Нетрадиционный способ получения электроэнергии

Альтернативные источники энергии для частного дома. Это не только энергия солнца и солнечные батареи

В последнее время у всех на слуху «зеленая энергетика». В Западных странах усиленно пытаются перейти на генерацию электроэнергии, которая полностью основана на базе возобновляемых (неисчерпаемых, с человеческой точки зрения) источников. Получится это или нет и в какие сроки — это уже другой вопрос. Но их маниакальное упорство в этом стремлении часто побеждает разум и элементарную логику. Ну да ладно — это их выбор и их путь.

Обычный среднестатистический человек в нашей стране, если речь заходит о «зеленой энергии» для частного дома, сразу представляет себе солнечные батареи, которыми устлана вся поверхность крыши домостроения. Да, это самый распространенный и реальный вариант обеспечить дом (полностью или частично) электроэнергией из «дармового» и неисчерпаемого источника. Вот только для того, чтобы превратить энергию Солнца в электричество придется закупать и устанавливать довольно таки дорогое оборудование. А вот о стабильности получения необходимого объема такой электроэнергии мечтать не приходится. Выработка электроэнергии будет зависеть от географии (региона, в котором находится дом), погоды, сезона, времени суток и т.д.

Но не только солнечный свет можно использовать как источник возобновляемой энергии, который можно использовать для частного дома!

Энергия ветра

Все видели фотографии (а может быть и не только фотографии) огромных полей с установленными на них гигантскими ветрогенераторами, длина лопастей которых превышает 50 метров. Ветер приводит в движение лопасти ветрогенератора, которые вращают турбину. Вырабатывается электроэнергия. Объем выработки электроэнергии зависит от скорости (силы) ветра, воздействующего на лопасти. Но это, так сказать, промышленные масштабы. А что с выработкой электроэнергии ветряком (ветрогенератором, ветроустановкой, ВЭС) для частного дома? Существуют и мини ветроустановки, которые с успехом можно использовать для выработки электроэнергии для бытовых нужд в частном доме. Мини ветроустановки прекрасно будут работать в степной и гористой местностях и в прибрежных районах. При высоте мачты в 5 метров, длине лопасти в 1 метр (для 4-х лопастных установок) и ветре 12-15 метров в секунду, ветроустановка способна выдавать мощность приблизительно до 1кВт. Вырабатывать же электроэнергию ветряки начинают лишь при минимальной скорости ветра 3-4 метра в секунду. При такой «начальной» скорости ветра, ветроустановка, конечно не сможет выдавать заявленную производителем номинальную мощность. Поэтому годовая выработка электроэнергии ветрогенератором рассчитывается в зависимости от среднегодовой скорости ветра в месте установки ветряка. Установка четырех таких ветряков теоретически может полностью обеспечить потребность в электроэнергии среднестатистического частного дома. Но понятно, что наличие ветра и его скорость вещи непредсказуемые. Соответственно, даже с учетом аккумулирования излишков электроэнергии в то время, когда ветряки работают на 100%, обеспечить надежное и бесперебойное снабжение частного дома электроэнергией, исключительно вырабатываемой ветряками, довольно проблематично.

Комплект оборудования для мини ВЭС и её монтаж обойдутся, конечно, очень недешево. При выборе удачного места установки мачты с ветряком и использовании такой ветряной электростанции в качестве альтернативного источника электроэнергии, можно окупить все затраты примерно за 5-20 лет (опять же по заявлению производителей). Да, срок не маленький, но после этого срока электроэнергия, вырабатываемая ветряком, будет практически бесплатной.

Стоимость ветровой электроэнергии зависит от многих параметров, но приблизительно она в 2-3 раза дороже электроэнергии, вырабатываемой на гидроэлектростанциях и сопоставима со стоимостью электроэнергии, вырабатываемой на ТЭС.

При использовании ветряка в качестве источника электроэнергии для дома, в силу главного недостатка ветряков (нет ветра — нет электроэнергии), полностью отказаться от сетевого электричества вряд ли получится. Придется комбинировать источники электроэнергии — ветряк плюс централизованная электрическая сеть.

