Energetski resursi: alternativni izvori i tehnologije za uštedu energije. probleme i rješenja

Alternativna energija- skup obećavajućih metoda proizvodnje energije, koji nisu toliko rasprostranjeni kao tradicionalni, ali su od interesa zbog isplativosti njihove upotrebe uz mali rizik od nanošenja štete okolišu.

Alternativni izvor energije- metoda, uređaj ili struktura koja omogućava dobivanje električne energije (ili druge potrebne vrste energije) i zamjenjuje tradicionalni izvori energija koja se koristi na naftu, vađeni prirodni gas i ugalj.

Vrste alternativne energije: solarna energija, energija vjetra, energija biomase, energija valova, energija gradijenta temperature, efekat memorije oblika, energija plime i oseke, geotermalna energija.

Solarna energija- pretvaranje solarne energije u električnu pomoću fotoelektričnih i termodinamičkih metoda. Za fotoelektričnu metodu, fotoelektrični pretvarači (PVC) se koriste za direktno pretvaranje energije svjetlosnih kvanta (fotona) u električnu energiju.

Termodinamičke instalacije, koje sunčevu energiju prvo pretvaraju u toplinu, a zatim u mehaničku, a zatim u električnu, sadrže "solarni kotao", turbinu i generator. Međutim sunčevo zračenje, koji pada na Zemlju, ima niz karakterističnih karakteristika: nisku gustinu protoka energije, dnevnu i sezonsku cikličnost, zavisnost od vremenskih uslova. Stoga promjene u termičkim uslovima mogu dovesti do ozbiljnih ograničenja u radu sistema. Takav sistem mora imati uređaj za skladištenje da eliminiše slučajne fluktuacije u radnim uslovima ili da obezbedi neophodne promene u proizvodnji energije tokom vremena. Prilikom projektiranja solarnih elektrana potrebno je pravilno procijeniti meteorološke faktore.

Geotermalna energija- metoda proizvodnje električne energije pretvaranjem unutrašnje toplote Zemlje (energija izvora tople pare-vode) u električnu energiju.

Ovaj način proizvodnje električne energije zasniva se na činjenici da temperatura stijena raste sa dubinom, te na nivou od 2-3 km od površine Zemlje prelazi 100°C. Postoji nekoliko shema za proizvodnju električne energije iz geotermalne elektrane.

Direktna shema: prirodna para se usmjerava kroz cijevi do turbina spojenih na električne generatore. Indirektna shema: para se prvo (prije nego što uđe u turbine) pročišćava od plinova koji uzrokuju uništavanje cijevi. Mješovita shema: Nepročišćena para ulazi u turbine, a zatim se gasovi koji se nisu rastvorili u njoj uklanjaju iz vode koja nastaje kao rezultat kondenzacije.

Cijena “goriva” za takvu elektranu određena je troškovima produktivnih bunara i sistema za sakupljanje pare i relativno je niska. Cijena same elektrane je niska, jer nema ložište, kotlovnicu ili dimnjak.

Nedostaci geotermalnih električnih instalacija uključuju mogućnost lokalnog slijeganja tla i buđenja seizmičke aktivnosti. A plinovi koji izlaze iz zemlje mogu sadržavati otrovne tvari. Osim toga, za izgradnju geotermalne elektrane potrebni su određeni geološki uslovi.

Snaga vjetra je grana energetike specijalizirana za korištenje energije vjetra (kinetička energija vazdušnih masa u atmosferi).

Vjetroelektrana je instalacija koja pretvara kinetičku energiju vjetra u električnu energiju. Sastoji se od vjetroturbine, generatora električne struje, automatskog uređaja za kontrolu rada vjetroturbine i generatora, te konstrukcija za njihovu ugradnju i održavanje.

Za dobivanje energije vjetra koriste se različiti dizajni: „tratinčice“ s više lopatica; propeleri poput propelera aviona; vertikalni rotori itd.

Vjetroelektrane su vrlo jeftine za proizvodnju, ali njihova snaga je mala i njihov rad ovisi o vremenskim prilikama. Osim toga, vrlo su bučni, pa se velike vjetroelektrane čak moraju gasiti noću. Osim toga, vjetroelektrane ometaju zračni promet, pa čak i radio valove. Upotreba vjetroelektrana uzrokuje lokalno slabljenje jačine strujanja zraka, što ometa ventilaciju industrijskih prostora, pa čak i utiče na klimu. Konačno, upotreba vjetroelektrana zahtijeva ogromne površine, mnogo veće nego za druge vrste električnih generatora.

Energija talasa- način dobijanja električna energija pretvaranjem potencijalne energije valova u kinetičku energiju pulsiranja i formiranjem pulsiranja u jednosmjernu silu koja rotira osovinu električnog generatora.

U poređenju sa energijom vetra i sunca, energija talasa ima mnogo veću gustinu snage. Dakle, prosječna snaga valova u morima i okeanima po pravilu prelazi 15 kW/m. Sa visinom talasa od 2 m, snaga dostiže 80 kW/m. Odnosno, pri razvoju površine okeana ne može doći do nedostatka energije. Samo dio valne snage može se pretvoriti u mehaničku i električnu energiju, ali je za vodu koeficijent konverzije veći nego za zrak - do 85 posto.

Energija plime i oseke, kao i druge vrste alternativne energije, je obnovljivi izvor energije.

Ova vrsta elektrane koristi energiju plime i oseke za proizvodnju električne energije. Da biste postavili jednostavnu elektranu za plimovanje (TPP), potreban vam je bazen - pregrađeni zaljev ili ušće rijeke. Brana ima propuste i ugrađene hidraulične turbine koje rotiraju generator.

