Исчерпание полезных ископаемых и высокий уровень воздействия на окружающую среду традиционной энергетики вызвал во всем мире поиск и использование нетрадиционных альтернативных источников энергии.
К альтернативным источникам энергии относятся возобновляемые источники – энергия солнца, ветра, геотермальная, океаническая, энергия биомассы, термоядерная энергия и другие источники.
Энергия солнца. Это практически неисчерпаемый источник энергии. Использование лишь 1% солнечной энергии могло бы обеспечить все сегодняшние потребности мировой энергетики. Главное – ее использовать так, чтобы ее стоимость была минимальной. По мере совершенствования технологий и удорожания традиционных энергоресурсов, эта энергия будет находить все большее применение.
Солнечную энергию можно использовать в двух направлениях:
· прямое использование для отопления, горячего водоснабжения;
· преобразование ее в электрическую.
Использование солнечного тепла наиболее простой и дешевый способ. Наиболее распространенный способ улавливания солнечной энергии с помощью различного типа коллекторов. Целенаправленное использование энергии солнца пока невелико, но все время интенсивно увеличивается.
Преобразование солнечной энергии в электрическую осуществляется с помощью фотоэлектрических преобразователей (солнечных батарей) или путем нагревания воды до кипения с получением пара, приводящего в действие турбогенераторы.
Основные трудности применения фото преобразователей связаны с высокой металлоемкостью, их дороговизной, а также необходимостью отведения для их размещения больших территорий. В настоящее время проводят исследования по замене металлических фотопреобразователей на эластичные синтетические с использованием крыш и стен домов для размещения батарей.
Солнечная энергия используется в автомобильном, морском, авиационном транспорте, на космических станциях и спутниках.
Использование энергии солнца имеет большое будущее, но пока оно должно развиваться, совершенствоваться и снижать себестоимость энергии. Предполагается, что к середине XXІ века доля солнечной энергии в общем объеме вырабатываемой энергии составит от 10 до 20%.
Энергия ветра. Использование ветровой энергии известно с древности, а в последнее время интерес к ней значительно возрос. Так, в США используется несколько десятков тысяч ветровых агрегатов. Существенными установленными мощностями располагают Великобритания, Германия, Дания, Нидерланды, Швеция и другие страны.
К настоящему времени испытаны ветродвигатели различной мощности. Более экономичными являются комплексы из небольших ветровых установок, объединенных в одну систему.
Основные факторы воздействия на окружающую среду – высокая металлоемкость ветроустановок, отчуждение больших земельных территорий, вибрационное и шумовое воздействие, гибель перелетных птиц под ударами лопастей. Особенно высокое шумовое воздействие возникает при эксплуатации мощных установок.
С учетом экологических факторов солнечные и ветровые электростанции уже сегодня более экономичны, чем тепловые и атомные.
Геотермальная энергия основана на использовании глубинного тепла Земли. Она может использоваться в виде тепловой энергии (столица Исландии Рейкьявик получает тепло исключительно от горячих подземных источников) и для получения электроэнергии.
Геотермальные станции устроены относительно просто, здесь не требуется топливо, золоуловители. Пар, откачиваемый из скважин, поступает в турбины и приводит в действие электрогенераторы.
Основные экологические проблемы геотермальных станций связаны с отработанными минерализованными водами. При отсутствии обратной закачки отработанных вод возникает опасность засоления водных объектов, почв; также происходит тепловое загрязнение окружающей среды, просадка земной поверхности над разрабатываемым геотермальным пластом.
В Украине перспективными зонами для использования геотермальной энергии являются Карпаты, Закарпатье, Крым, однако это направление развивается слабо.
Энергия морей и океанов. Энергетические ресурсы океана представляют большую ценность, как возобновляемые и практически неисчерпаемые ресурсы. К ним относится энергия приливов и отливов, волн, течений, разницы температур на различных глубинах. В настоящее время эта энергия используется незначительно из-за высокой стоимости. Однако, инженерные расчеты и проекты показывают, что это энергия будущего и возможно использование ее гораздо шире.
Энергия биомассы. Биомасса – древесина, отходы лесоперерабатывающей и бумажной промышленности, отходы сельскохозяйственного производства и пищевой промышленности, бытовые отходы, навоз, осадки очистки канализационных стоков и др.
Около трети населения Земли до настоящего времени используют древесину в качестве топлива.
