов процесса. Для наглядности материал снабжен видеороликами по изготовлению экологически чистых установок.

«Зеленые технологии» позволят ощутимо сократить бытовые расходы за счет использования практически бесплатных источников.

Еще с древних времен люди использовали в повседневном обиходе механизмы и устройства, действие которых было направлено на превращение в механическую энергию сил природы. Ярким примером тому являются водяные мельницы и ветряки.

С появлением электричества наличие генератора позволило механическую энергию превращать в электрическую.

Водяная мельница — предшественник насоса автомата, не требующий присутствия человека для совершения работы. Колесо самопроизвольно вращается под напором воды и самостоятельно черпает воду

Сегодня значительное количество энергии вырабатывается именно ветряными комплексами и гидроэлектростанциями. Помимо ветра и воды людям доступны такие источники, как биотопливо, энергия земных недр, солнечный свет, энергия гейзеров и вулканов, сила приливов и отливов.

В быту для получения возобновляемой энергии широко используют следующие устройства:

Высокая стоимость, как самих устройств, так и проведения монтажных работ, останавливает многих людей на пути к получению вроде бы бесплатной энергии.

Окупаемость может достигать 15-20 лет, но это не повод лишать себя экономических перспектив. Все эти устройства можно изготовить и установить самостоятельно.

При выборе источника альтернативной энергии нужно ориентироваться на ее доступность, тогда максимальная мощность будет достигнута при минимуме вложений

Солнечные панели собственноручного изготовления

Готовая солнечная панель стоит немалых денег, поэтому ее покупка и установка по карману далеко не каждому. При самостоятельном изготовлении панели расходы можно снизить в 3-4 раза.

Прежде чем приступить к устройству солнечной панели нужно разобраться, как все это работает.

Галерея изображений

Принцип работы системы солнечного электроснабжения

Понимание назначения каждого из элементов системы позволит представить ее работу в целом.

Основные составляющие любой системы солнечного электроснабжения:

• Солнечная панель. Это комплекс соединенных в единое целое элементов, преобразующих солнечный свет в поток электронов.
• Аккумуляторы. Одной надолго не хватит, поэтому система может насчитывать до десятка таких устройств. Количество аккумуляторных батарей определяется мощностью потребляемой электроэнергии. Количество аккумуляторных батарей можно будет увеличить в будущем, добавив в систему необходимое количество солнечных панелей;
• Контроллер солнечного заряда. Это устройство необходимо для обеспечения нормальной зарядки аккумуляторной батареи. Основное его назначение состоит в недопущении повторной перезарядки батареи.
• Инвертор . Прибор, требующийся для преобразования тока. Аккумуляторные батареи выдают ток низкого напряжения, а инвертор преобразует его в ток необходимого для функционала высокого напряжения – выходная мощность. Для дома достаточно будет инвертора с выдаваемой мощностью 3-5 кВт.

Основная особенность солнечных батарей состоит в том, что они не могут вырабатывать ток высокого напряжения. Отдельный элемент системы способен вырабатывать ток напряжением 0,5-0,55 В. Одна солнечная батарея способна вырабатывать ток напряжением 18-21 В, чего достаточно для зарядки 12-вольтового аккумулятора.

Если инвертор, аккумуляторные батареи и контроллер заряда лучше приобрести готовыми, то солнечные батареи вполне возможно сделать самому.

Качественный контроллер и правильность подключения помогут как можно дольше сохранять работоспособность аккумуляторных батарей и автономность всей солнечной станции в целом

Изготовление солнечной батареи

Для изготовления батареи необходимо приобрести солнечные фотоэлементы на моно- либо поликристаллах. При этом нужно учесть, что срок службы поликристаллов значительно меньше, чем у монокристаллов.

Кроме того КПД поликристаллов не превышает 12%, тогда как этот показатель у монокристаллов достигает 25%. Для того, чтобы сделать одну солнечную панель необходимо купить как минимум 36 таких элементов.

Солнечную батарею собирают из модулей. Каждый модуль для бытового использования включает 30, 36 или 72 шт. элементов, соединенных последовательно с источником питания с максимальным напряжением около 50 V

Шаг #1 — сборка корпуса солнечной панели

Начинаются работы с изготовления корпуса, для этого потребуются следующие материалы:

• Деревянные бруски
• Фанера
• Оргстекло

Из фанеры необходимо вырезать днище корпуса и вставить его в рамку из брусков толщиной 25 мм. Размер днища определяется количеством солнечных фотоэлементов и их размером.

По всему периметру рамки в брусках с шагом 0,15-0,2 м необходимо высверлить отверстия диаметром 8-10 мм. Они требуются для предотвращения перегрева элементов батареи во время работы.