U vrijeme plime, voda teče u bazen. Kada su vodostaji u bazenu i moru jednaki, kapije propusta se zatvaraju. S početkom oseke, nivo vode u moru opada, a kada pritisak postane dovoljan, turbine i električni generatori koji su povezani na njega počinju raditi, a voda postupno napušta bazen.

Smatra se ekonomski isplativom za izgradnju plimne elektrane u područjima s fluktuacijama razine mora od najmanje 4 m Projektni kapacitet plimne elektrane ovisi o prirodi plime i oseke u području gdje je stanica izgrađena, o zapremini i površini plimnog bazena, te o broju turbina ugrađenih u tijelo brane.

Nedostatak plimnih elektrana je što se grade samo na obalama mora i oceana, štoviše, ne razvijaju mnogo snage, a plime i oseke se javljaju samo dva puta dnevno. Čak ni oni nisu ekološki prihvatljivi. One remete normalnu razmjenu slane i slatke vode, a time i uslove života morske flore i faune. Oni također utiču na klimu, jer mijenjaju energetski potencijal morskih voda, njihovu brzinu i područje kretanja.

Gradijentno-temperaturna energija. Ova metoda proizvodnje energije zasniva se na temperaturnim razlikama. Nije jako rasprostranjena. Uz njegovu pomoć možete proizvesti dovoljno veliki broj energije uz umjerenu cijenu proizvodnje električne energije.

Većina elektrana s gradijentom temperature nalazi se na morskoj obali i za rad koristi morsku vodu. Svjetski okeani apsorbuju skoro 70% sunčeve energije koja pada na Zemlju. Temperaturna razlika između hladnih voda na dubini od nekoliko stotina metara i tople vode na površini okeana nalazi se ogroman izvor energije, procijenjen na 20-40 hiljada TW, od čega se samo 4 TW može praktično iskoristiti.

U isto vrijeme, morske toplinske stanice izgrađene su na temperaturnim razlikama morska voda, doprinose oslobađanju velikih količina ugljičnog dioksida, zagrijavanju i smanjenju pritiska dubokih voda i hlađenju površinskih voda. A ovi procesi ne mogu a da ne utiču na klimu, floru i faunu regiona.

Energija biomase. Kada biomasa (stajnjak, mrtvi organizmi, biljke) truli, oslobađa se biogas sa visokim sadržajem metana koji se koristi za grijanje, proizvodnju električne energije itd.

Postoje preduzeća (svinjaci i štale za krave itd.) koja se snabdijevaju strujom i toplinom zbog činjenice da imaju nekoliko velikih „kaca“ u koje se odlažu velike mase životinjskog gnoja. U ovim zatvorenim rezervoarima stajnjak truli, a oslobođeni gas se koristi za potrebe farme.

Još jedna prednost ove vrste energije je da kao rezultat korištenja mokrog stajnjaka za proizvodnju energije, iz stajnjaka ostaje suhi talog, koji je odlično gnojivo za polja.

Kao biogorivo mogu se koristiti i brzorastuće alge i neke vrste organskog otpada (stabljike kukuruza, trska itd.).

Efekat pamćenja oblika je fizički fenomen koji su prvi otkrili sovjetski naučnici Kurdjumov i Hondros 1949.

Efekt memorije oblika opaža se u posebnim legurama i sastoji se u činjenici da dijelovi izrađeni od njih vraćaju svoj oblik nakon deformacije. početni oblik kada je izložena toploti. Prilikom vraćanja izvornog oblika može se obaviti posao koji znatno premašuje onaj utrošen na deformaciju u hladnom stanju. Dakle, kada se legure vrate u prvobitni oblik, one stvaraju značajnu količinu topline (energije).

Glavni nedostatak efekta obnavljanja oblika je niska efikasnost - samo 5-6 posto.

Materijal je pripremljen na osnovu informacija iz otvorenih izvora

Bez struje, život u svakom domu je gotovo nezamisliv: struja pomaže u kuhanju, grijanju prostorije, pumpanju vode u nju i jednostavnom osvjetljenju. Ali šta učiniti ako tamo gdje živite još nema komunikacija, onda će oni priskočiti u pomoć alternativni izvori struja.

U našem pregledu prikupili smo nekoliko uobičajenih alternativnih izvora električne energije u svakodnevnom životu, koji se široko koriste iu Rusiji iu evropske zemlje i na američkom kontinentu. Na mnogo načina, oni su, naravno, skuplji i teži za rukovanje od centralne električne mreže; međutim, finansijska ulaganja će biti u potpunosti opravdana kvalitetnom i pouzdanom uslugom, kao i stvaranjem povoljnog ekološkog okruženja.

Električni generatori

Najpopularniji alternativni izvor energije u Rusiji, koji je najtraženiji u privatnim seoskim kućama. U zavisnosti od vrste goriva koje se koristi, električni generatori su dizel, benzin i gas.

Dizel generatori imaju mnoge prednosti, uključujući efikasnost, pouzdanost i nizak rizik od požara. Ako redovno koristite dizel generator, mnogo je isplativije od modela koji rade na plin ili benzin. Potrošnja goriva dizel opreme nije velika, cijena dizela se također održava na niskom nivou i neće zahtijevati skupe popravke.

