Перспективные способы получения энергии

Альтернативная энергетика: за чем будущее?

Сегодня весь мир обеспечен электроэнергией благодаря сжиганию угля и газа (ископаемое топливо), эксплуатации водного потока и управлению ядерной реакцией. Эти подходы достаточно эффективны, но в будущем нам придётся от них отказаться, обратившись к такому направлению, как альтернативная энергетика.

Во многом эта необходимость обусловлена тем, что ископаемое топливо ограничено. Кроме того традиционные способы добычи электроэнергии являются одним из факторов загрязнения окружающей среды. Поэтому мир нуждается в «здоровой» альтернативе.

Предлагаем свою версию ТОПа нетрадиционных способов получения энергии, которые в будущем могут стать заменой привычным электростанциям.

7 место. Распределённая энергетика

Перед тем как рассматривать альтернативные источники энергетики, разберём одну интересную концепцию, которая в перспективе способна изменить структуру энергетической системы.

Сегодня электроэнергия производится на больших станциях, передаётся на распределительные сети и поступает в наши дома. Распределённый подход подразумевает постепенный отказ от централизованного производства электричества. Добиться этого можно посредством строительства небольших источников энергии в непосредственной близости к потребителю или группе потребителей.

В качестве источников энергии могут использоваться:

• микротурбинные электростанции;
• газотурбинные электростанции;
• паровые котлы;
• солнечные батареи;
• ветряки;
• тепловые насосы и пр.

Такие миниэлектростанции для дома будут подключены к общей сети. Туда будут поступать излишки энергии, а при необходимости электросеть сможет компенсировать недостаток питания, например, когда солнечные панели работают хуже из-за облачной погоды.

Однако реализация этой концепции сегодня и в ближайшем будущем маловероятна, если говорить о глобальных масштабах. Связанно это в первую очередь с большой дороговизной перехода от централизованной энергетики к распределённой.

6 место. Грозовая энергетика

Зачем генерировать электричество, когда его можно просто «ловить» из воздуха? В среднем один разряд молнии – это 5 млрд Дж энергии, что эквивалентно сжиганию 145 л бензина. Теоретически грозовые электростанции позволят снизить стоимость электроэнергии в разы.

Выглядеть всё будет так: станции размещаются в регионах с повышенной грозовой активностью, «собирают» разряды и накапливают энергию. После этого энергия подаётся в сеть. Ловить молнии можно с помощью гигантских громоотводов, но остается главная проблема – за доли секунды накопить как можно больше энергии молнии. На современном этапе не обойтись без суперконденсаторов и преобразователей напряжения, но в будущем возможно появление более деликатного подхода.

Если говорить об электричестве «из воздуха», нельзя ни вспомнить о приверженцах образования свободной энергии. Например, Никола Тесла в своё время якобы продемонстрировал устройство для получения электрического тока из эфира для работы автомобиля.

5 место. Сжигание возобновляемого топлива

Вместо угля на электростанциях можно сжигать так называемое «биотопливо». Таковым является переработанное растительное и животное сырьё, продукты жизнедеятельности организмов и некоторые промышленные отходы органического происхождения. В качестве примера можно привести обычные дрова, щепу и биодизель, который встречается на заправках.

В энергетической сфере чаще всего применяется древесная щепа. Она собирается при лесозаготовке или на деревообрабатывающем производстве. После измельчения она прессуется в топливные гранулы и в таком виде отправляется на ТЭС.

К 2019 году в Бельгии должно завершиться строительство крупнейшей электростанции, которая будет работать на биотопливе. Согласно прогнозам, она должна будет производить 215 МВт электроэнергии. Этого хватит на 450 000 домов.

Интересный факт! Многие страны практикуют выращивание так называемого «энергетического леса» – деревья и кустарники, наилучшим образом подходящие для энергетических нужд.

Будет ли альтернативная энергетика развиваться в направлении биотоплива пока маловероятно, ведь есть более перспективные решения.

4 место. Приливные и волновые электростанции

Традиционные гидроэлектростанции работают по следующему принципу:

1. Напор воды поступает на турбины.
2. Турбины начинают вращаться.
3. Вращение передаётся на генераторы, которые вырабатывают электроэнергию.

Строительство ГЭС обходится дороже ТЭС и возможно только в местах с большими запасами энергии воды. Но самая главная проблема – это нанесение вреда экосистемам из-за необходимости строительства плотин.