Более рациональной является переработка биомассы в биогаз, этиловый спирт. Путем анаэробного сбраживания (без доступа кислорода) органических отходов: получают биогаз и осадок, используемый как удобрение. Ведущее место по производству биогаза занимает Китай.
Когда говорят об альтернативной энергетике, то обычно имеют в виду установки по производству электрической энергии из возобновляемых источников – солнечного света и ветра. При этом статистика исключает , станциях, использующих силу морских и океанических приливов, а также геотермальные электростанции. Хотя, эти источники энергии также являются возобновляемыми. Однако, они традиционные, используются в промышленных масштабах уже долгие годы.
Идея использовать силу ветра и солнечную энергию для производства электроэнергии достаточно привлекательная. Ведь это позволит отказаться от использования топлива. Даже привычный пейзаж должен будет измениться. Исчезнут трубы тепловых электростанций, саркофаги атомных. Многие страны перестанут находится в постоянной зависимости от закупок ископаемого топлива. Ведь солнце и ветер есть на Земле повсюду.
Но сможет ли такая энергетика вытеснить традиционную? Оптимисты считают, что так и произойдет. У пессимистов другой взгляд на проблему.
Всемирная статистика показывает, что рост инвестиций в альтернативную энергетику, начиная с 2012 года снижается . Наблюдается даже спад в абсолютных цифрах. Снижение в мировом масштабе произошло в основном за счет Соединенных Штатов Америки, стран Западной Европы. Его не смог даже компенсировать рост японских и китайских инвестиций.
Возможно, статистика несколько искаженная, ведь практически, не поддаются учету точечные производители альтернативной энергетики – отдельные солнечные батареи на крышах жилых домов, ветровые установки, обслуживающие отдельные фермерские хозяйства. А на них по оценкам экспертов приходится около трети всей альтернативной энергетики.
Германия справедливо считается лидером в производстве электричества из возобновляемых источников.
Во многом ее энергетика является своеобразным полигоном для выработки перспективных моделей. Установленная мощность ее ветровой и солнечной генерации составляет 80 ГВт. 40 процентов мощностей принадлежит частным лицам, около 10 – фермерам. И только половина – компаниям и государству.
Примерно каждый двенадцатый гражданин Германии является собственником альтернативной энергетической установки. Примерно такие же цифры характеризуют Италию с Испанией. Солнечные энергоустановки подключены к общей сети, таким образом их владельцы одновременно производят и потребляют электроэнергию.
В прежние годы получать альтернативную энергию потребители могли лишь в солнечную погоду, но в настоящее время активно расширяется использование целых комплексов, в которых солнечные батареи дополнены аккумуляторами – традиционными свинцовыми или современными литиевыми. Таким образом появляется возможность накапливать избыточную энергию, чтобы потом ее использовать в темное время суток или же при плохой погоде.
Специалисты оценивают, что подобная связка, позволяет среднестатистической европейской семье, а это четыре человека, сэкономить 60 процентов потребляемой электроэнергии. Тридцатипроцентную экономию дадут непосредственно солнечные батареи, а еще тридцать аккумуляторы.
Экономия значительная, но вот стоимость такой энергии очень высока. Аккумуляторная батарея на шесть КВтч в среднем имеет стоимость 5 000 евро. Если прибавить стоимость установки, обслуживания, выплату налогов и другие расходы, то установка на шесть КВтч обойдется от десяти до двадцати тысяч евро. Теперь же в Германии действует тариф на электричество около 25 центов. Поэтому срок окупаемости альтернативной установки для одной семьи составит около тридцати лет.
Понятно, что ни один аккумулятор не прослужит так долго. Но это справедливо лишь для сегодняшних технологий. По мнению специалистов, стоимость, как аккумуляторных батарей, так и солнечных панелей будет снижаться, а тарифы на электроэнергию увеличиваться. Такой видят перспективы владельцы многих компаний, в частности Google. Именно эта компания является лидером по инвестициям в развитие альтернативной энергетики в США. Чтобы подчеркнуть это обстоятельство, на стоянке у ее центрального офиса установлены солнечные батареи.
В Западной Европе некоторые металлургические заводы и производители цемента заявляют, что в ближайшем будущем готовы к тому, чтобы частично использовать энергию солнечных батарей.