Nedostaci dizel generatora su velika količina plinova koji se oslobađaju tijekom rada, buka i visoka cijena samog uređaja. Cijena "prosječne" opreme sa izlaznom snagom od oko 5 kW u prosjeku je oko 23.000 rubalja; međutim, za jedno radno ljeto potpuno se isplati.

Benzinski generator idealan kao rezervni ili sezonski izvor napajanja. U poređenju s dizel generatorima, benzinski generatori su male veličine, prave malo buke tokom rada i niži su po cijeni - prosječna cijena benzinskog generatora od 5 kW kreće se od 14 do 17 hiljada rubalja. Nedostatak benzinskog generatora je velika potrošnja goriva i visok nivo emitirani ugljični dioksid će zahtijevati da električni generator postavite u posebnu prostoriju.

Gasni generatori- možda najisplativiji modeli za svakodnevnu upotrebu, koji su se sa svih strana pokazali izvrsnim: mogu raditi i na prirodni plin i na tečno gorivo u cilindrima. Nivo buke ovog uređaja je veoma nizak, a izdržljivost najveća; u isto vrijeme, cijene leže u umjerenom rasponu: za "kućni" uređaj snage oko 5 kW morat ćete platiti oko 18 hiljada rubalja.

Život pod suncem

Svake godine sve je popularniji još jedan alternativni izvor električne energije - solarna energija. Može se koristiti ne samo za proizvodnju električne energije, već i za osiguranje autonomnog grijanja. Solarni paneli različitih veličina, koji imaju bateriju i inverter, postavljaju se na krov, a ponekad i na zidove; pre nekog vremena smo pisali o tome inovativna tehnologija– pločice sa ugrađenim fotoćelijama (). Evo prednosti koje solarni paneli pružaju:

• Korištenje obnovljivih izvora energije;
• Apsolutno tih rad;
• Sigurnost životne sredine, odsustvo bilo kakvih emisija u atmosferu;
• Jednostavna montaža, mogućnost samougradnje.

Posebno često možete pronaći solarne panele na evropskom i ruskom jugu, gdje je broj sunčanih dana i zima i ljeto premašuju broj oblačnih. Ali postoje neke nijanse koje također treba imati na umu:

Čak iu najsunčanijim vremenskim uslovima, ukupna snaga svih instaliranih fotoćelija neće preći 5-7 kW na sat. Stoga, ako uzmemo u obzir barem grubu procjenu da je za grijanje kuće potrebna energija po stopi od 1 kW na 10 četvornih metara, dobivamo da samo mala seoska kuća može živjeti na potpuno "solarnom" napajanju; dvospratne kuće i dalje će zahtijevati dodatne izvore energije, posebno ako je i potrošnja vode i svjetla visoka.

Ali čak i ako je kuća mala, tada će se morati dodijeliti najmanje 10 četvornih metara zemljišta za ugradnju opreme, tako da se na standardnih šest stotina četvornih metara s povrtnjakom i vrtom to čini malo vjerojatnim.

I, naravno, postoje sasvim "prirodne" poteškoće - to je ovisnost o dnevnim i sezonskim fluktuacijama sunčevog zračenja: nitko nam ne garantira sunčano vrijeme čak ni ljeti. I još jedna stvar: iako same fotoćelije ne emituju toksične supstance tokom rada, međutim, njihovo odlaganje nije tako jednostavno, potrebno ih je odnijeti na posebna sabirna mjesta - baš kao i rabljene baterije.

Trošak gotove stanice počinje od 100 hiljada rubalja, što također ne odgovara svima. međutim, solarna energija može se koristiti na "jeftiniji" način: instalirajte kolektor na gradilištu za zagrijavanje vode - on će zadržati toplinu u danjučak i po oblačnim i kišnim danima. U principu, dnevna potreba za tople vode razdjelnik grijanja je potpuno zadovoljavajući, a njegova cijena kreće se od 30.000 rubalja. Ali ova vrsta opreme ne proizvodi električnu energiju i može funkcionirati samo u južnim regijama gdje je solarna aktivnost prilično visoka.

Sa povetarcem!

Postavke konverzije energija vetra u struji više nisu fantastična tehnogena budućnost - samo pogledajte polja u Njemačkoj i Holandiji da biste se uvjerili u rasprostranjenost vjetroturbina.

Malo školske fizike: kinetička energija vjetra se pretvara u mehanička energija rotacija turbine, a inverter, zauzvrat, stvara naizmjeničnu struju. Neophodno je zapamtiti ovo: minimalna brzina vjetra pri kojoj će se proizvoditi električna energija iz zamašnjaka je 2 m/s, a optimalna je ako je brzina vjetra u području od 5-8 m/s; Zbog toga su vetrogeneratori posebno popularni u severozapadnim regionima Evrope, gde je prosečna godišnja brzina vetra veoma velika. Po vrsti konstrukcije, vjetrogeneratori se dijele na horizontalne i vertikalne: to ovisi o montaži rotora.

Horizontalni dizajn generatora je dobar visoka stopa Efikasnost, mala količina materijala će se koristiti tokom instalacije. Ali morat ćete se suočiti s nekim poteškoćama: za instalaciju će biti potreban visok jarbol, a sam generator ima složen mehanički dio, a popravak može biti vrlo težak.

Vertikalni generatori mogu raditi u širem rasponu brzina vjetra; ali u isto vrijeme, njihova instalacija je mnogo složenija, a za montažu motora bit će potrebna dodatna fiksacija.

