Самые необычные альтернативные источники электроэнергии

Как выбрать источник энергии?

Существует множество вариантов получения альтернативного электричества, популярных и не очень. Некоторые из них не подходят для наших широт, а некоторые представляют опасность.

Тепловой насос, перекачивающий тепло из почвы в дом по принципу холодильника, подойдёт лишь для жителей геотермальных районов. Попытка построить его у себя на участке обойдётся жителю Подмосковья в вымороженный на двухметровую глубину верхний слой почвы. От замерзания пострадает корневая система деревьев и кустарников, которые впоследствии заболеют или погибнут.

Биогаз подходит для добычи на крупных предприятиях, где не возникает проблем с топливом для биореакторов. В частном хозяйстве выгоды от биогаза мало, среднестатистическое подсобное хозяйство не сможет производить нужное количество топлива. Его придётся завозить, что приведёт к постоянным расходам на доставку. Не стоит забывать, что производство биогаза взрывоопасно и требует контроля за оборудованием, который в домашних условиях трудно осуществить.

Есть более подходящие альтернативные источники энергии для частного дома. К ним относятся:

• Солнечная энергия.
• Энергия ветра.
• Энергия потока воды.
• Древесный газ, получаемый при термическом разложении древесины без доступа воздуха.

Но не у всех на участке течёт ручей или имеется доступ к большим объёмам древесины, поэтому будет разумнее рассмотреть возобновляемые источники энергии, которые доступны везде. К ним относятся солнечный свет и ветер.

Для преобразования альтернативной энергии есть готовые решения своими руками. Они позволяют максимально эффективно превращать её в электричество и подходят для реализации в частном доме.

Тепловая энергия Земли

Огромное количество тепловой энергии хранится в глубинах Земли. Это обусловлено тем, что температура ядра Земли чрезвычайно высока. В некоторых местах земного шара происходит прямой выход высокотемпературной магмы на поверхность Земли: вулканические области, горячие источники воды или пара. Энергию этих геотермальных источников и предлагают использовать в качестве альтернативного источника сторонники геотермальной энергетики. Используют геотермальные источники по-разному. Одни источники служат для теплоснабжения, другие – для получения электричества из тепловой энергии.

Для разработки этого источника энергии используются геотермальные электростанции, использующие энергию высокотемпературных грунтовых вод, а также вулканов. На данный момент более распространенной является гидротермальная энергетика, использующая энергию горячих подземных источников. Гидротермальная энергетика, основанная на использовании «сухого» тепла земных недр, на данный момент развита слабо; основной проблемой считается низкая рентабельность данного способа получения энергии.

К преимуществам геотермальных источников энергии можно отнести неисчерпаемость и независимость от времени суток и времени года.

К негативным сторонам можно отнести тот факт, что термальные воды сильно минерализованы, а зачастую ещё и насыщены токсичными соединениями. Это делает невозможным сброс отработанных термальных вод в поверхностные водоёмы. Поэтому отработанную воду необходимо закачивать обратно в подземный водоносный горизонт. Кроме того, некоторые учёные-сейсмологи выступают против любого вмешательства в глубокие слои Земли, утверждая, что это может спровоцировать землетрясения.

Альтернативная энергетика для дата-центров

Владельцы ЦОДов все настойчивей интересуются альтернативными источниками электроэнергии. Сохранить темпы прироста мощностей здесь можно лишь существенно сокращая затраты на развертывание, содержание и охлаждение дата-центров. Вариантов несколько.

Например, тепло, выделяемое при работе серверов, можно направлять на обогрев помещений. Так, в 2015 году Яндекс обогрел целый город в Финляндии. Поставляя городу тепло, Яндекс получил возможность возместить часть трат на электроэнергию.

Охлаждение дата-центров  — одна из самых прожорливых статей расходов IT-компаний. В среднем на охлаждение приходится 45% энергозатрат.

Оригинальный способ сэкономить на охлаждении оборудования — использовать «фрикулинг». Или, попросту говоря, охлаждать серверы воздухом с улицы. Для России, где большую часть года на улице холодно, это особенно актуально.

Еще один способ охлаждения воздуха в ЦОД, позволяющий сэкономить на расходах  энергии — метод адиабатического охлаждения. В этом случае для снижения температуры распыляют воду. При испарении она забирает тепло и таким нехитрым способом снижает температуру воздуха.

В любом случае, перед тем, как экспериментировать, желательно провести подробный энергоаудит. Его результаты позволят проанализировать состояние потребления энергии и определить возможности экономии энергоресурсов.