Энергия воды

Мини гидроэлектростанция вполне может стать альтернативным источником электроэнергии для частного дома. Они довольно компактны и не требую строительства плотины или других вспомогательных сооружений. Правда необходимым условием для получения электроэнергии таким способом является наличие на небольшом расстоянии от домостроения реки, канала или водовода. Да и скорость потока воды должна быть не менее 0,7 метра в секунду. Генератор такой мини ГЭС Погружается в свободный поток реки (канала, водовода) и преобразует вращение турбины в электрическую энергию. Обычно мощность гидроагрегатов мини ГЭС для дома составляет от 0,3 до 5 кВт. С помощью мини ГЭС можно полностью обеспечить частный дом электроэнергией. Мини ГЭС накопительного типа позволяют «запасать» избыток вырабатываемой электроэнергии в аккумуляторах и при увеличении потребления электроэнергии в доме, выше вырабатываемой мини ГЭС на текущий момент, восполнять дефицит электроэнергии из аккумуляторов.

Мини ГЭС — это одно из самых перспективный направлений альтернативной энергетики. Работа мини ГЭС не зависит от погодных условий. И хоть оборудование мини ГЭС стОит дорого, но производители заявляют о сроке окупаемости таких установок всего за 2-4 года, в то время, как срок эксплуатации мини ГЭС составляет порядка 20 лет.

Геотермальная энергия

Геотермальную энергию (тепло недр земли) используют обычно в местах выброса горячих сейсмических источников на Дальнем Востоке, Камчатке и т.д. Да и используется этот вид энергии почти повсеместно в промышленных масштабах. Но благодаря развитию технологий теперь возможно использовать геотермальную энергию «в частном порядке» для отопления дома и в перспективе для выработки электроэнергии.

Принцип отопления дома с помощью геотермальных источников энергии очень похож на принцип работы обычного кондиционера, работающего в режиме обогрева. Тепловой насос (основной элемент такой системы отопления) имеет два контура. Первый контур — это обычная система отопления дома (трубы, батареи отопления). Второй контур — находится под землей или под водой. Теплоноситель второго контура вода. Она принимает температуру среды, через которую проходит, поступает в тепловой насос и нагревает теплоноситель первого контура, который циркулирует по системе отопления дома.

Современные техника и технологии позволяют обогревать данным методом частные дома, находящиеся в любом регионе (не обязательно в районах с горячими сейсмическими источниками). Небольшая разница температур (всего в несколько градусов между температурой на поверхности земли и на небольшой глубине) позволяет получить тепловую энергию, которой вполне хватает для отопления дома.

Положение с выработкой электроэнергии для частных домов с помощью геотермальных источников немного сложнее. Принцип выработки такой электроэнергии известен давно и используется в работе больших геотермальных электростанций. А вот на уровне «мини» такие электростанции еще практически не выпускаются.

Развитие геотермальной энергетики имеет огромные перспективы, так как температура геотермальных источников стабильна и не зависит ни от погодных условий, ни от времени года.

Подводя итог можно сказать, что использование альтернативных источников энергии в частном доме — это не фантастика, а реальность современной жизни. Не смотря на то, что выпускаемое оборудование для выработки электроэнергии из любого альтернативного (возобновляемого) источника стОит, на сегодняшний день, довольно дорого и имеет относительно большой срок окупаемости, такие «альтернативные мини электростанции» всё чаще можно встретить на наших просторах.

Несомненно, с развитием технологий, стоимость таких альтернативных микро и мини электростанций, срок их окупаемости и стоимость вырабатываемой электроэнергии будут уменьшаться!

Источник

Самые необычные альтернативные источники электроэнергии

Энергия из морских волн

В апреле 2021 года британская компания Mocean Energy представила Blue X — прототип установки, которая будет преобразовывать кинетическую энергию морских волн в электричество.

Принцип работы такой: установку помещают на поверхность воды, она качается на волнах и приводит в движение шарнир посередине. Тот в свою очередь запускает генератор, который вырабатывает электроэнергию и по кабелям перенаправляет ее на сушу.

Как это применять: по оценкам Mocean Energy, если использовать хотя бы 1% всей доступной энергии волн в мире, можно обеспечить электричеством 50 млн зданий. Для сравнения: в России насчитывается около 14 млн жилых домов.

Энергия из ДНК

Оказалось, что органические молекулы тоже преобразуют солнечную энергию в электричество. В 2021 году немецкие ученые сумели синтезировать супрамолекулярную — то есть более сложную, чем обычная молекула — систему на основе ДНК.

Основа системы — фуллерен, «футбольный мяч» из 60 атомов углерода. К нему крепится краситель, который поглощает солнечный свет и отдает получившуюся энергию фуллерену. Но возникает проблема: если не упорядочить такие супрамолекулы, ток между ними будет протекать с трудом, а со временем и вовсе затухнет.