Da bi se izgladila razlika između sezone vjetrova i mira i kako bi kuća neprekidno opskrbljivala električnom strujom, vjetroelektrana je obično opremljena akumulatorskom baterijom. Druga alternativa ugradnji baterije na vjetroelektranu bio bi rezervoar za vodu, koji se koristi i za grijanje i za opskrbu toplom vodom. U ovom slučaju, moći ćete malo uštedjeti na kupovini - međutim, cijena vjetrogeneratora i dalje će ostati visoka: oko 300 hiljada rubalja, bez baterije - oko 250 hiljada.

Još jedna nijansa koju treba uzeti u obzir pri postavljanju vjetroelektrane je potreba za stvaranjem temelja za opremu. Temelj mora biti ojačan s posebnom pažnjom ako u vašem području brzina vjetra povremeno prelazi 10 -15 metara u sekundi. I unutra zimski period Bit će potrebno osigurati da se lopatice vjetroturbine ne zalede, što uvelike smanjuje efikasnost. Osim toga, vibracije i buka od rada vjetroturbine razlog su da je preporučljivo postaviti stanicu najmanje 15 metara od stambene zgrade.

Live benefit

O biogorivima se sada svuda govori kao o „ekološkoj tehnologiji budućnosti“. Mnogo kontroverzi i oprečnih kritika rasplamsalo se oko njega: privlačan je kao gorivo za automobile, jer ima atraktivnu cijenu, ali u isto vrijeme mnogi vozači sumnjaju negativan uticaj biomaterijal za motor i snagu. Ostavimo po strani automobilske probleme: na kraju krajeva, biogorivo se može koristiti ne samo kao gorivo za vozila, već i kao izvor električne struje: može zamijeniti plin, benzin i dizel prilikom dopunjavanja opreme.

Biogorivo se proizvodi preradom biljnih ostataka - stabljike i sjemena. Za proizvodnju biološkog dizela koriste se masti iz sjemena uljarica, a benzin se proizvodi fermentacijom kukuruza, šećerne trske, repe i drugih biljaka. Alge su prepoznate kao najoptimalniji izvor biološke energije, jer su nepretenciozne u uzgoju i lako se pretvaraju u biomasu sa uljnim svojstvima sličnim ulju.

Ovom tehnologijom se proizvodi i biološki gas, koji se sakuplja tokom fermentacije organskog otpada. prehrambena industrija i stočarstvo: 95% se sastoji od metana. Ekološke tehnologije omogućavaju prikupljanje prirodnog gasa na... deponijama! 1 tona beskorisnog smeća proizvodi do 500 kubnih metara korisnog gasa, koji se potom pretvara u celulozni etanol.

Ako govorimo o upotrebu u domaćinstvu biogoriva za proizvodnju električne energije, onda je za tu svrhu potrebno kupiti individualno bioplinsko postrojenje koje će proizvoditi prirodni plin iz otpada. Jasno je da se ova opcija može implementirati samo u seoska kuća, koja ima svoju deponiju biološkog otpada na ulici.

Standardna instalacija će vam dati od 3 do 12 kubnih metara plina dnevno; Dobiveni plin se zatim može koristiti za grijanje kuće i punjenje goriva razne opreme, uključujući i plinski generator, o kojem smo pisali gore. Nažalost, bioplinska postrojenja još nisu svuda dostupna: za jedno ćete morati platiti najmanje 250.000 rubalja.

Ukroti tok

Ako imate vlastitu tekuću vodu (dio potoka ili rijeke), onda dobra odluka bit će izgradnja individualne hidroelektrane. U smislu instalacije, ovaj tip generatora energije je jedan od najsloženijih, ali je njegova efikasnost znatno veća od svih gore opisanih izvora - vjetra, sunca i bioloških. Hidroelektrane mogu biti brane ili bez brane. Druga opcija je češća i pristupačnija - često se može naći sinonimni naziv „protočna stanica“. Na osnovu dizajna, stanice se dijele na nekoliko tipova:

Najoptimalnija i najčešća opcija, koja je prikladna za samostalno izradu, je stanica s propelerom ili kotačem; Na internetu možete pronaći mnoštvo uputa i korisnih savjeta.

Najteže i najnezgodnije rješenje bila bi instalacija vijenca: ima nisku produktivnost, prilično je opasna za ljude okolo, a instalacija stanice zahtijevat će potrošnju velike količine materijala i puno vremena. U tom smislu, rotor Daria je prikladniji, jer se os nalazi okomito i može se postaviti iznad vode. Istovremeno će biti teško montirati takvu stanicu, a rotor se mora ručno odvrnuti prilikom pokretanja.

Ako kupite gotovu mini hidroelektranu, onda će to biti prosječna cijena bit će oko 200 hiljada rubalja; Samostalna montaža komponenti će uštedjeti do 30% troškova, ali će zahtijevati puno vremena i truda. Šta je od ovoga bolje, na vama je da odlučite.

Zbog razvoja proizvodnih tehnologija i značajnog pogoršanja ekološke situacije u mnogim regijama svijeta, čovječanstvo se suočava s problemom pronalaska novih izvora energije. S jedne strane, količina proizvedene energije treba da bude dovoljna za razvoj proizvodnje, nauke i javnog sektora, s druge strane, proizvodnja energije ne bi trebalo da ima negativan uticaj na životnu sredinu.