Правильно выполненные отверстия с шагом 0,15-0,20 м предохранят от перегрева элементы солнечной панели и обеспечат стабильную работу системы

Шаг #2 — соединение элементов солнечной панели

По размеру корпуса необходимо при помощи канцелярского ножа вырезать из ДВП подложку для солнечных элементов. При ее устройстве также нужно предусмотреть наличие вентиляционных отверстий, устраиваемых через каждые 5 см квадратно-гнездовым способом. Готовый корпус нужно дважды покрасить и высушить.

Солнечные элементы следует вверх ногами выложить на подложку из ДВП и выполнить распайку. Если готовые изделия уже не были оснащены припаянными проводниками, то работа существенно упрощается. Однако процесс распайки предстоит выполнить в любом случае.

Нужно помнить, что соединение элементов должно быть последовательным. Изначально элементы следует соединять рядами, а уже потом готовые ряды объединять в комплекс путем присоединения к токоведущим шинам.

По завершению элементы нужно перевернуть, уложить как положено и зафиксировать на своих местах при помощи силикона.

Каждый из элементов нужно надежно зафиксировать на подложке с помощью скотча либо силикона, в будущем это позволит избежать нежелательных повреждений

После чего надо проверить величину выходного напряжения. Ориентировочно оно должно находиться в пределах 18-20 В. Теперь батарею следует обкатать в течение нескольких дней, проверить способность зарядки аккумуляторных батарей. Только после контроля работоспособности производится герметизация стыков.

Шаг #3 — сборка системы электроснабжения

Убедившись в безукоризненном функционале, можно выполнить сборку системы электроснабжения. Входные и выходные контактные провода нужно вывести наружу для последующего подключения прибора.

Из оргстекла следует вырезать крышку и закрепить ее саморезами к бортикам корпуса через предварительно просверленные отверстия.

Вместо солнечных элементов для изготовления батареи можно использовать диодную цепь с диодами Д223Б. Панель из 36 последовательно соединенных диодов способна выдавать напряжение 12 В.

Диоды нужно предварительно замочить в ацетоне для удаления краски. В пластиковой панели следует высверлить отверстия, вставить диоды и произвести их распайку. Готовую панель необходимо поместить в прозрачный кожух и герметизировать.

Правильно ориентированные и установленные солнечные панели обеспечивают максимальную эффективность получения солнечной энергии, а также легкость и простоту обслуживания системы

Основные правила установки солнечной панели

От правильности установки солнечной батареи во многом зависит эффективность работы всей системы.

При установке нужно учесть следующие важные параметры:

1. Затенение. Если батарея будет находиться в тени деревьев или более высоких сооружений, то она не только не будет нормально функционировать, но и может выйти из строя.
2. Ориентация. Для максимального попадания солнечных лучей на фотоэлементы батарею необходимо направить в сторону солнца. Если Вы живете в северном полушарии, то панель должна быть ориентирована на юг, если же в южном, то наоборот.
3. Наклон. Этот параметр определяется географическим положением. Специалисты рекомендуют устанавливать панель под углом, равным географической широте.
4. Доступность. Нужно постоянно следить за чистотой лицевой стороны и вовремя удалять слой пыли и грязи. А в зимнее время панель периодически необходимо очищать от налипающего снега.

Желательно, чтобы при эксплуатации солнечной панели угол наклона не был постоянным. Прибор будет работать по максимуму только в случае прямо направленных на его крышку солнечных лучей.

Летом его лучше располагать под уклоном в 30º к горизонту. В зимнее время рекомендовано приподнимать и устанавливать на 70º.

В ряде промышленных вариантов солнечных батарей предусмотрены устройства слежения за движение солнца. Для бытового применения можно продумать и предусмотреть подставки, позволяющие менять угол наклона панели

Тепловые насосы для отопления

Тепловые насосы являются одним и из наиболее прогрессивных технологических решений в получении для вашего дома. Они не только наиболее удобны, но и экологически безопасны.

Их эксплуатация позволит существенно снизить расходы, связанные с оплатой на охлаждение и обогрев помещения.

Галерея изображений

Классификация тепловых насосов

Тепловые насосы классифицирую по количеству контуров, источнику энергии и способу ее получения.

В зависимости от конечных потребностей тепловые насосы могут быть:

• Одно-, двух или трехконтурные;
• Одно- или двухконденсаторные;
• С возможностью нагрева или с возможностью нагрева и охлаждения.