Применение и перспективы развития различных видов альтернативных источников энергии

Основной источник обеспечения энергетических потребностей в настоящее время получают из трех видов энергоресурсов: воды, органического топлива и атомного ядра (см. Мирный атом: дорога в никуда или светлое будущее?). Требуемый временем, процесс перехода на альтернативные виды, движется медленно, но понимание необходимости заставляет большинством стран вести разработки энергосберегающих технологий и активнее внедрять свои и общемировые наработки в жизнь. С каждым годом все больше возобновляемой энергии человечество получает от солнца, ветра и остальных альтернативных источников. Разберемся, какие есть альтернативные источники энергии.

Рост популярности альтернативных источников энергии, используемых для частного дома

Постоянный рост тарифов на энергоносители вынуждает владельцев частных домов использовать альтернативные источники. Во многих местах удаленные приусадебные участки и частные хозяйства совершенно лишены возможности, даже теоретического подключения к необходимым энергетическим ресурсам.

Основные источники нетрадиционной энергии, применяемые в частном доме:

• солнечные батареи и различные конструкции тепловых коллекторов, работающие от солнечной энергии;
• ветряные электростанции;
• мини и микро ГЭС;
• восполняемая энергия из биотоплива;
• разнообразные виды тепловых насосов, использующих тепло воздуха, земли или воды.

Сегодня, пользуясь нетрадиционными источниками, существенно сократить расходы на энергопотребление не получается. Но постоянно совершенствующиеся технологии и снижение цены на устройства непременно приведут к буму потребительской активности.

Виды альтернативных источников энергии

1. Солнечная энергия

Солнце — главный источник энергии на Земле, ведь около 173 ПВт (или 173 млн ГВт) солнечной энергии попадает на нашу планету ежегодно, а это более чем в 10 тыс. раз превышает общемировые потребности в энергии. Фотоэлектрические модули на крыше или на открытых территориях преобразуют солнечный свет в электрическую энергию с помощью полупроводников — в основном, кремния. Солнечные коллекторы вырабатывают тепло для отопления и производства горячей воды, а также для кондиционирования воздуха.

Солнечные панели могут вырабатывать энергию и в пасмурную погоду, и даже в снегопад. Для наибольшей эффективности их стоит устанавливать под определенным углом — чем дальше от экватора, тем больше угол установки панелей.

Съедобная упаковка и солнечный парус: новинки космических эко-технологий

2. Энергия ветра

Использование ветра в качестве движущей силы — давняя традиция. Ветряные мельницы использовались для помола муки, лесопильных работ) и в качестве насосной или водоподъемной станции. Современные ветрогенераторы вырабатывают электроэнергию за счет энергии ветра. Сначала они превращают кинетическую энергию ветра в механическую энергию ротора, а затем в электрическую энергию.

Ветроэнергетика является одной из самых быстроразвивающихся технологий возобновляемой энергетики. По последним данным IRENA, за последние два десятилетия мировые мощности по производству энергии ветра на суше и на море выросли почти в 75 раз — с 7,5 ГВт в 1997 году до примерно 564 ГВт к 2018 году.

3. Энергия воды

Еще в древнем Египте и Римской империи энергия воды использовалась для привода рабочих машин, в том числе мельниц. В средние века водяные мельницы применялись в Европе на лесопильных и целлюлозно-бумажных предприятиях. С конца XIX века энергию воды активно используют для получения электроэнергии.

4. Геотермальная энергия

Геотермальная энергия использует тепло Земли для производства электричества. Температура недр позволяет нагревать верхние слои Земли и подземные водоемы. Извлекают геотермальную энергию грунта с помощью мелких скважин — это не требует больших капиталовложений. Особенно эффективна в регионах, где горячие источники расположены недалеко к поверхности земной коры.

5. Биоэнергетика

Биоэнергетика универсальна. Тепло, электричество и топливо могут производиться из твердой, жидкой и газообразной биомассы. При этом в качестве возобновляемого сырья используются отходы растительного и животного происхождения.

Энергия из спирта и навоза: преимущества и недостатки биотоплива

6. Энергия приливов и отливов

Приливы и волны — еще один способ получения энергии. Они заставляют вращаться генератор, который и отвечает за выработку электричества. Таким образом для получения электроэнергии волновые электростанции используют гидродинамическую энергию, то есть энергию, перепад давления и разницу температур у морских волн. Исследования в этой области еще ведутся, но специалисты уже подсчитали — только побережье Европы может ежегодно генерировать энергии в объеме более 280 ТВт·ч, что составляет половину энергопотребления Германии.