Ovakva formulacija pitanja dovela je do traženja tzv. alternativnih izvora energije – izvora koji ispunjavaju navedene uslove. Naporima svjetske nauke otkriveno je mnogo takvih izvora, trenutno većina ih je već u manje-više širokoj upotrebi. Predstavljamo Vašoj pažnji kratak pregled njih:

Solarna energija

Solarne elektrane se aktivno koriste u više od 80 zemalja koje pretvaraju sunčevu energiju u električnu energiju. Postoje različiti načini takve transformacije i, shodno tome, razne vrste solarne elektrane. Najčešće stanice su one koje koriste fotoelektrične pretvarače (fotoćelije) kombinovane u solarne panele. Većina najvećih svjetskih fotonaponskih instalacija nalazi se u Sjedinjenim Državama.

Energija vjetra

Vjetroelektrane (vjetroelektrane) imaju široku primjenu u SAD-u, Kini, Indiji, kao iu nekim zapadnoevropskim zemljama (na primjer, u Danskoj, gdje se na ovaj način proizvodi 25% sve električne energije). Energija vjetra je vrlo perspektivan izvor alternativne energije, trenutno mnoge zemlje značajno proširuju upotrebu elektrana ovog tipa.

Biogorivo

Glavne prednosti ovog izvora energije u odnosu na druge vrste goriva su njegova ekološka prihvatljivost i obnovljivost. Ne smatraju se sve vrste biogoriva alternativnim izvorima energije: tradicionalno ogrjevno drvo je također biogorivo, ali nije alternativni izvor energije. Alternativna biogoriva mogu biti čvrsta (treset, otpad od prerade drveta i poljoprivredni otpad), tečna (biodizel i biogorivo ulje, kao i metanol, etanol, butanol) i gasovita (vodonik, metan, biogas).

Energija plime i oseke i talasa

Za razliku od tradicionalne hidroelektrane, koja koristi energiju protoka vode, alternativna hidroenergija još nije postala rasprostranjena. Glavni nedostaci plimnih elektrana su visoka cijena njihove izgradnje i svakodnevne promjene snage, zbog čega je preporučljivo koristiti elektrane ovog tipa samo kao dio elektroenergetskih sistema koji koriste i druge izvore energije. Glavne prednosti su visoka ekološka prihvatljivost i niska cijena proizvodnje energije.

Toplotna energija Zemlje

Za razvoj ovog izvora energije koriste se geotermalne elektrane koje koriste energiju visokotemperaturnih podzemnih voda, kao i vulkana. Trenutno je češća hidrotermalna energija koja koristi energiju toplih podzemnih izvora. Petrotermalna energija, zasnovana na korištenju „suhe“ topline iz unutrašnjosti zemlje, trenutno je slabo razvijena; Glavnim problemom se smatra niska isplativost ovog načina proizvodnje energije.

Atmosferski elektricitet

(Bljeskovi munje na površini Zemlje u većini se javljaju gotovo istovremeno različitim mjestima planete)

Energija grmljavine, zasnovana na hvatanju i akumulaciji energije munje, još je u povojima. Glavni problemi energije grmljavine su pokretljivost frontova grmljavine, kao i brzina atmosferskih električnih pražnjenja (munja), što otežava akumulaciju njihove energije.

Ograničene rezerve fosilnih goriva i globalno zagađenje životne sredine natjerali su čovječanstvo da traži obnovljive alternativne izvore takve energije kako bi šteta od njene prerade bila minimalna uz održavanje prihvatljivih troškova proizvodnje, prerade i transporta energetskih resursa.

Moderne tehnologije omogućavaju korištenje postojećih alternativa energetskih resursa, kako u razmjerima cijele planete tako i unutar elektroenergetske mreže stana ili privatne kuće.

Brzi razvoj života tokom nekoliko milijardi godina jasno dokazuje da je Zemlja snabdjevena izvorima energije. Sunčeva svetlost, podzemna toplota i hemijski potencijal omogućavaju živim organizmima da izvrše višestruku razmenu energije, koja postoji u stvorenom okruženju fizički faktori– temperatura, pritisak, vlažnost, hemijski sastav.

Krug materije i energije u prirodi

Ekonomski kriterijumi za alternativne izvore energije

Od davnina, čovjek je koristio energiju vjetra kao pogonski uređaj za brodove, što je omogućilo razvoj trgovine. Obnovljivo gorivo iz mrtvih biljaka i otpada bilo je izvor topline za kuhanje i proizvodnju prvih metala. Energija razlike vode pokretala je vodeničko kamenje. Hiljadama godina to su bili glavni oblici energije koje danas nazivamo alternativnim izvorima.

Razvojem geologije i tehnologije vađenja tla postalo je ekonomski isplativije vaditi ugljikovodike i sagorijevati ih za proizvodnju energije po potrebi nego doslovno čekati vrijeme uz more, nadajući se uspješnoj podudarnosti struja, smjera vjetra i oblačnost.

Nestabilnost i promjenjivost vremenskih uvjeta, kao i relativna jeftinost motora koji rade na fosilna goriva, natjerali su da se razvije u pravcu korištenja energije iz utrobe zemlje.

Grafikon koji pokazuje omjer potrošnje fosilne i obnovljive energije

Ugljični dioksid, asimiliran i prerađen od živih organizama, počivajući u dubinama milionima godina, ponovo se vraća u atmosferu sagorijevanjem fosilnih ugljovodonika, koji je izvor efekat staklene bašte i globalno zagrevanje. Dobrobit budućih generacija i krhka ravnoteža ekosistema prisiljavaju čovječanstvo da preispita ekonomske pokazatelje i korištenje alternativne energije, jer zdravlje je vrednije od svega.