Ряд экспертов предрекают резкий спад спроса на традиционные виды энергоносителей и исчезновение атомной энергетики в обозримом будущем. Вероятно, к таким оценкам прислушиваются и американские энергетические компании. Так, в последние годы в США комиссия, которая регулирует атомную энергетику, не утвердила ни один из проектов АЭС.
Однако, при всех радужных перспективах альтернативная энергетика ставит вопросы, на которые пока нет четких ответов. Одна из основных проблем состоит в том, что развитие отрасли происходит в основном с колоссальной государственной поддержкой.
Именно неопределенность в том, сохраниться ли такое положение в ближайшие годы, и вызвало падение интереса инвесторов в США, о котором писалось ранее. Та же картина наблюдается и в Италии, правительство которой урезало «зеленые» тарифы, чтобы сократить дефицит бюджета.
Германия производит около четверти всей электроэнергии, используя альтернативные источники, и даже экспортирует ее. Проблема состоит в том, что эта энергия имеет приоритет для поступления на рынок. А это уже дискриминирует традиционных поставщиков, ущемляет их экономические интересы. Государство дотирует производство по альтернативной технологии, но деньги для дотаций берутся за счет повышения тарифов. Примерно 20% стоимости электроэнергии для немцев – это и есть переплата.
Чем больше производится «зеленой» электроэнергии, тем сложнее выживать традиционным энергетическим компаниям. Их бизнес в Германии уже сегодня находится под угрозой. Крупные энергопроизводители, вкладываясь в альтернативную генерацию, сами попали в собственную ловушку. Большая доля «зеленой» электроэнергии уже обрушила оптовые цены.
Солнечные батареи, ветровые установки не могут выдавать энергию в пасмурные дни, при отсутствии ветра, поэтому отказаться от тепловых электростанций пока нереально, но в связи с приоритетом альтернативной электроэнергии, генерирующие мощности ТЭЦ вынуждены простаивать при солнечной погоде и в ветреные дни, а это увеличивает себестоимость их собственной генерации и сказывается на потребителях.
Рассуждая об альтернативной электроэнергии, обосновывая ее экономичность в будущем, обычно оперируют только стоимостью самих установок. Но для того, чтобы вся энергетическая система работала, и потребитель получал электроэнергию без перебоев, необходимо держать наготове традиционные мощности, которые в результате будут загружены лишь на пятую часть от своих генерирующих мощностей, а это дополнительные расходы. Плюс к этому, необходимо кардинально модернизировать электросеть, сделать ее «умной», чтобы обеспечить перетекание в ней электроэнергии на новых принципах. Все это требует многомиллиардных инвестиций, и пока не совсем ясно, за счет кого они возьмутся.
В прессе альтернативная энергетика подается практически беспроблемной отраслью, сулящей в будущем получение дешевой и экологически чистой в производстве электроэнергии, но серьезный бизнес понимает риски, связанные с ней. Государственная поддержка не слишком надежный источник финансирования, делать на него ставку рискованно. Такой «родник» может пересохнуть в любой момент.
И еще одна существенная проблема. Солнечные и ветровые установки требуют отчуждения огромных площадей земли. Если для условий Соединенных Штатов это не большая проблема, то Западная Европа густо заселена. Поэтому крупных проектов, связанных с альтернативной энергетиков пока не осуществляется.
Энергокомпании, стремясь свести риск к минимуму, инвестируют совместно с различными фондами, в том числе, пенсионными, страховыми компаниями. Но даже в Германии все осуществляемые проекты не масштабные, а точечные. Опыта создания и продолжительной эксплуатации больших генерирующих мощностей в мире до сих пор нет.
Пока проблемы альтернативной энергетики, ее риски обсуждаются в основном экспертами, а потому не представляются обществу актуальными. Энергетика, как и всякая другая сложная, разветвленная и устоявшаяся система, имеет большую инерцию. И лишь годы развития какой-либо новой тенденции способны сдвинуть ее с места. По этой причине, скорее всего, развитие альтернативной энергетики будет все же происходить с государственной поддержкой и иметь режим максимального благоприятствования.
Все активнее ведет себя в США «зеленое» лобби. Даже серьезные исследователи делают ставку на альтернативную энергетику. Так, согласно отчету Стэнфордского университета штат Нью-Йорк уже к 2030 году может полностью удовлетворить потребности в электроэнергии за счет солнечных и ветровых установок. При этом в отчете указывается, что, если грамотно расположить их по территории штата, то нет необходимости поддерживать в резерве работоспособные тепловые генерирующие мощности. Правда, совсем отказаться от традиционной энергетики авторы отчета не предлагают.
