Что такое альтернативные источники энергии, и как их можно использовать в личных целях

В современном быстро развивающемся мире борьба за энергетические ресурсы между развитыми странами является приоритетом внешней политики многих государств, потому быть энергетически независимым − это значит, быть свободным в экономическом и политическом плане. Кроме этого, едва ли не на первом месте у технически развитых стран, стоит вопрос об экологической безопасности нашей планеты, о чём свидетельствует Парижское соглашение о климате от 2015 года и ещё целый ряд международных документов. В контексте этих решений, а также в связи с уменьшением запасов традиционных источников энергии (газ, нефть, уголь и прочие) многие государства начинают всё более активно развивать альтернативные, возобновляемые источники энергии. Что такое альтернативные источники энергии, их виды и способы использования, можно ли сделать своими руками – это тема сегодняшнего обзора.

Альтернативные источники энергии – что это такое         

Если сформулировать кратко, то альтернативными источниками энергии являются возобновляемые, экологические ресурсы, при преобразовании которых получается электрическая и тепловая энергия, используемая человеком для собственных нужд. Нетрадиционные источники получения электроэнергии − солнце и вода, ветер и геотермальные воды, тепла – земля и солнце.

Виды альтернативных источников энергии                                     

Развитие зелёной энергетики обусловлено развитием технологий, позволивших с большей эффективностью использовать возобновляемые источники энергии, о которых следует поговорить отдельно.

Солнечная энергия

Солнце – это неисчерпаемый источник энергии, который может обеспечить теплом и электричеством всех жителей нашей планеты, однако, для преобразования этой энергии необходимо наличие специальных технических устройств.

• Электрическая энергия.

Для получения электричества необходима электростанция, основным элементом которой является солнечная батарея (панель). Принцип работы такого устройства (панели) основан на преобразовании солнечного излучения в электрическую энергию, которое происходит при попадании света на фотоэлементы, из которых она и состоит. Электрический ток образуется за счёт создания разности потенциалов внутри фотоэлемента и обусловлен физическими процессами, связанными с «p-n» проводимостью кремний содержащих материалов. Принцип работы солнечной батареи приведён на следующем рисунке.

Для работы подобной электростанции, кроме солнечной панели, потребуется ещё ряд технических устройств:

• контроллер – обеспечивает работу электростанции в автоматическом режиме, обеспечивая заряд аккумуляторных батарей;
• аккумуляторная батарея – является накопителем энергии, выработанной солнечной панелью;
• инвертор – преобразует постоянное напряжение в переменное, используемое для подключения бытовых приборов;
• соединительные провода, а также приборы защиты и автоматики.

• Тепловая энергия.

Для получения тепловой энергии, которую можно использовать для отопления и горячего водоснабжения, необходимо наличие технических устройств, называемых солнечными коллекторами.

Подобные агрегаты бывают двух типов: плоские и вакуумные. Различаются по конструкции, но по принципу работы схожи между собой. Функция подобных устройств заключается в поглощении энергии солнца и преобразовании её в тепловую энергию, которая, в свою очередь, передаётся теплоносителю в контуре отопления или воде, идущей для горячего водоснабжения потребителей. Для работы данной системы потребуется также циркуляционный насос и бак-накопитель (бойлер), запорная и регулировочная арматура, а также системы автоматики и контроля.

Энергия ветра

Ветер также может служить источником получения электрической энергии, а так как он дует практически всегда и везде, что обусловлено «дыханием» нашей планеты, то и запасы его неисчерпаемы.

 

Сложности получения электрической энергии из кинетической энергии ветра заключаются в его непостоянстве, разнонаправленности и различной величине силы воздушных потоков. Для получения электричества при помощи энергии ветра необходимо наличие ветрогенератора (ветровой энергетической установки).

Ветрогенраторы бывают различных типов:

• с вертикальной осью вращения – роторные, лопастные и ортогональные;
• с горизонтальной осью вращения – крыльчатые, турбинные и барабанные.

Разные модели отличаются по скорости вращения лопастей (тихоходные и скоростные) и барабанов, высоте установки и техническим характеристикам. Для работы ветровой установки в системе электроснабжения необходим комплект оборудования, аналогичный тому, что используется с солнечными батареями (контроллер, инвертор).

Статья по теме:

Как сделать ветрогенератор на 220В своими руками. В публикации мы рассмотрим принцип работы и виды ветряков, особенности сборки устройства из стиральной машины и автомобильного генератора, полезные советы и рекомендации специалистов.

Энергия воды

На планете Земля вода занимает большую часть её поверхности − это моря и океаны, озёра и реки, искусственные водохранилища и прочие водоёмы.