Svesna upotreba alternativnih izvora energije obnovljivih po prirodi postaje popularna, ali kao i do sada preovladavaju ekonomski prioriteti. Ali u seoskoj kući ili seoskoj kući korištenje alternativnih izvora električne energije i topline može biti jedina isplativa opcija za dobivanje energije ako se ispostavi da je pokretanje, povezivanje i ugradnja vodova za napajanje preskupo.

Omogućavanje kuće udaljene od civilizacije sa minimalno potrebnom količinom električne energije pomoću solarnih panela i vjetrogeneratora

Mogućnosti korištenja alternativnih vrsta energije

Dok naučnici istražuju nove pravce i razvijaju tehnologije hladne fuzije, domaći majstori mogu koristiti sljedeće alternativne izvore energije za dom:

• Sunlight;
• Energija vjetra;
• Biološki gas;
• Temperaturna razlika;

Prema alternativnim tipovima obnovljivih izvora energije, postoje gotova rješenja koja su uspješno uvedena u masovnu proizvodnju. Na primjer, uz isporuku i montažu mogu se kupiti solarni paneli, vjetrogeneratori, bioplinska postrojenja i toplinske pumpe različitih kapaciteta kako biste imali svoje alternativne izvore električne i toplinske energije za privatnu kuću.

Industrijski proizvedeni solarni paneli postavljeni na krov privatne kuće

Svaki pojedinačni slučaj mora imati svoj sopstveni plan obezbeđivanje električnih aparata za domaćinstvo izvorima alternativne električne energije, prema potrebama i mogućnostima. Na primjer, za napajanje laptopa, tableta ili punjenje telefona možete koristiti izvor od 12 V i prijenosne adaptere. Ovaj napon, uz dovoljnu zapreminu baterije, biće dovoljna energija za korišćenje osvetljenja.

Solarni paneli i vjetroturbine moraju puniti baterije zbog varijabilnosti osvjetljenja i jačine energije vjetra. Sa povećanjem snage alternativnih izvora električne energije i zapremine baterija, povećava se i energetska nezavisnost autonomnog napajanja. Ako trebate priključiti električne uređaje koji rade na 220 V na alternativni izvor električne energije, tada koristite pretvarači napona.

Dijagram koji ilustruje snagu kućanskih električnih uređaja iz baterija koje se napajaju vjetrogeneratorom i solarnim panelima

Alternativna solarna energija

Gotovo je nemoguće napraviti fotonaponske ćelije kod kuće, pa dizajneri alternativnih izvora energije koriste gotove komponente, sklapajući generativne strukture, postižući potrebnu snagu. Serijsko povezivanje fotoćelija povećava izlazni napon rezultirajućeg izvora električne energije, a paralelno povezivanje sklopljenih kola daje veću ukupnu struju sklopa.

Šema povezivanja fotoćelija u sklopu

Možete se fokusirati na intenzitet energije sunčevog zračenja - to je otprilike jedan kilovat po kvadratnom metru. Takođe morate uzeti u obzir koeficijent korisna akcija solarne baterije - u ovom trenutku to je otprilike 14%, ali je u toku intenzivan razvoj kako bi se povećala efikasnost solarnih generatora. Izlazna snaga zavisi od intenziteta zračenja i upadnog ugla zraka.

Možete početi s malim - kupiti jedan ili nekoliko malih solarnih panela i imati izvor alternativne struje na svojoj dači u količini potrebnoj za punjenje pametnog telefona ili laptopa kako biste imali pristup globalnom internetu. Mjerenjem struje i napona proučavaju obim potrošnje energije, s obzirom na perspektivu daljeg proširenja korištenja izvora alternativne električne energije.

Postavljanje dodatnih solarnih panela na krov kuće

Mora se imati na umu da je sunčeva svjetlost također izvor toplotnog (infracrvenog) zračenja, koje se može koristiti za zagrijavanje rashladne tekućine bez daljeg pretvaranja energije u električnu energiju. Ovaj alternativni princip se primjenjuje u solarni kolektori, gdje se uz pomoć reflektora koncentrira infracrveno zračenje koje rashladna tekućina prenosi na sistem grijanja.

Solarni kolektor kao dio sistema grijanja doma

Alternativna energija vjetra

Najjednostavniji način za samostvaranje vjetrogenerator je korištenje autogeneratora. Za povećanje brzine i napona izvora alternativne električne energije (efikasnost proizvodnje električne energije) treba koristiti mjenjač ili remen. Objašnjenje svih vrsta tehnoloških nijansi je izvan okvira ovog članka - morate proučiti principe aerodinamike kako biste razumjeli proces pretvaranja brzine protoka zračne mase u alternativni elektricitet.

U početnoj fazi proučavanja izgleda za pretvaranje obnovljivih izvora alternativne energije vjetra u električnu energiju, morate odabrati dizajn vjetroturbine. Najčešći dizajni su propeler sa lopaticom horizontalne ose, Savonius rotor i Darrieus turbina. Propeler sa tri lopatice kao alternativni izvor energije je najčešća opcija DIY.

Vrste Daria turbina

Prilikom projektovanja lopatica propelera velika vrijednost ima ugaonu brzinu rotacije vjetrenjače. Postoji takozvani faktor efikasnosti propelera, koji zavisi od brzine strujanja vazduha, kao i od dužine, poprečnog preseka, broja i napadnog ugla lopatica.

Općenito, ovaj koncept se može shvatiti na sljedeći način: pri slabom vjetru, dužina lopatice s najpovoljnijim napadnim uglom neće biti dovoljna za postizanje maksimalne efikasnosti proizvodnje energije, već uz višestruko povećanje protoka i povećanje ugaone brzine, rubovi lopatica će doživjeti prevelik otpor, što ih može oštetiti.