Альтернативная энергетика уже перестала быть экзотикой, она реально существует. Понятно, что по мере ее развития количество связанных с ней проблем будет лишь нарастать.
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.
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.
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
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:
- Производится расчет длины лопасти, при этом диаметр пластиковой трубы должен составлять 1/5 от необходимого метража;
- С помощью лобзика трубу следует разрезать вдоль на 4 части;
- Одна часть станет шаблоном для изготовления всех последующих лопастей;
- После обрезки трубы заусеницы на краях необходимо обработать наждачной бумагой;
- Вырезанные лопасти необходимо зафиксировать на заранее приготовленном алюминиевом диске с предусмотренным креплением;
- 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.
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.
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
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.
Переход человечества на альтернативные источники энергии неизбежен. Многие ученые уже сейчас предрекают скорый отказ от нефти, газа и угля в пользу новых источников. Ожидается, что переход может занять не более 10 лет. При этом лидеры мировых государств должны всерьез подойти к решению этой задачи. Но, несмотря на все перспективы энергетической революции, существуют определенные проблемы массового перехода на новые источники энергии.
Что относится к альтернативным источникам энергии
Использование альтернативных источников основано на получении энергии из возобновляемых природных ресурсов: солнечного света, приливов, ветра и др. Они станут достойной заменой традиционных источников энергии, запасы которых постепенно иссякают. Но эффективность применения таких источников зависит от особенностей климата, что несколько осложняет ситуацию.
На сегодняшний день известны такие источники:
- энергия солнца;
- энергия ветра;
- геотермальная энергия;
- энергия приливов и волн
- возобновляемое (растительное) топливо.
Основные проблемы альтернативной энергетики
Отсутствие государственной поддержки
Главная проблема использования альтернативных источников энергии – дотационность. К примеру, внедрение новых технологий в странах с прохладным климатом и недостаточным количеством солнечного света потребует значительных финансовых затрат. Без серьезной государственной поддержки использование альтернативной энергетики будет убыточным и бессмысленным. Значительных затрат потребует не только производство, но и транспортировка энергии.
Альтернативная энергетика не подходит для промышленного производства
Энергия, получаемая из природных источников, нуждается в «страховочном» дублировании другими типами электростанций. Это связано с тем, что ее производство зависит от времени суток, погодных условий и прочих факторов. К сожалению, в большинстве стран альтернативная энергетика способна выполнять функцию дополнительного источника, но заменить собой традиционную энергию она пока что не может.
Зависимость от погодных условий
Непостоянство природных явлений – это еще одна серьезная проблема альтернативных источников энергии. Солнце может в любой момент скрыться за тучами, ветер утихнуть, а высота приливов уменьшиться. Установив на крыше дома солнечные батареи, его владелец отдается на милость природы: если в течение нескольких дней будет солнечная погода – в доме будут работать все электроприборы. Но если погода будет пасмурной – жителям дома придется приготовиться к отсутствию самых необходимых благ цивилизации. Даже если до этого были накоплены избыточные запасы энергии – в период простоя электростанций они иссякнут.
Низкий КПД
Низкий уровень выработки энергии природными источниками пока что не позволяет превратить их в основной источник питания. К примеру, для обеспечения жилого дома электричеством в объеме 200-300 Вт площадь солнечных батарей должна составлять не менее 20 м².
Длительный процесс оформления документов
Людям, желающим открыть частную электростанцию, придется столкнуться с необходимостью в получении большого количества бумаг и разрешений. Перед началом выполнения работ по установке электростанции в обязательном порядке надо получить разрешение местных властей на постройку, согласие соседей и пр. Также необходимо ознакомиться с перечнем условий и требований к техническим характеристикам строящихся объектов. Если этого не сделать – владельцу электростанции придется отвечать в суде.
Шумная работа электростанций
Шумная работа характерна не для всех видов альтернативных источников энергии, но игнорировать наличие этого фактора нельзя. При работе ветряных электростанций сила шумового эффекта достигает 34-45 дБ на расстоянии 20 метров. Непрерывный шум будет неприятен как владельцу дома, так и его соседям. Еще один минус альтернативных источников энергии – неприятный запах. Он характерен для биомассовой энергетики, основанной на разложении отмерших растений, навоза и др. Решить проблему неприятного запаха не поможет даже использование герметичных контейнеров.