Энергию воды человек научился использовать уже давно, и изначально это была механическая, получаемая в результате движения водной среды. Её потоки приводили во вращение жернова мельницы или иного механического устройства, а человек только регулировал скорость их вращения. В дальнейшем данный вид энергии люди стали использовать для генерации электрической энергии, как на реках с быстрым течением, так и в морях – за счёт приливов и отливов, «функционирующих» с постоянной точностью. Для выработки электрической энергии используются специальные турбины, помещаемые в водную среду, вал которых соединён с генератором, вырабатывающим электрический ток. Потоки воды, направленные на лопасти турбины, вращают её, и это движение передаётся генератору, и, как следствие, вырабатывается электрический ток.

В приливных станциях работа осуществляется аналогично, с той лишь разницей, что потоки воды движутся разнонаправленно, что вызвано цикличностью периодов «прилив−отлив».

Энергия земли

Энергия нашей планеты также используется человеком для своих нужд, с её помощью можно обогреть дом или подогреть воду, а также осуществить производство электрической энергии.

• Геотермальная энергетика.

В отдельных регионах нашей планеты внутреннее тепло просто вырывается наружу, что выражается в сейсмической активности, извержениях вулканов и наличии гейзеров. В таких местах вопросы отопления и горячего водоснабжения решаются достаточно просто и не требуют особого описания, а про генерацию электричества подобным образом знают не все.

Для получения электрической энергии сооружается геотермальная электрическая станция, в которой источником энергии служит паровая турбина, приводимая во вращение паром, получаемым или преобразуемым за счёт тепловой энергии земли.

Виды и способы преобразования пара могут быть различными, что обусловлено глубиной залегания геотермальных вод и их химическими характеристиками, а также тепловыми показателями.

• Тепловой насос.

Тепловой насос − это техническое устройство, позволяющее использовать тепло различных естественных источников для отопления и горячего водоснабжения.

Существует несколько типов таких агрегатов, различающихся по первичному источнику энергии и способу её передачи потребителю: «воздух−вода» и «воздух–воздух», «вода–вода» и «вода–воздух», а также «земля–вода».

Работа теплового насоса «вода–вода», приведённого на рисунке, осуществляется следующим образом:

• в скважину, расположенную рядом с загородным домом, помещается наружный контур, в котором циркулирует теплоноситель;
• в здании помещается тепловой насос, к которому подключается наружный контур;
• при прохождении через насос теплоноситель наружного контура отдаёт своё тепло хладагенту, циркулирующему во внутреннем контуре теплового насоса, при этом хладагент испаряется;
• внутренний контур здания также подключается к тепловому насосу, и по нему тоже циркулирует теплоноситель;
• хладагент, циркулируя по тепловому насосу, попадает на испаритель, где и происходит его испарение, при этом тепловая энергия, выделяющаяся в этот момент, передаётся теплоносителю контура отопления или ГВС здания.

Статья по теме:

Тепловой насос для отопления дома даёт возможность экологично, безопасно и бесплатно согреть батареи. Принцип его работы и устройство, критерии выбора, обзор производителей и моделей — читайте в публикации.

Биотопливо                                                 

Всем известным видом биотоплива являются дрова, но в силу того, что леса есть не во всех регионах, да и использовать их надо очень осторожно, то их в чистом виде не стоит рассматривать как альтернативное и легко восстанавливаемое топливо.

К альтернативным и возобновляемым видам источников энергии относятся следующие виды биотоплива:

• твёрдое – топливные брикеты и гранулы (пеллеты), изготавливаемые из опилок и отходов деревообрабатывающих производств, торф;
• жидкое – биоэтанол и биобутанол, биометанол и биодизель;
• газообразное – биогаз и биоводород.

Топливные брикеты и пеллеты изготавливаются на специальном оборудовании, а для их сжигания используются твердотопливные котлы, оборудованные специальными колосниковыми решётками, обеспечивающими их горение.

Жидкое топливо получают на специальных предприятиях путём переработки исходного растительного сырья. Биогаз также производится с помощью переработки органических отходов и может быть использован для производства электрической и тепловой энергии. Для этого полученный газ сжигается, а полученное тепло расходуется на теплоснабжение и ГВС, а также на получение пара, обеспечивающего работу специальной турбины, вырабатывающей электрический ток.

Альтернативные источники энергии для частного дома  

Практически все выше перечисленные источники альтернативной энергии могут быть использованы для частного дома или иного сооружения, исключением может быть только производство жидкого биотоплива, что обусловлено высокой стоимостью оборудования, необходимого для его производства. Установки альтернативных источников энергии, используемые для личного потребления, могут выглядеть по-разному, ниже приведены примеры уже реализованных проектов возобновляемых энергетических установок:

• Солнечная энергетика.