Složen profil lopatice vjetrenjače

Stoga se dužina lopatica izračunava na osnovu prosječne brzine vjetra, glatko mijenjajući napadni ugao u odnosu na udaljenost od centra propelera. Kako bi se spriječilo lomljenje lopatice tokom uraganskog vjetra, vodovi generatora su kratko spojeni, što sprječava rotaciju propelera. Za grube proračune, jedan kilovat alternativne električne energije može se uzeti iz propelera sa tri lopatice prečnika 3 metra pri prosečnoj brzini vetra od 10 m/s.

Da biste kreirali optimalan profil oštrice, trebat će vam kompjutersko modeliranje i CNC mašina. Kod kuće majstori koriste dostupne materijale i alate, pokušavajući što preciznije rekreirati crteže alternativnih izvora energije vjetra. Materijali koji se koriste su drvo, metal, plastika itd.

Domaći propeler vjetroagregata od drveta i metalne ploče

Snaga automobilskog generatora možda neće biti dovoljna za proizvodnju električne energije, pa majstori izrađuju električne mašine za proizvodnju vlastitim rukama ili prepravljaju električne motore. Najpopularniji dizajn alternativnog izvora električne energije je rotor s naizmjenično postavljenim neodimijskim magnetima i stator s namotima.

Domaći rotori generatora
Stator sa namotajima za domaći generator

Alternativni energetski biogas

Biološki gas kao energent dobija se uglavnom na dva načina: piroliza i anaerobna (bez kiseonika) razgradnja organskih materija. Piroliza zahtijeva ograničenu količinu kisika potrebnog za održavanje temperature reakcije, dok se oslobađaju zapaljivi plinovi: metan, vodonik, ugljični monoksid i druga jedinjenja: ugljični dioksid, octena kiselina, voda, ostaci pepela. Gorivo sa visokim sadržajem katrana je najpogodnije kao izvor za pirolizu. Video ispod prikazuje vizualnu demonstraciju oslobađanja zapaljivih plinova iz drva prilikom zagrijavanja.

Za sintetizaciju bioplina iz otpadnih produkata organizama koriste se rezervoari za metan različitih dizajna. Instalacija spremnika za metan kod kuće vlastitim rukama ima smisla ako domaćinstvo ima kokošinjac, svinjac i stoku. Glavni izlazni gas je metan, ali velike količine sumporovodika i drugih organskih jedinjenja zahtevaju upotrebu sistema za prečišćavanje za uklanjanje mirisa i sprečavanje začepljenja gorionika u termalnim generatorima ili kontaminacije vodova za gorivo motora.

Potrebno je temeljno proučavanje energije hemijski procesi, tehnologije sa postepenim sticanjem iskustva, prolazeći kroz pokušaje i greške kako bi se na izlazu izvora dobio zapaljivi biološki gas prihvatljivog kvaliteta.

Bez obzira na porijeklo, nakon pročišćavanja, mješavina plinova se dovodi do generatora topline (kotla, pećnice, gorionika peći) ili do karburatora benzinskog generatora - na taj način se vlastitim rukama dobiva punopravna alternativna energija . Uz dovoljnu snagu plinskih generatora, moguće je ne samo osigurati dom alternativnom energijom, već i osigurati rad male proizvodnje, kao što je prikazano u videu:

Termalni motori za uštedu i dobijanje alternativne energije

Toplotne pumpeširoko se koristi u frižiderima i klima uređajima. Uočeno je da je za kretanje toplote potrebno nekoliko puta manje energije nego za njeno stvaranje. Stoga, hladna voda iz bunara ima termalni potencijal u odnosu na mrazno vrijeme. Snižavanjem temperature tekuće vode iz bunara ili iz dubine nezamrznutog jezera, toplotne pumpe izvlače toplotu i prenose je u sistem grejanja, čime se postižu značajne uštede energije.

Ušteda energije sa toplotnom pumpom

Druga vrsta toplotnog motora je Stirlingov motor, koji se pokreće energijom temperaturnih razlika u zatvorenom sistemu cilindara i klipova postavljenih na radilicu pod uglom od 90º. Rotacija radilice može se koristiti za proizvodnju električne energije. Mreža sadrži mnogo materijala iz pouzdanih izvora koji detaljno objašnjavaju princip rada Stirling motora, pa čak i daje primjere domaćih dizajna, kao u videu ispod:

Nažalost, kućni uslovi ne dozvoljavaju stvaranje Stirlingovog motora sa parametrima izlazne energije višim od onih kod kojih smiješna igračka ili demonstracioni štand. Da bi se postigla prihvatljiva snaga i efikasnost, potrebno je da radni gas (vodonik ili helijum) bude pod visokim pritiskom (200 atmosfera ili više). Slični termalni motori se već koriste u solarnim i geotermalnim elektranama i počinju se uvoditi u privatni sektor.

Stirlingov motor u fokusu paraboličnog ogledala

Da biste dobili najstabilniju i neovisnu električnu energiju u seoskoj kući ili u privatnoj kući, morat ćete kombinirati nekoliko alternativnih izvora energije.

Inovativne ideje za stvaranje alternativnih izvora energije

Nijedan stručnjak neće moći u potpunosti i u potpunosti pokriti čitav niz mogućnosti obnovljive alternativne energije. Alternativni izvori energije dostupni su bukvalno u svakoj živoj ćeliji. Na primjer, alge klorele su dugo bile poznate kao izvor proteina u hrani za ribe.