Высокая стоимость оборудования и обслуживания
Производство оборудования для электростанций – это сложный и трудоемкий процесс, требующий значительных финансовых вложений. Высокая стоимость солнечных батарей обусловлена тем, что в их состав входит фотоэлемент, разработанный на основе кремния. Кремний должен пройти предварительное очищение и преобразование, а это обходится производителям недешево. Так же дела обстоят и с другими источниками энергии, основанной на использовании природных ресурсов.
5 причин медленного отказа от нефти, газа и угля
Несмотря на то, что существуют определенные проблемы внедрения новых источников энергии, у них есть большие перспективы в будущем. Стремительное развитие научно-технического прогресса позволит создать более дешевые и экологичные установки, благодаря чему существенно снизится стоимость такой энергии.
Отказ от традиционных источников энергии (нефти, природного газа, угля) неизбежен по таким причинам:
- Традиционные энергодобывающие технологии оказывают пагубное влияние на окружающую среду. Катастрофическое изменение климата вследствие их использования будет заметно уже в первые десятилетия XXI века.
- Запасы нефти и других полезных ископаемых ограничены, процесс их восстановления займет длительный период времени.
- Переход на альтернативные источники энергии позволит сберечь топливные ресурсы планеты для переработки в химической и других отраслях промышленности.
- Цены на некоторые виды альтернативной энергии уже сегодня заметно ниже стоимости на традиционную энергию.
- Страна, которая первой во всем мире освоит альтернативную энергетику, сможет диктовать цены на топливные ресурсы.
Использование альтернативных источников энергии во всем мире набирает обороты. Они практически неисчерпаемы и не наносят вред окружающей природе. Отказ от нефти и газа потребует слаженной работы многих людей, междисциплинарных исследований и положительного отношения политиков к этому вопросу.
Итак, для начала определимся всё-таки, что же такое альтернативная энергетика. И определение звучит следующим образом. Альтернативная энергетика - это совокупность многообещающих методов получения энергии, распространение которых не так широко, как традиционных, но они представляют собой большой интерес по причине своей выгодности и их можно использовать при низком риске неблагоприятных последствий для окружающей среды. Исходя из этого альтернативные источники энергии это топливо для альтернативной энергетики .
Большинство согласится, что когда-нибудь придется отказаться от привычного топлива. Это причина войн, загрязнения среды и изменения климата. Но, ученые уже много лет исследуют альтернативные источники, подобные солнцу, ветру и воде.
Однако ветроэнергетические системы и солнечные панели всё равно являются более дорогими в сравнении с переработкой угля и нефти, также они пригодны не для всех областей.
По этой причине исследователи не перестают искать новые решения, постепенно обращая внимание на менее популярные методы. Некоторые довольно необычны, некоторые – глупы, нереалистичны, и местами отвратительны.
Творческий подход к поиску альтернативных источников энергии приближает к решению вопросов энергетической безопасности. И это не обязательно должны быть масштабные проекты. Нет ничего плохого в решениях, которые рассчитаны на применение на мелком уровне – в деревнях или поселениях развивающихся стран.
10 альтернативных источников энергии
Энергия будущего. Альтернативные источники энергии будущего
1) Засыпать сахар в бак автомобиля старая и далеко не безобидная шутка, которая может привести к поломке двигателя. Но сахар может быть превосходным топливом для вашего авто. Специалисты Виргинского института работают над выработкой из сахара водорода, использование которого возможно в качестве чистого и недорогого топлива, которое не выделяет токсичных веществ и запаха. Ученые растворяют сахар в воде с тринадцатью мощными ферментами в реакторе, который вырабатывает из смеси водород.
Водород улавливается и закачиваться в батарею, чтобы произвести энергию. В результате чего образуется в 3 раза больше водорода, чем традиционными методами, что влияет на стоимость технологии.
К сожалению, перед тем как потребители смогут заправлять автомобили сахаром, то пройдет еще десяток лет. Ближайшей перспективе наиболее реалистичным будет конструирование батарей на сахаре для ноутбуков, мобильных телефонов и иной электротехники. Эти батареи будут работать продолжительнее и надежнее сегодняшних аналогов.