По виду источника энергии и способу ее получения различают следующие тепловые насосы:

• Грунт – вода. Применяются в умеренном климатическом поясе с равномерным прогревом земли вне зависимости от времени года. Для монтажа используют коллектор либо зонд в зависимости от типа грунта. Для бурения неглубоких скважин не требуется получения разрешительных документов.
• . Тепло аккумулируется из воздуха и направляется на нагрев воды. Установка будет уместной в климатических зонах с зимней температурой не ниже -15 градусов.
• . Монтаж обусловлен наличием водоемов (озера, реки, грунтовые воды, скважины, отстойники). Эффективность такого теплового насоса является весьма внушительной, что обусловлено высокой температурой источника в холодное время года.
• Вода – воздух. В данной связке в роли источника тепла выступают те же водоемы, но при этом тепло посредством компрессора передается непосредственно воздуху, используемому для обогрева помещений. В данном случае вода не выступает в качестве теплоносителя.
• Грунт – воздух. В данной системе проводником тепла является грунт. Тепло из грунта через компрессор передается воздуху. В роли переносчика энергии применяют незамерзающие жидкости. Данная система считается наиболее универсальной.
• . Работа данной системы сходна с работой кондиционера, способного обогревать и охлаждать помещение. Данная система является наиболее дешевой, так как не требует производства земляных работ и прокладки трубопроводов.

При выборе вида источника тепла нужно ориентироваться на геологию участка и возможность беспрепятственного проведения земляных работ, а также на наличие свободной площади.

При дефиците свободного места придется отказаться от таких источников тепла, как земля и вода и забирать тепло из воздуха.

От правильности выбора вида теплового насоса во многом зависит эффективность работы системы и затраты на ее устройство

Принцип работы тепловых насосов основан на использовании цикла Карно, который в результате резкого сжатия теплоносителя обеспечивает повышение температуры.

По такому же принципу, но с противоположным эффектом, работает большинство климатических устройств с компрессорными установками (холодильник, морозильная камера, кондиционер).

Главный рабочий цикл, который реализуется в камерах данных агрегатов, полагает обратный эффект – в результате резкого расширения происходит сужение хладагента.

Именно поэтому один из наиболее доступных методов изготовления теплового насоса основан на использовании отдельных функциональных узлов, используемых в климатическом оборудовании.

Так, для изготовления теплового насоса может быть использован бытовой холодильник. Его испаритель и конденсатор будут играть роль теплообменников, отбирающих тепловую энергию из среды и направляющие ее непосредствен на нагрев теплоносителя, который циркулирует в системе отопления.

Низкопотенциальное тепло из грунта, воздуха или воды вместе с теплоносителем попадает в испаритель, где превращается в газ, а далее еще больше сжимается компрессором, в результате чего температура становится еще выше

Сборка теплового насоса из подручных материалов

Используя старую бытовую технику, а точнее, ее отдельные узлы, можно самостоятельно собрать тепловой насос. Как это можн сделать, рассмотрим далее.

Шаг #1 — подготовка компрессора и конденсатора

Работы начинаются с подготовки компрессорной части насоса, функции которой будут отведены соответствующему узлу кондиционера либо холодильника. Данный узел необходимо закрепить с помощью мягкой подвески на одной из стен рабочего помещения там, где это будет удобно.

После этого необходимо изготовить конденсатор. Для этого идеально подойдет бак из нержавеющей стали объемом 100 л. В него необходимо вмонтировать змеевик (можно взять готовую медную трубку от старого кондиционера либо холодильника.

Подготовленный бак нужно с помощью болгарки разрезать вдоль на две равные части – это необходимо для установки и закрепления змеевика в теле будущего конденсатора.

После монтажа змеевика в одной из половинок обе части емкости нужно соединить и сварить между собой таким образом, чтобы получился замкнутый бак.

Для изготовления конденсатора использован бак из нержавеющей стали объемом 100 л, с помощью болгарки он был разрезан пополам, вмонтирован змеевик и произведена обратная сварка

Учтите, что при сварке нужно использовать специальный электроды, а еще лучше применять аргоновую сварку, только она может обеспечить максимальное качество шва.

Шаг #2 — изготовление испарителя

Для изготовления испарителя потребуется герметичный пластиковый бак объемом 75-80 литров, в который нужно будет поместить змеевик из трубы диаметром ¾ дюйма.

Для изготовления змеевика достаточно обмотать медную трубку вокруг стальной трубы диаметром 300-400 мм с последующей фиксацией витков перфорированным уголком

На концах трубки необходимо нарезать резьбу для последующего обеспечения соединения с трубопроводом. После завершения сборки и проверки герметизации испаритель следует закрепить на стене рабочего помещения при помощи кронштейнов соответствующего размера.