Как устроена самая мощная в мире приливная турбина

Очевидные плюсы и минусы альтернативных источников энергии

Альтернативные источники энергии обладают бесспорными и ярко выраженными достоинствами. И просто требуют приложения всех усилий на их изучение.

Плюсы альтернативных источников энергии:

• экологический аспект (см. Экологические проблемы России и способы их решения);
• неисчерпаемость и возобновляемость ресурсов;
• всеобщая доступность и широкое распространение;
• снижение себестоимость с дальнейшим развитием технологий.

Потребности человечества в бесперебойной энергии диктуют суровые требования к нетрадиционным источникам. И существует реальная возможность устранить недостатки дальнейшим развитием технологий.

Существующие минусы альтернативных источников энергии:

• возможное непостоянство с зависимостью от времени суток и погодных условий;
• неудовлетворяющий уровень КПД;
• неразвитость технологии и высокая стоимость;
• низкая единичная мощность отдельных установок.

Остается надеяться, что попытки поиска идеального, восполняемого источника энергии увенчаются успехом. Экология будет спасена и люди намного улучшат качество жизни.

Принцип действия и применение солнечных батарей в частном доме

Физическое явление, на котором основан принцип работы этого источника энергии – фотоэффект. Солнечный свет, попадая на её поверхность, высвобождает электроны, что создает избыточный заряд внутри панели. Если подключить к ней аккумулятор, то благодаря зарнице в количестве зарядов в цепи появится ток.

Принцип работы солнечной батареи заключается в фотоэффекте

Конструкции, способные улавливать и преобразовывать энергию солнца, многочисленны, разнообразны и постоянно улучшаются. Для множества народных умельцев совершенствование этих полезных конструкций превратилось в отличное хобби. На тематических выставках такие энтузиасты охотно демонстрируют множество полезных идей.

Чтобы сделать солнечные батареи, необходимо приобрести монокристаллические или поликристаллические фотоэлементы, поместить их в прозрачный каркас, который фиксируют прочным корпусом

Основа солнечной батареи — специальные кристаллы, которые улавливают энергию. В домашних условиях такие элементы изготовить невозможно, их придется приобретать

Кристаллы очень хрупкие, обращаться с ними нужно осторожно. Чтобы сделать солнечную батарею, необходимо:

1. Изготовить каркас для солнечных батарей из прозрачного материала, например, оргстекла.
2. Сделать корпус из металлического уголка, фанеры и т. п.
3. Аккуратно спаять кристаллические элементы в схему.
4. Поместить фотоэлементы в каркас.
5. Выполнить монтаж корпуса.

Вообще существует два вида фотоэлементов: монокристаллические и поликристаллические. Первые более долговечны и имеют КПД около 13%, а вторые быстрее выходят из строя, их КПД несколько ниже — менее 9%. Однако монокристаллические фотоэлементы хорошо работают лишь при стабильном потоке солнечной энергии, в облачный день их эффективность становится значительно ниже. А вот поликристаллические элементы переносят капризы погоды гораздо лучше.

Полученное электричество можно использовать для питания бытовой техники или же для обогрева помещения при помощи технологии теплого пола. Но энергия солнца пригодна не только для выработки электрической энергии. С помощью солнечной энергии можно нагревать воду. Об этом в следующем разделе статьи. Итак, преимущества этого источника энергии:

• неиссякаемость;
• отсутствие каких-либо отходов или шумов в процессе производства энергии;
• автономность;
• относительно дешевое техническое обслуживание;
• прогрессивность;

Недостатки этой технологии таковы:

• высокая стоимость самих панелей и наладочных работ;
• небольшое загрязнение планеты выбросами при производстве;
• дорогие аккумуляторные батареи;
• низкий КПД панелей, и, как следствие, необходимость их большого количества.

Видео: изготовление солнечной батареи своими руками

Готовые батареи размещают, разумеется, на самой солнечной стороне крыши. При этом следует предусмотреть возможность регулирования наклона панели. Например, во время снегопадов панели следует размещать практически вертикально, иначе слой снега может помешать работе батарей или даже повредить их.

Тепловая электроэнергетика

Самая распространенная отрасль энергетики в России. Тепловые электростанции в стране производят более 1000 МВт, используя в качестве перерабатываемого сырья уголь, газ, нефтепродукты, сланцевые залежи и торф. Вырабатываемая первичная энергия в дальнейшем преобразуется в электричество. Технологически у таких станций масса преимуществ, которые и обуславливают их популярность. К ним можно отнести нетребовательность к условиям эксплуатации и легкость технической организации рабочего процесса.