Андрей Воронин. Альтернативные источники энергии
2) Энергия, больше в 100 миллиардов раз, чем в настоящее время потребляет человечество всей планеты, находятся в прямом смысле под рукой. Это энергия солнечного ветра – потока заряженных частиц, которые испускает Солнце. Брук Хэрроп, физик из Вашингтонского государственного университета в Пуллман и физик Дирк Шульце-Макух из Вашингтонского государственного института исследования окружающей среды и природных ресурсов полагают, что эти частицы можно захватить с помощью спутника, который вращается вокруг Солнца по орбите Земли.
Согласно этому проекту, спутник, будет иметь медный провод, который заряжается от батареи, находящаяся здесь же, чтобы создать магнитное поле, которое подхватит электроны из этого ветра. Энергия электронов будет передаваться отсюда на Землю с помощью инфракрасного лазера, и на него не будет влиять атмосфера Земли.
В реализации данного проекта существуют и препятствия. Для начала, нужно решить вопрос, о защитите спутника от космического мусора. Во-вторых, атмосфера Земли может поглотить немного энергии, которая передаётся с огромного расстояния. И нацеливание инфракрасного луча в выбранное место это не простая задача.
Эта разработка имеет перспективы для обеспечения энергией космических аппаратов.
3) Большое количество людей считают, что моча и кал нужно моментально ликвидировать. Но экскременты, которые выработаны как людьми, так и животными, содержит метан , который не имеет ни цвета, ни запаха, но может вырабатывать энергию лучше природного газа.
Идею превращения собачьего кала разрабатывают минимум, 2 группы исследователей – одна в Кембридже (штат Массачусетс), другая, специалистами из компании «NorcalWaste», Сан-Франциско. Две группы предлагают владельцам животных использовать при выгуле своих питомцев пакеты, для уборки отходов. После чего пакеты выбрасываются в «реакторы», где и происходит выработка метана, использовать его можно для освещения улиц.
На фермах Пенсильвании как новый источник энергии рассматривают навоз скота. 600 коров за сутки производят около 70 000 кг навоза, что – при использовании – позволит ферме экономить около 60 000 долларов в год. Эти отходы могут применяться как удобрение, и для освещения и обогрева домов. А американская компания «Hewlett-Packard» рассказала, как фермеры могут увеличить свой доход, сдав в аренду Интернет-провайдерам свою, чтобы те использовали энергию из метана для компьютеров.
Человеческие отходы не менее ценны. В Австралии, есть Volkswagen-«жук», который работает на метане, полученный после очистки сточных вод. А поданным инженеров компании «WessexWater» из Британии, отходы из 70 домов дают достаточно метана, чтобы автомобиль смог пройти без остановок 16 000 км.
О моче тоже не нужно забывать. Исследователи от факультета физических наук и инженерии Университета Гериот-Ватт пробуют создать первую в мире батарею на моче. Эта технология сможет найти применение как космической, так и в военной отрасли, позволяя производить энергию в пути. Мочевина это доступное и нетоксичное органическое вещество, богатое азотом. Так что люди буквально носят в себе химическое соединение, которое может быть источником энергии.
Человеческое тело
4) Когда вы будете ехать в вагоне метро в жаркий день, постарайтесь задуматься о том, что тепла, которое производит ваше тело , хватит для того, чтобы обогреть целое здание. Так думают в Стокгольме и Париже. Компания управления недвижимостью «Jernhuset» разрабатывает план использования тепла, которое выделяют пассажиры поезда метро, который проходит через Центральную станцию в Стокгольме. От тепла будет нагреваться бегущая по трубам вода, поступающая в вентиляционные системы зданий. А в Париже владелец жилого комплекса в Париже хочет обогреть при помощи пассажиров метро 17 квартир вблизи центра Помпиду.
Как бы это ни странно звучало но, не менее вероятным оказывается проект, который использует для обогрева здания энергию мертвых тел. Этим методом пользуется один крематорий в Британии, который обогревается своими «клиентами». Тепло от сжигания тел умерших и раньше улавливался системой очистки от ртути, однако теперь тепло пропускают по трубам для того, чтобы обогреть здания.
5) Оторвись и помоги природе – под этим лозунгом можно рекламировать новую стратегию. Роттердамский клуб «Watt» использует вибрации ходящих и танцующих клиентов для энергоснабжения светового шоу. Это возможно благодаря использованию пьезоэлектрических материалов , которые могут под давлением превращать вибрации в .