Завершение сборки лучше доверить специалисту. Если часть сборки можно выполнить самостоятельно, то с пайкой медных труб и закачкой хладагента должен работать профессионал. Сборка основной части насоса заканчивается подключением обогревательных батарей и теплообменника.

Нужно отметить, что данная система является маломощной. Поэтому будет лучше, если тепловой насос станет дополнительной частью существующей системы отопления.

Шаг #3 — обустройство и подключение внешнего устройства

В качестве источника тепла лучше всего подойдет вода из колодца или скважины. Она никогда не замерзает и даже зимой ее температура редко опускается ниже +12 градусов. Потребуется устройство двух таких скважин.

Из одной скважины будет происходить забор воды с последующей подачей в испаритель.

Энергию подземной воды можно использовать круглогодично. На ее температуру не влияют погодные условия и времена года

В принципе, система готова к эксплуатации, но для ее полной автономности потребуется система автоматики, контролирующая температуру движущегося теплоносителя в отопительных контурах и давление фреона.

На первых порах можно обойтись обыкновенным пускателем, но следует учесть, что запуск системы после отключения компрессора можно выполнять через 8-10 минут – это время необходимо для выравнивания давления фреона в системе.

Устройство и использование ветрогенераторов

Энергию ветра использовали еще наши предки. С тех далеких времен, в принципе, ничего не изменилось.

Отличие состоит лишь в том, что жернова мельницы заменены генератором и приводом, обеспечивающими преобразование механической энергии лопастей в электрическую энергию.

Галерея изображений

Установка ветрогенератора считается экономически выгодной, если среднегодовая скорость ветра превышает 6 м/с.

Монтаж лучше всего производить на возвышенностях и равнинах, идеальными местами считаются побережья рек и крупных водоемов вдали от различных инженерных коммуникаций.

Для преобразования энергии воздушных масс в электрическую применяются ветрогенераторы, наиболее продуктивные в прибрежных регионах

Классификация ветряных генераторов

Классификация ветряных генераторов зависит от следующих основных параметров:

• В зависимости от размещения оси могут быть и горизонтальные . Горизонтальная конструкция предусматривает возможность автоповорота основной части для поиска ветра. Основное оборудование вертикального ветрогенератора расположено на земле, поэтому его легче обслуживать, при этом КПД вертикально расположенных лопастей ниже.
• В зависимости от количества лопастей различают одно-, двух-, трех- и многолопастные ветряные генераторы . Многолопастные ветрогенераторы используют при малой скорости воздушного потока, применяются редко из-за необходимости установки редуктора.
• В зависимости от материала, используемого для изготовления лопастей, лопасти могут быть парусными и жесткими . Лопасти парусного типа просты в изготовлении и монтаже, но требуют частой замены, так как быстро выходят из строя под воздействием резких порывов ветра.
• В зависимости от шага винта, различают изменяемый и фиксируемый шаги . При использовании изменяемого шага можно добиться значительного увеличения диапазона рабочих скоростей ветрогенератора, но это приведет к неминуемому усложнению конструкции и увеличению ее массы.

Мощность всех видов приборов, преобразующих энергию ветра в электрический аналог, зависит от площади лопастей.

Для работы ветрогенераторам практически не нужны классические источники энергии. Использование установки мощностью около 1 мВт позволит сэкономить 92 000 баррелей нефти или 29 000 т угля за 20 лет

Устройство ветряного генератора

В любой ветряной установке присутствуют следующие основные элементы:

• Лопасти , вращающиеся под действием ветра и обеспечивающие движение ротора;
• Генератор , который вырабатывает переменный ток;
• Контроллер управления лопастями , отвечает за образование переменного тока в постоянный, который требуется для зарядки аккумуляторов;
• Аккумуляторные батареи , нужны для накопления и выравнивания электрической энергии;
• Инвертор , выполняет обратное превращение постоянного тока в переменный, от которого работают все бытовые приборы;
• Мачта , необходима для подъема лопастей над поверхностью земли до достижения высоты перемещения воздушных масс.

При этом генератор, и мачта считаются основными частями ветрогенератора, а все остальное – дополнительные компоненты, обеспечивающие надежную и автономную работу системы в целом

В схему любого даже самого простого ветряного генератора обязательно должны быть включены инвертор, контроллер заряда и аккумуляторные батареи

Тихоходный ветряной генератор из автогенератора

Считается, что данная конструкция является наиболее простой и доступной для самостоятельного изготовления. Она может стать как самостоятельным источником энергии, так и взять на себя часть мощности существующей системы электроснабжения.

При наличии автомобильного генератора и аккумуляторной батареи все остальные части можно изготовить из подручных материалов.