Солнечные электростанции выпускаются в нашей стране и многих технически развитых странах мира. Разные модели отличаются по техническим характеристикам, срокам эксплуатации и стоимости, в связи с чем, всегда есть возможность выбрать станцию в соответствии с необходимостью и финансовыми возможностями. Вот некоторые варианты, успешно реализованные на отечественном рынке.

Отзыв о модели солнечной электростанции «Аbi-solar» мощностью 7,5кВт:

Солнечные коллекторы также используются в нашей стране для отопления и горячего водоснабжения домов, но это направление наиболее развито в южных регионах, где климат позволяет пользоваться подобными установками практически круглый год.

Вот некоторые варианты такого применения.

Отзыв о гелиосистеме «Атмосфера», созданной на базе коллектора «СВК-Nano-30»:

• Ветровые установки.

Ветрогенераторы менее распространены среди рядовых потребителей, чем солнечные электростанции, причиной тому является малая ветровая нагрузка в наиболее заселённых регионах нашей страны. Тем не менее, в сети Интернет можно найти фотографии и отзывы об успешном использовании подобных установок.

Отзыв об использовании ветровой электростанции:

• Тепловой насос.

С данным видом оборудования мало кто знаком, но постепенно, в связи со снижением стоимости тепловых насосов, они потихоньку завоёвывают рынок альтернативных источников энергии. Вот некоторые успешно реализованные проекты.

• Получение биогаза.

Получением биогаза можно заняться, имея загородный дом, но при этом следует помнить о соблюдении температурного режима при его производстве и неприятном запахе, образующемся при брожении биомассы. Подобные установки могут себе позволить жители южных регионов, занимающиеся сельским хозяйством, т.к. именно отходы сельскохозяйственных культур служат сырьём при производстве данного вида альтернативного топлива.

Есть ли будущее у альтернативных источников энергии  

Есть ли будущее у альтернативных источников энергии − это вопрос, интересующий многих энергетиков, экологов и просто активных граждан нашей страны, и ответ однозначный – ДА, будущее есть. В нашей стране в 2009 году была принята и успешно реализуется программа развития альтернативной энергетики в России, сформулированная как «Основные направления государственной политики в сфере повышения энергетической эффективности электроэнергетики на основе использования возобновляемых источников энергии на период до 2020 года». Кроме этого, государство оказывает помощь предприятиям при реализации программы Международной финансовой корпорации (IFC) по развитию возобновляемых источников энергии. Создаются на законодательном уровне экономические рычаги, способствующие распространению «зелёной» энергетики, выражающиеся в установлении льготных тарифов и финансовой помощи при строительстве, налоговых льготах и компенсации части кредитных затрат на строительство.

Одним из примеров такой помощи является внедрение так называемого «зелёного тарифа» на электрическую энергию. Суть его заключается в том, что значения данного тарифа выше, чем у электроснабжающих организаций, таким образом, государство стимулирует развитие альтернативной энергетики на конкретной территории. Тариф позволяет индивидуальным пользователям и предприятиям, имеющим альтернативные энергетические установки, частично компенсировать затраты на их приобретение и монтаж путём реализации излишков выработанной электрической энергии во внешнюю сеть по более высоким ценам. В настоящее время правительством России утверждены Правила такой реализации и подготовлены проекты Постановлений, определяющих условия предоставления «зелёного тарифа». Закон, в соответствии с которым, будет осуществляться подобная деятельность, находится в разработке в Минэнерго, Минэкономразвития и ФАС и должен быть представлен для рассмотрения в Государственную Думу в 2018 году.

Альтернативная энергетика для дома своими руками

При наличии свободного времени, желания, а также умения работать ручным инструментом, можно создать установки, с помощью которых использовать альтернативные источники для своих нужд как в виде электрической, так и тепловой энергии.

Это касается всех выше перечисленных видов альтернативной энергетики:

• солнечная генерация – можно самостоятельно изготовить солнечные батареи, при этом используя фотоэлементы заводского производства, собрать контроллер и инвертор, а также изготовить солнечный коллектор;
• ветровые установки – электронные устройства (контроллер, инвертор) собираются аналогично, как и для солнечных станций, из запасных частей заводского производства, а ветрогенератор достаточно легко изготавливается из подручных материалов и запасных частей от автомототехники;
• микро-ГЭС – также можно изготовить из авто-, мотозапчастейи имеющихся материалов, единственным условием успешного строительства будет наличие водоёма, куда следует поместить турбину;
• биогазовая установка – способен собрать любой сельский житель, условиями для этого будут – наличие необходимого количества биомассы и температура окружающего воздуха, позволяющая происходить процессу её брожения.

Видео: альтернативная энергия для частного дома

Как вам статья?