Объекты тепловой энергетики в виде конденсационных сооружений и теплоэлектроцентралей могут возводиться прямо в районах добычи расходного ресурса или местах нахождения потребителя. Сезонные колебания никак не влияют на стабильность функционирования станций, что делает такие источники энергии надежными. Но есть и недостатки у ТЭС, к которым можно отнести применение исчерпаемых топливных ресурсов, загрязнение окружающей среды, необходимость подключения больших объемов трудовых ресурсов и др.

Достоинства и недостатки альтернативных источников энергии в мире

Альтернативные источники энергии — альтернативная энергия во всем мире

Альтернативные источники энергии — преимущества

• Доступность. Особенно выгодно для стран, не обладающих нефтяными или газовыми месторождениями. Однако, это относится не ко всем видам. Например, если страна не имеет выхода к морю, получать волновую энергию она уже никак не сможет; так же и с геотермальной энергией, которую можно преобразовывать только в вулканических районах.
• Экологичность – в процессе образовании тепла и электричества не происходит вредных выбросов в окружающую среду.
• Экономия – полученная энергия имеет низкую себестоимость.

Альтернативные источники энергии — недостатки и проблемы

• Требует больших затрат на этапе строительства и обслуживания, так как расходные материалы с оборудованием дорогие. Это приводит к повышению итоговой цены электроэнергии, поэтому она не всегда оправдана экономически. Единственное, что может помочь — это снижение себестоимости установок разработчиками.
• Зависимость от факторов природы: сила ветра, уровень приливов, результат переработки солнечной энергии не подлежит контролю, плюс географическое расположение.
• Низкий КПД наряду с маленькой мощностью установок (исключение ГЭС). Вырабатываемая мощность не всегда соответствует уровню потребления.
• Влияние на климат. Возьмем к примеру, спрос на биотопливо. Он повлек за собой сокращение посевных площадей для продовольственных культур, а на характер рыбных хозяйств повлияли плотины для ГЭС.

Проектирование домов с альтернативными источниками энергии

Как видно, уже сейчас человечество имеет в своем распоряжении вполне реальные, эффективные, обладающие высокой продуктивностью современные источники альтернативной энергии для дома.

Задача проектировщиков, строителей и даже самого застройщика — в том, чтобы выбрать максимально выгодную альтернативную систему с учетом климатических условий, технических особенностей проекта, доступности того или иного источника.И только опытные и компетентные специалисты из профессионального штата сотрудников компании ИнноваСтрой могут наиболее рационально справиться с этой задачей. Ведь недостаточно просто спроектировать дом — необходимо оформить его ввод в эксплуатацию при наличии альтернативных источников энергии.

Да и сам проект необходимо подготовить таким образом, чтобы эти источники могли гармонично вписываться в общую концепцию стиля, и полностью соответствовали проектным нормативам, требованиям государственной стандартизации и соображениям безопасности.Узнать немного больше о принципах, классификации и методах альтернативных источников энергии можно из предлагаемых видеоматериалов, размещенных ниже:

Альтернативная энергетика в современной России

По сравнению с предыдущими годами альтернативная энергетика в России развивается быстрее, но не является преобладающей. Сегодня в стране наибольшая часть энергии добывается с помощью традиционных источников.

Солнечные электростанции

Солнечная электростанция на Урале

Потенциалом для добычи солнечной электроэнергии обладают южные районы страны, а также Западная, Восточная Сибирь и Дальний Восток. В России добывать энергию от Солнца перспективно, поэтому проекты с этим направлением получают государственную поддержку.

ГЭС и приливные электростанции

Россия активно использует водный потенциал для получения электроэнергии: по данным на 2017 год в стране имеется 15 электростанций с мощностью выше 1000 Мегаватт, и также сотни станций с меньшей мощностью. Энергия, выработанная на ГЭС, стоит в два раза меньше, чем выработанная на ТЭС.

Приливные станции требуют больших финансов, поэтому развитие этого направления в РФ не происходит. По прогнозам ученых ПЭС могли бы составить пятую часть добываемой электроэнергии в России.

Ветровые установки

Устанавливать генераторы с горизонтальной осью вращения в России невозможно из-за низкой скорости ветра. Однако часто применяются сооружения с вертикальной осью вращения.