Шаг #1 — изготовление ветрового колеса

Лопасти считаются одной из наиболее важных частей ветрогенератора, так как их конструкцией определяется работа остальных узлов. Для изготовления лопастей могут быть использованы самые разные материалы – ткань, пластик, металл и даже дерево.

Мы изготовим лопасти из канализационной пластиковой трубы. Основные преимущества данного материала – дешевизна, высокая влагоустойчивость, простота обработки.

Работы выполняются в следующем порядке:

1. Производится расчет длины лопасти, при этом диаметр пластиковой трубы должен составлять 1/5 от необходимого метража;
2. С помощью лобзика трубу следует разрезать вдоль на 4 части;
3. Одна часть станет шаблоном для изготовления всех последующих лопастей;
4. После обрезки трубы заусеницы на краях необходимо обработать наждачной бумагой;
5. Вырезанные лопасти необходимо зафиксировать на заранее приготовленном алюминиевом диске с предусмотренным креплением;
6. Также к этому диску после переделки нужно прикрутить генератор.

Учтите, что труба из ПВХ не обладает достаточной прочностью и не сможет противостоять сильным порывам ветра. Для изготовления лопастей лучше всего применять трубу из ПВХ толщиной не менее 4 см.

Далеко не последнюю роль на величину нагрузки оказывает размер лопасти. Поэтому не лишним будет рассмотреть вариант снижения размера лопасти за счет увеличения их количества.

Лопасти ветрогенератора изготовлены по шаблону из ¼ ПВХ канализационной трубы диаметром 200 мм, разрезанной вдоль оси на 4 части

После сборки следует произвести балансировку ветрового колеса. Для этого требуется закрепить его горизонтально на штативе в закрытом помещении. Результатом правильной сборки будет неподвижность колеса.

Если же происходит вращение лопастей, необходимо выполнить их подточку абразивом доя уравновешивания конструкции.

Шаг #2 — изготовление мачты ветрогенератора

Для изготовления мачты можно использовать стальную трубу диаметром 150-200 мм. Минимальная длина мачты должна составлять 7 м. Если на участке есть препятствия для перемещения воздушных масс, то колесо ветрогенератора нужно поднять на высоту, превышающую препятствие не менее, чем на 1 м.

Колышки для закрепления растяжек и саму мачту необходимо забетонировать. В качестве растяжек можно использовать стальной либо оцинкованный трос толщиной 6-8 мм.

Растяжки мачты придадут ветрогенератору дополнительную устойчивость и снизят расходы, связанные с устройством массивного фундамента, их стоимость гораздо ниже остальных типов мачт, но требуется дополнительная площадь для растяжек

Шаг #3 — переоборудование автомобильного генератора

Переделка состоит лишь в перемотке провода статора, а также в изготовлении ротора с неодимовыми магнитами. Для начала нужно высверлить отверстия, необходимые для фиксации магнитов в полюсах ротора.

Установка магнитов выполняется с чередованием полюсов. По завершению работ межмагнитные пустоты нужно заполнить эпоксидной смолой, а сам ротор обернуть бумагой.

При перемотке катушки нужно учесть, что эффективность работы генератора будет зависеть от количества витков. Катушку необходимо мотать по трехфазной схеме в одном направлении.

Готовый генератор нужно испытать, результатом правильно выполненной работы будет показатель в 30 В при 300 оборотах генератора.

Переоборудованный генератор готов к проведению испытаний по выдаваемому номинальному напряжению перед финальным монтажом всей системы тихоходного ветрогенератора

Шаг #4- завершение сборки тихоходного ветрогенератора

Поворотная ось генератора выполняется из трубы с насаженными двумя подшипниками, а хвостовая часть вырезается из оцинкованного железа толщиной 1,2 мм.

Перед креплением генератора к мачте необходимо изготовить раму, лучше всего для этого подойдет профильная труба. При выполнении крепления нужно учесть, что минимальное расстояние от мачты до лопасти должно быть больше 0,25 м.

Под действием потока ветра происходит движение лопастей и ротора, в результате достигается вращение редуктора и получается электрическая энергия

Для работы системы после ветрогенератора нужно установить контроллер заряда, аккумуляторные батареи, а также инвертор.

Емкость батареи определяется мощностью ветрогенератора. Данный показатель зависит от размеров ветряного колеса, количества лопастей и скорости ветра.

Выводы и полезное видео по теме

Изготовление солнечной панели с пластмассовым корпусом, перечень материалов и порядок выполнения работ

Принцип работы и обзор геотермальных насосов

Переоборудование автогенератора и изготовление тихоходного ветрогенератора своими руками

Отличительной чертой альтернативных источников энергии является их экологическая чистота и безопасность.