Армия США также заинтересованно использует пьезоэлектрики для того, чтобы получить энергию. Пьезоэлектрики помещаются в солдатские ботинки, что бы получать питание для радиоприемников и других электрических устройств. Несмотря на огромный потенциал, эта технология не очень распространена. Главным образом, из-за своей большой стоимости. На установку такого пола на 2500 кв.м. клуб «Watt» затратил 257 000 долларов, которые так и не окупились. Однако в будущем это покрытие будет улучшено для того, чтобы увеличить объем вырабатываемой энергии – танцы будут по-настоящему энергичными!
6) Лишь в одной Калифорнии ежегодно вырабатываются больше 700 000 тонн шлама – нерастворимых отложений паровых котлов в качестве ила или в твердом виде. Но не всякий задумывается, что этого материала хватит, чтобы произвести 10 000 000 киловатт-часов электричества в сутки. Исследователи из университета Невады, которые занимаются сушкой осадка, чтобы превратить в него горючее для следующей газификации, что приведет к производству электричества. Ученые придумали установку, которая превращает вязкий осадок в порошок с использованием «кипящего» при невысокой температуре песка. В итоге мы получим недорогое, но качественное топливо.
Эта технология, превращает отходы в топливо и может работать прямо на производствах, экономя средства для перевозки и утилизации шлама. Эти исследования еще не закончены, но предварительные оценки говорят, что работающая на полной мощности система теоретически может вырабатывать 25 000 киловатт-часов энергии в сутки.
7) Медузы, которые живут на глубине , и содержат вещества, которые могут стать источниками энергии. Светятся они благодаря зеленому флуоресцентному белку. Команда учёных университета Чалмерса поместила этот белок на электроды и облучала их УФ лучами, и вещество начало излучать электроны.
Данный белок использовали для создания биологического топлива, которое производит электричество без источника света, вместо него применялась смесь веществ – магния с биокатализатором люциферазой, который обнаруживается в светлячках.
8) Существуют три «взрывающихся озер» , которые получили свое название из-за больших объемов углекислого газа и метана, накапливающиеся в глубинах из-за разности в температуре и плотности воды.
Если уровень температуры изменится, то газы вырвутся из озера, словно пробка из бутылки с газировкой, убив при этом все живое в пределах досягаемости. Такая трагедия произошла в 1984 году в Камеруне, когда озеро Ниос выбросило большое облако углекислого газа, который и стал причиной гибели сотен людей и животных.
Похожее озеро (Киву) есть и в Руанде. Однако местное правительство приняло решение об использовании этого смертоносного газа во благо и построило здесь электростанцию, она выкачивает газы из озера и применяет их для приведения в движение 3х генераторов, которые производят 3,6 МВт энергии. Правительство прогнозирует, что вскоре эта электростанция сможет вырабатывать столько энергии, сколько хватит для удовлетворения в потребности трети страны.
9) В природе живут миллиарды бактерий , и, как и всякое живое существо, у них есть своя стратегия выживания, если не будет хватать пищи. Например, у бактерии E. coli есть запас жирных кислот, состав которых напоминает полиэстер. Эти же жирные кислоты применяются при получении биодизельного топлива. Увидев эту особенность бактерий, ученые, предвидя большие перспективы способ их генетического усовершенствования для производства огромного количества кислот.
Для начала учёные удалили из бактерий ферменты, после чего обезводили жирные кислоты, чтобы убрать кислород. В результате чего они преобразовали бактерии в подобие дизельного топлива.
10) представляют собой пустые трубки, которые состоят из атомов углерода. Область их применения очень широка: от брони до создания «лифтов», которые могут перевозить различные грузы на Луну. А недавно группа учёных из Массачусетского института нашла возможность использования нанотрубок для того чтобы собирать солнечную энергию, причем эффективность этих трубок в 100 раз лучше, чем у известных нам на сегодняшний день фотогальванических элементов. Данный эффект достигается благодаря тому, что нанотрубки функционируют как антенны по захвату солнечных лучей и перенаправления их на солнечные батареи, которые преобразуют их в солнечный свет. Таким образом, вместо того, чтобы покрывать всю крышу своего дома солнечными батареями, человек, который желает использовать солнечную энергию, путём использования углеродных нанотрубок, занимающими в несколько раз меньше площади.