Ученые предложили такое решение: закрепили супрамолекулы на основе фуллеренов и красителя на спирали ДНК. Так движения электронов становятся упорядоченными, а электрический ток не затухает.

Как это применять: исследователи не обещают, что в скором времени на всех крышах появятся солнечные батареи из ДНК, но развивать это направление планируют. По их прогнозам, технология будет дешевле, прочнее и долговечнее, чем солнечные батареи на основе кремния.

Респираторы с солнечными батареями

Берлинский изобретатель Хайнц Кнупске превратил респиратор в устройство, генерирующее электроэнергию. По сути, это привычная для нас маска, на поверхности которой закреплена маленькая солнечная батарея.

Как это применять: батарея вырабатывает энергию, которой хватает для подзарядки телефона или часов. В начале 2021 года в Китае уже наладили серийное производство «солнечных» масок и отправили первую партию в Европу.

Солнечные паруса

В 2019 году Планетарное общество развернуло парус LightSail 2 на одной из ракет от SpaceX, и он успешно прошел испытания.

Солнечный парус — почти то же самое, что и обычный парус на кораблях. Только в движение его приводит не ветер, а солнечная энергия — поток заряженных частиц, которые выделяет Солнце. Если поймать этот поток энергии, можно долгое время путешествовать в космосе по заданному маршруту, а топливо для этого не понадобится.

Как это применять: используя наработки Планетарного общества, в 2021 году NASA с помощью паруса планирует долететь до Луны, а затем отправиться к околоземному астероиду 1991 VG.

«Бесконечная» энергия из воздуха

В 2020 году ученые из Массачусетского университета создали Air-gen — генератор, который создает электричество с помощью натурального белка и влаги из воздуха.

С помощью протеобактерий Geobacter ученые выращивают белок, который может проводить ток. Из него делают пленку толщиной менее 10 микрон — в несколько раз тоньше, чем человеческий волос — и помещают между двумя электродами. Белок забирает влагу из воздуха и за счет тонких пор создает ток между электродами.

Лучшие результаты Air-gen показывает при влажности в 45%, но справляется и в засушливых регионах вроде Сахары. Генератор не зависит от погодных условий и работает даже в помещении.

Как это применять: пока мощности Air-gen хватает только для питания мелкой электроники. В скором времени ученые разработают версию для мобильных телефонов и смарт-часов, чтобы те никогда не разряжались. А если у исследователей получится совместить Air-gen с краской для стен, в домах появится бесконечный источник электроэнергии.

Электричество из дерева

Если сжать древесину, а потом вернуть в исходное состояние, она вырабатывает электрическое напряжение — правда, очень низкое. Ученые из Швейцарии провели несколько экспериментов и в 2021 году сумели превратить древесину в мини-генератор.

Исследователи изменили химический состав древесины. Они поместили ее в смесь перекиси водорода и уксусной кислоты, растворили один из компонентов древесной коры — лигнин — и оставили только целлюлозу. В результате древесина превратилась в «губку», которая после сжатия самостоятельно возвращается в исходную форму. По словам ученых, такая губка генерирует электрическое напряжение в 85 раз выше, чем обычное дерево.

Как это применять: пока исследователи проводят испытания получившегося материала. Они уже выяснили, что энергии 30 деревянных брусков длиной 1,5 см хватит для питания ЖК-дисплея.

Жидкое топливо из солнечной энергии

Сейчас электричество получают с помощью сжигания органического топлива, например угля и природного газа. У этого способа есть две проблемы: органическое топливо вредит экологии и когда-нибудь закончится. Это заставляет ученых искать замену органике.

С 2001 года китайские ученые пытались преобразовать солнечную энергию в жидкое топливо. Спустя 20 лет у них это получилось.

Исследователям удалось получить жидкий продукт с минимумом примесей — содержание метанола в нем достигает 99,5%. Для этого потребовалось три шага:

• превратить свет, полученный с помощью солнечных батарей, в энергию;
• с помощью этого электричества разложить воду на водород и кислород;
• соединить водород и оксид углерода и получить метанол.

Как это применять: в отличие от нефти и угля, это топливо сгорает чисто. Если у Китая получится сделать производство жидкого метанола массовым, углекислого газа в атмосфере станет намного меньше — на долю Китая приходится около 29% мировых выбросов.

Источник