Довольно малая мощность установок и привязка к определенным условиям местности позволяют эффективно эксплуатировать только комбинированные системы традиционных и альтернативных источников.

Ваш дом использует альтернативную энергетику в качестве источников тепла и электроэнергии? Вы самостоятельно собрали ветрогенератор или изготовили солнечные батареи? Поделитесь, пожалуйста, своим опытом в комментариях к нашей статье.

Ограниченные запасы ископаемого топлива и глобальное загрязнение окружающей среды заставило человечество искать возобновляемые альтернативные источники такой энергии, чтобы вред от ее переработки был минимальным при приемлемых показателях себестоимости производства, переработки и транспортировки энергоресурсов.

Современные технологии позволяют использовать имеющиеся альтернативные энергетические ресурсы, как в масштабе целой планеты, так и в пределах энергосети квартиры или частного дома.

Буйное развитие жизни на протяжении нескольких миллиардов лет наглядно доказывает обеспеченность Земли источниками энергии. Солнечный свет, тепло недр и химический потенциал позволяют живым организмам осуществлять множественные энергетические обмены, существуя в среде, созданной физическими факторами – температурой, давлением, влажностью, химическим составом.

Круговорот веществ и энергии в природе

Экономические критерии альтернативных источников энергии

Человек издревле использовал энергию ветра как движитель для кораблей, что позволяло развиваться торговле. Возобновляемое топливо из отмерших растений и отходов жизнедеятельности было источником тепла для приготовления пищи и получения первых металлов. Энергия перепада воды приводила в действие мельничные жернова. На протяжении тысячелетий это были основные виды энергии, которые мы теперь называем альтернативными источниками.

С развитием геологии и технологий добычи недр стало экономически выгодней добывать углеводороды и сжигать их для получения энергии по мере необходимости, чем ждать у моря погоды в буквальном смысле, надеясь на удачное совпадение течений, направления ветра, облачности.

Нестабильность и изменчивость погодных условий, а также относительная дешевизна двигателей, работающих на ископаемом топливе, заставили прогресс развиваться по пути использования энергии недр земли.

Диаграмма, демонстрирующая соотношение потребления ископаемых и возобновляемых источников энергии

Усвоенный и переработанный живыми организмами углекислый газ, покоившийся в недрах миллионы лет, снова возвращается в атмосферу при сжигании ископаемых углеводородов, что является источником парникового эффекта и глобального потепления. Благополучие будущих поколений и хрупкое равновесие экосистемы заставляют человечество пересмотреть экономические показатели и использовать альтернативные виды энергии , ведь здоровье дороже всего.

Сознательное использование возобновляемых природой альтернативных источников энергии становится популярным, но, как и прежде, преобладают экономические приоритеты. Но в условиях загородного дома или на даче использование источников альтернативного электричества и тепла может оказаться единственным экономически выгодным вариантом получения энергии, если проведение, подключение и установка линий энергоснабжения окажется слишком дорогой затеей.

Обеспечение удаленного от цивилизации дома минимально необходимым объемом электроэнергии с помощью солнечных панелей и ветрогенератора

Возможности использования альтернативных видов энергии

Пока ученые исследуют новые направления и разрабатывают технологии холодного термоядерного синтеза, домашние мастера могут использовать следующие альтернативные источники энергии для дома:

• Солнечный свет;
• Энергия ветра;
• Биологический газ;
• Разница температур;

По данным альтернативным видам возобновляемой энергии существуют готовые решения, успешно внедренные в массовое производство. Например – солнечные батареи, ветрогенераторы, биогазовые установки и тепловые насосы различной мощности можно приобрести вместе с доставкой и установкой, чтобы иметь свои альтернативные источники электричества и тепловой энергии для частного дома.

Промышленно выпускаемая солнечная панель, установленная на крыше частного дома

В каждом отдельном случае должен быть свой собственный план обеспечения домашних электроприборов источниками альтернативной электрической энергии, согласно потребностей и возможностей. Например, для питания ноутбука, планшета, зарядки телефона можно использовать источник напряжением 12 В., и переносные адаптеры. Данного напряжения, при достаточном объеме аккумулятора энергии будет достаточно для освещения при помощи .

Солнечные батареи и ветрогенераторы должны заряжать аккумуляторы, ввиду непостоянства освещения и силы энергии ветра. С увеличением мощности альтернативных источников электричества и объема аккумуляторов возрастает энергетическая независимость автономного энергоснабжения. Если требуется подключить к альтернативному источнику электричества электроприборы, работающие от 220 В., то применяют преобразователи напряжения .