Izvode se eksperimenti na uzgoju hlorele u nultom gravitacionom stanju, kako bi se u budućnosti koristila kao hrana za astronaute tokom svemirskih letova na velike udaljenosti. Energetski potencijal algi i drugih jednostavnih organizama se proučava za sintezu zapaljivih ugljikovodika.

Skladištenje sunčeva svetlost u živim ćelijama klorele koje se uzgajaju u industrijskim postrojenjima

Mora se imati na umu da bolji pretvarač i baterija za sunčevu energiju od fluoroplastike žive ćelije još nije izmišljen. Stoga su potencijalni obnovljivi izvori alternativne električne energije dostupni u svakom zelenom listu koji provodi fotosinteza.

Glavna poteškoća je sakupljanje organskog materijala, korištenje kemijskih i fizičkih procesa za izvlačenje energije iz njega i pretvaranje u električnu energiju. Već sada su velike površine poljoprivrednog zemljišta dodijeljene za uzgoj alternativnih energetskih usjeva.

Berba miskantusa - energetske agrotehničke kulture

Još jedan kolosalan izvor alternativne energije može biti atmosferski elektricitet. Energija groma je ogromna i ima destruktivne efekte, a za zaštitu od nje se koriste gromobrani.

alt Poteškoće sa obuzdavanjem energetski potencijal munje i atmosferski elektricitet sastoje se od visokog napona i struje pražnjenja u vrlo kratkom vremenu, što zahtijeva stvaranje višestepenih sistema kondenzatora za skladištenje naboja i zatim korištenje uskladištene energije. Statički atmosferski elektricitet također ima dobre izglede.

"Sunčani prozori" Sunce je očigledan i pouzdan izvor energije, ali solarni paneli zahtijevaju izuzetno skupe materijale. Tehnologija SolarWindow koristi prozirno plastično staklo koje služi i kao solarni paneli. Mogu se ugraditi kao obični prozori, a proizvodna cijena je sasvim prihvatljiva.

Plima i oseka. Tek nedavno smo počeli da posmatramo plimu kao izvor energije. Najperspektivniji generator talasa, Oyster, razvijen je tek 2009. godine. Ime se prevodi kao "ostriga", jer upravo na to podsjeća po izgledu. Dvije instalacije pokrenute u Škotskoj dovoljne su za opskrbu energijom 80 domova.

Mikrovalni generator je ambiciozan projekt britanskog inženjera Roberta Scheuera, koji predlaže potpuno napuštanje uobičajenog goriva za svemirske letjelice. Rezonirajući mikrotalasi bi hipotetički trebali stvoriti snažan mlazni potisak, dok bi istovremeno pobijali Njutnov treći zakon. Još uvijek nije jasno da li sistem radi ili je nadriliječnički.

Virusi. Naučnici iz Nacionalne laboratorije po imenu. Lawrence Berkeley je prije nekoliko godina otkrio virus sposoban da stvara električnu energiju deformacijom modificiranih materijala. Takva svojstva su pokazali bezopasni virusi bakteriofaga M13. Sada se ova tehnologija koristi za punjenje ekrana laptopa i pametnih telefona.

Jedan od najpoznatijih i najrasprostranjenijih alternativnih izvora energije je geotermalna energija. Uzima se iz topline same Zemlje i stoga ne rasipa njene resurse. Jedna termoelektrana, koja "sjedi" na vulkanu, opskrbljuje strujom oko 11.500 stambenih zgrada.

Postoji još jedan solarna baterija novi tip, međutim, koji se ne fokusira na jeftinoću, već na efikasnost. Betaray je sfera ispunjena posebnom tečnošću, prekrivena pločama za hvatanje toplote. Uređaj proizvodi četiri puta više energije od konvencionalnih solarnih panela.

Biogorivo je vrlo perspektivan izvor energije, koji se bukvalno uzgaja na poljima. Izvlači se iz biljna ulja- na primjer, soja ili kukuruz. Ali najviše obećavaju... alge, koje daju stostruko više resursa nego kopnene biljke. Čak se i njihov otpad može koristiti kao đubrivo.

Radioaktivni torij je veoma sličan uranijumu, ali daje 90 puta više energije! Istina, naučnici moraju naporno da rade na tome, a torijum generalno igra sporednu ulogu u nuklearnim reaktorima. Njegove rezerve u zemljinoj kori premašuju rezerve uranijuma 3-4 puta, tako da torijum potencijalno može da obezbedi energiju čovečanstvu stotinama godina.

Turbina na naduvavanje je u suštini sledeći nivo razvoja u vetroelektranama. Turbina punjena helijumom uzdiže se do visine do 600 metara, gdje vjetar duva stalno i ogromnom snagom. Pored isplativosti energije, uređaj je vrlo otporan na vremenske uvjete i jeftin.

Međunarodni eksperimentalni termonuklearni reaktor. Unatoč svim opasnostima vezanim za nuklearne elektrane, one su i dalje najmoćniji izvori energije koje je čovjek izmislio. ITER je međunarodni termonuklearni reaktorski projekat u kojem učestvuju zemlje EU, Rusija, SAD, Kina, Koreja, Japan i Kazahstan. Završetak izgradnje reaktora predviđen je za 2020. godinu.

Osnovni izvori energije, kao što su ugalj ili nafta, obično nestaju i također zagađuju okruženje. Oni su u suprotnosti s obnovljivim izvorima kao što su geotermalna energija ili sunčevo zračenje. Pogledajmo deset alternativnih izvora energije koji su se već dokazali na djelu.