Приливные электростанции работают по схожему принципу, но используют для выработки энергии силу приливов и отливов.

«Водные» виды альтернативной энергетики включают такое интересное направление, как волновая энергетика. Её суть сводится к генерации электричества посредством использования энергии волн океана, которая гораздо выше приливной. Самой мощной волновой электростанцией на сегодня является Pelamis P-750, которая вырабатывает 2,25 МВт электрической энергии.

Раскачиваясь на волнах, эти огромные конвекторы («змеи») изгибаются, вследствие чего внутри приходят в движение гидравлические поршни. Они прокачивают масло через гидравлические двигатели, которые в свою очередь вращают электрогенераторы. Полученное электричество доставляется на берег через кабель, который проложен по дну. В перспективе количество конвекторов будет многократно увеличено и станция сможет вырабатывать до 21 МВт.

3 место. Геотермальные станции

Альтернативная энергетика неплохо развита и в геотермальном направлении. Геотермальные станции вырабатывают электричество, фактически преобразуя энергию земли, а точнее — тепловую энергию подземных источников.

Существует несколько типов таких электростанций, но во всех случаях они основываются на одинаковом принципе работы: пар из подземного источника поднимается по скважине и вращает турбину, подключенную к электрогенератору. Сегодня распространена практика, когда в подземный резервуар на большую глубину закачивается вода, там она под воздействием высоких температур испаряется и в виде пара под давлением поступает на турбины.

Лучше всего для целей геотермальной энергетики подходят районы с большим количеством гейзеров и открытых термальных источников, которые разогреваются вследствие вулканической активности.

Так, в Калифорнии работает целый геотермальный комплекс под названием «Гейзеры». Он объединяет 22 станции, вырабатывающие 955 МВт. Источник энергии в данном случае – очаг магмы диаметром 13 км на глубине 6,4 км.

2 место. Ветряные электростанции

Энергия ветра – один из самых популярных и перспективных источников для получения электричества.

Принцип работы ветрогенератора прост:

• под воздействием силы ветра вращаются лопасти;
• вращение передаётся на генератор;
• генератор вырабатывает переменный ток;
• полученная энергия обычно накапливается в аккумуляторах.

Мощность ветрогенератора зависит от размаха лопастей и его высоты. Поэтому их устанавливают на открытых территориях, полях, возвышенностях и в прибрежной зоне. Эффективнее всего работают установки с 3 лопастями и вертикальной осью вращения.

Интересный факт! На самом деле энергия ветра является разновидностью солнечной энергии. Объясняется это тем, что ветры возникают из-за неравномерного прогрева солнечными лучами земной атмосферы и поверхности.

Чтобы сделать ветряк, не нужны глубокие познания в инженерии. Так, многие умельцы смогли себе позволить отключиться от общей электросети и перейти на альтернативную энергетику.

Для производства электричества в промышленных масштабах используются ветровые электростанции, состоящие из множества ветряков. Крупнейшей является электростанция «Альта», расположенная в Калифорнии. Её мощность – 1550 МВт.

1 место. Солнечные электростанции (СЭС)

Наибольшие перспективы имеет солнечная энергетика. Технология преобразования солнечного излучения с помощью фотоэлементов развивается из года в год, становясь всё эффективнее.

Гелиотермальные электростанции также зарекомендовали себя неплохо. Их работа основана на использовании солнечного тепла для нагрева воды и получения пара, который раскручивает электротурбину.

В России солнечная энергетика развита относительно слабо. Однако некоторые регионы показывают отличные результаты в этой отрасли. Взять хотя бы Крым, где функционирует несколько мощных солнечных электростанций.

В будущем возможно может развиваться космическая энергетика. В этом случае СЭС будут строиться не на поверхности земли, а на орбите нашей планеты. Самое главное преимущество такого подхода – фотоэлектрические панели смогут получать гораздо больше солнечного света, т.к. этому не будет препятствовать атмосфера, погода и времена года.

Заключение

Альтернативная энергетика имеет несколько перспективных направлений. Её постепенное развитие рано или поздно приведёт к замещению традиционных способов получения электричества. И совершенно необязательно, что во всём мире будет использоваться только одна из перечисленных технологий. Подробнее об этом смотрите в ролике ниже.

Источник

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