Схема, иллюстрирующая питание домашних электроприборов от аккумуляторов, заряжаемых ветрогенератором и солнечными панелями

Альтернативная энергия солнечного излучения

В домашних условиях практически невозможно создать фотоэлементы, поэтому конструкторы альтернативных источников энергии используют готовые комплектующие, собирая генерирующие конструкции, добиваясь необходимой мощности. Соединение фотоэлементов последовательно увеличивает выходное напряжение полученного источника электричества, а подключение собранных цепочек параллельно дает больший суммарный ток сборки.

Схема подключения фотоэлементов в сборке

Ориентироваться можно на интенсивность энергии солнечного излучения – это примерно один киловатт на квадратный метр. Также нужно учитывать коэффициент полезного действия солнечных батарей – на данный момент это приблизительно 14%, но ведутся интенсивные разработки для увеличения КПД солнечных генераторов. Выходная мощность зависит от интенсивности излучения и угла падения лучей.

Можно начать с малого – приобрести одну или несколько небольших солнечных батарей, и иметь источник альтернативного электричества на даче в объеме, необходимом для зарядки смартфона или ноутбука, чтобы иметь доступ к глобальной сети интернет. Замеряя ток и напряжение, изучают объемы потребления энергии, обдумывая перспективу дальнейшего расширения использования источников альтернативной электроэнергии.

Установка дополнительных солнечных батарей на крыше дома

Нужно помнить, что солнечный свет также является источником теплового (инфракрасного) излучения, которое может использоваться для нагрева теплоносителя без дальнейшего преобразования энергии в электричество. Данный альтернативный принцип применяется в солнечных коллекторах , где при помощи отражателей инфракрасное излучение концентрируется и передается теплоносителем в систему отопления.

Солнечный коллектор в составе домашней системы отопления

Альтернативная энергия ветра

Простейший путь для самостоятельного создания ветрогенератора – это использовать автомобильный генератор. Для увеличения оборотов и напряжения источника альтернативного электричества (эффективности генерации электрической энергии) следует применить редуктор или ременную передачу. Объяснение всевозможных технологических нюансов выходит за рамки данной статьи – нужно изучать принципы аэродинамики, чтобы понять процесс преобразования скорости потока воздушных масс в альтернативное электричество.

На начальном этапе изучения перспектив преобразования возобновляемых источников альтернативной энергии ветра в электричество, нужно выбрать конструкцию ветряка. Наиболее распространенные конструкции – это лопастной винт с горизонтальной осью, ротор Савониуса, и турбина Дарье. Лопастной винт с тремя лопастями в качестве источника альтернативной энергии – наиболее распространенный вариант для самодельного изготовления.

Разновидности турбин Дарье

При проектировании лопастей винтов большое значение имеет угловая скорость вращения ветряка. Существует так называемый фактор эффективности винта, который зависит от скорости воздушного потока, а также длины, сечения, количества и угла атаки лопастей.

Обобщенно данную концепцию можно понять так – при малом ветре длины лопасти с самым удачным углом атаки будет недостаточно для достижения максимальной эффективности генерации энергии, но с многократным усилением потока и увеличением угловой скорости кромки лопастей будут испытывать чрезмерное сопротивление, которое может их повредить.

Сложный профиль лопасти ветряка

Поэтому длину лопастей рассчитывают исходя из средней скорости ветра, плавно изменяя угол атаки относительно удаления от центра винта. Для предотвращения поломки лопастей при ураганном ветре выводы генератора замыкают накоротко, что препятствует вращению винта. Для приблизительных расчетов можно принимать один киловатт альтернативной электроэнергии от трехлопастного винта диаметром 3 метра при средней скорости ветра 10м/с.

Для создания оптимального профиля лопасти потребуется компьютерное моделирование и ЧПУ станок. В домашних условиях мастера используют подручные материалы и инструменты, стараясь максимально точно воссоздать чертежи альтернативных источников ветровой энергии. В качестве материалов используется дерево, метал, пластик и т.д.

Самодельный винт ветрогенератора, сделанный из дерева и металлической пластины

Для генерации электричества мощности автомобильного генератора может оказаться недостаточно, поэтому мастера своими руками изготавливают генерирующие электрические машины, или переделывают электродвигатели. Наиболее популярная конструкция источника альтернативного электричества – ротор с попеременно размещенными неодимовыми магнитами и статором с обмотками.