Ветряная электростанция в Ульяновской области

По данным на 2018 год в России суммарная мощность ветровых установок составила 134 Мегаватт. Крупнейшая электростанция в Ульяновской области (мощность — 35 Мегаватт).

Геотермальные станции

В России действуют 5 геотермальных электростанций, три из которых расположены на Камчатке. По данным на 2016 год на этом полуострове ГеоЭС вырабатывает 40% потребляемой электроэнергии.

Применение биотоплива

В России также организовано производство топливо. При этом стране выгоднее разрабатывать твердое биотопливо, чем жидкое. Сейчас производство осуществляется на заводе во Владивостоке.

АЭС

Россия ведет добычу электроэнергии с помощью ядерной энергии и продолжает развиваться в этом направлении. Строятся новые станции, применяются новые способы добычи. По данным 2019 года в России действует 10 атомных электростанций. РФ занимает второе место в мире по мощности генерации электроэнергии с помощью АЭС, первенство в этой отрасли получила Китайская Народная Республика.

Что выбрать

Давайте разберёмся, какой вариант альтернативной энергии лучше. Солнечные батареи являются наиболее предпочтительным вариантом из-за простоты и экологичности. Однако они не работают в ночное время суток.

Ветрогенераторы хорошо подходят для местностей, где постоянно дуют сильные ветры. Функционируют и днём, и ночью, но если потоки воздуха ослабевают – эффективность становится равна нулю. Наилучшим вариантом является комбинация этих двух устройств. Тогда вы можете быть почти на 100% уверенными, что никогда не останетесь без электричества.

• Генератор для дома — назначение устройства, подбор мощности и советы по ремонту основных типов генераторов

• Ветряные электростанции для дома: подбор современных моделей и расчет их эффективности + инструкция как сделать своими руками

• Бензиновый генератор — выбор, подключение и установка современных устройств. Рейтинг лучших генераторов для дома 2021 года!

А если вы нуждаетесь в горячем водоснабжении и отоплении, дополните систему дома тепловыми насосами. Они не требовательны в обслуживании, отсутствует необходимость покупать и где-то складировать топливо, как в случае, например, с твердотопливным котлом.

Применение биотоплива (биогаза)

Действие теплового насоса основано на обратном принципе Карно. Это довольно большое и достаточно сложное устройство, которое собирает низкопотенциальную тепловую энергию окружающей среды и преобразовывает ее в энергию с высоким потенциалом. Чаще всего тепловые насосы используют для обогрева помещений. Устройство состоит из:

• наружного контура с теплоносителем;
• внутреннего контура с теплоносителем;
• испарителя;
• компрессора;
• конденсатора.

В системе также используется фреон. Наружный контур теплового насоса может поглощать энергию из различной среды: земли, воды, воздуха. Затраты труда на его создание зависят от типа насоса и его конфигурации. Сложнее всего устроить насос типа «земля-вода», в котором наружный контур горизонтально располагается в толще грунта, поскольку это требует масштабных земляных работ. Если возле дома есть водоем, имеет смысл сделать тепловой насос типа «вода-вода». В этом случае наружный контур просто опускают в водоем.

Тепловой насос преобразует низкопотенциальную энергию земли, воды или воздуха в высокопотенциальную тепловую энергию, которая позволяет вполне эффективно обогреть здание

Эффективность работы теплового насоса зависит не столько от того, как высока температура среды, сколько от ее постоянства. Правильно спроектированный и установленный тепловой насос может обеспечить дом достаточным количеством тепла в зимнее время, даже при очень низкой температуре воды, земли или воздуха. В летнее время тепловые насосы могут выполнять роль кондиционера, охлаждая жилище.

Чтобы использовать такие насосы, нужно предварительно выполнить буровые работы

К достоинствам этих установок можно отнести:

• энергоэффективность;
• пожаробезопасность;
• многофункциональность;
• длительная эксплуатация до первого капитального ремонта.

Слабой стороной подобной системы являются:

• высокая изначальная цена в сравнении с другими способами обогрева здания;
• требование к состоянию питающей электросети;
• более шумные, чем классический газовый котел;
• необходимость проведения буровых работ.

Видео: как работают тепловые насосы

Как видите, для того чтобы обеспечить свой дом теплом и электричеством, можно использовать солнечную энергию, силу ветра и воды. У каждого из способов есть свои преимущества и недостатки. Но тем не менее, из всех существующих вариантов можно использовать метод, который будет и недорогим, и эффективным.

Материал обновлен 30.01.2018