Роторы самодельного генератора
Статор с обмотками для самодельного генератора

Альтернативная энергия биогаза

Биологический газ в качестве источника энергии получают в основном двумя способами – это пиролиз и анаэробное (без доступа кислорода) разложение органических веществ. Для пиролиза требуется лимитированная подача кислорода, необходимая для поддержания температуры реакции, при этом выделяются горючие газы: метан, водород, угарный газ и другие соединения: углекислый газ, уксусная кислота, вода, зольные остатки. В качестве источника для пиролиза лучше всего подходит топливо с большим содержанием смол. На видео ниже показана наглядная демонстрация выделения горючих газов из древесины при нагреве.

Для синтеза биогаза из отходов жизнедеятельности организмов применяются метантанки различных конструкций. Устанавливать метантанк дома своими руками имеет смысл при наличии в домашнем хозяйстве курятника, свинарника и поголовья крупного рогатого скота. Основной газ на выходе – метан, но большое количество примеси сероводорода и других органических соединений требует применения систем очищения для удаления запаха и предотвращения засорения горелок в тепловых генераторах или загрязнения топливных трактов двигателя.

Нужно основательное изучение энергии химических процессов, технологий с постепенным набором опыта, пройдя путь проб и ошибок, чтобы получить на выходе источника горючий биологический газ приемлемого качества.

Независимо от происхождения, после очистки смесь газов подается в теплогенератор (котел, печь, конфорка плиты) или в карбюратор бензинового генератора, — такими способами получается полноценная альтернативная энергия своими руками. При достаточной мощности газогенераторов возможно не только обеспечение дома альтернативной энергией, но и обеспечивается работа небольшого производства, как показано на видео:

Тепловые машины для экономии и получения альтернативной энергии

Тепловые насосы широко применяются в холодильниках и кондиционерах. Было замечено, для перемещения тепла требуется в несколько раз меньше энергии, чем для его генерации. Поэтому студеная вода из скважины имеет тепловой потенциал относительно морозной погоды. Понижая температуру проточной воды из скважины или из глубин незамерзающего озера, тепловые насосы отбирают тепло и передают его в систему отопления, при этом достигается значительная экономия электричества.

Экономия электроэнергии с помощью теплового насоса

Другой тип тепловой машины – двигатель Стирлинга, работающий от энергии разницы температур в замкнутой системе цилиндров и поршней, размещенных на коленчатом вале под углом 90º. Вращение коленвала может использоваться для генерации электричества. В сети имеется множество материалов из проверенных источников, подробно объясняющих принцип действия двигателя Стирлинга, и даже приводятся примеры самодельных конструкций, как на видео ниже:

К сожалению, домашние условия не позволяют создать двигатель Стирлинга с параметрами выхода энергии выше, чем у забавной игрушки или демонстрационного стенда. Для получения приемлемой мощности и экономичности требуется, чтобы рабочий газ (водород или гелий) был под большим давлением (200 атмосфер и больше). Подобные тепловые машины уже используются в солнечных и геотермальных электростанциях и начинают внедряться в частный сектор.

Двигатель Стирлинга в фокусе параболического зеркала

Чтобы получить максимально стабильное и независимое электричество на даче или в частном доме потребуется совмещения нескольких альтернативных источников энергии.

Новаторские идеи по созданию альтернативных источников энергии

Целиком и полностью охватить весь спектр возможностей возобновляемой альтернативной энергетики не сможет ни один знаток. Альтернативные источники энергии имеются буквально в каждой живой клетке. Например, водоросль хлореллы давно известна как источник белков в корме для рыб.

Ставятся опыты по выращиванию хлореллы в невесомости, для применения в качестве пищи космонавтов при дальних космических перелетах в будущем. Энергетический потенциал водорослей и других простых организмов изучается для синтеза горючих углеводородов.

Аккумулирование солнечного света в живых клетках хлореллы, выращиваемой в промышленных установках

Нужно иметь в виду, что преобразователя и аккумулятора энергии солнечного света лучшего, чем фторопласт живой клетки пока не придумано. Поэтому потенциальные возобновляемые источники альтернативного электричества имеются в каждом зеленом листе, осуществляющем фотосинтез .

Основная сложность состоит в том, чтобы собрать органический материал, при помощи химических и физических процессов достать оттуда энергию и преобразовать ее в электричество. Уже сейчас большие площади аграрных земель отводятся под выращивание альтернативных энергетических культур.

Уборка мискантуса — энергетической агротехнической культуры

Другим колоссальным источником альтернативной энергии может служить атмосферное электричество. Энергия молний огромная и обладает разрушительными воздействиями, и для защиты от них используются молниеотводы.

альтТрудности с обузданием энергетического потенциала молнии и атмосферного электричества состоят в большом напряжении и силе тока разряда за очень короткое время, что требует создания многоступенчатых систем из конденсаторов для накопления заряда с последующим использованием запасенной энергии. Также хорошие перспективы имеются у статического атмосферного электричества.