Альтернативные источники энергии: 5 основных видов

Что такое альтернативная энергетика

Энергоносители бывают традиционные и альтернативные. Деление является условным и меняется со временем.

К традиционным относят такие виды органических продуктов, как:

• нефть;
• природный газ;
• уголь;
• торф.

Традиционные энергоносители являются невозобновимыми, хотя их запасы в природе значительные, но не бесконечные. По прогнозам ученых, нефти и газа человечеству хватит максимум на 150 лет.

Современная практика обеспечения энергией не всегда экономически выгодна. Для примера, электрификация или газификация удаленного хутора или загородного дома из общей сети (работы по установке опорных столбов, протяжка проводов, прокладка труб, запорное оборудование., а также обслуживание) экономически нерентабельна. В этом случае для частных домов и дач есть смысл использовать нетрадиционные энергоресурсы – альтернативные источники энергии для дома.

Нетрадиционными видами энергии считают:

• геотермальную;
• солнечную;
• ветровую;
• энергию морских волн;
• энергию отливов и приливов.

Альтернативные новые источники энергии в сравнении с традиционными обладают рядом преимуществ, что определяет их ценность – это возобновляемые источники (или неисчерпаемые), они экологически чисты. Альтернативные возобновляемые источники для частного особняка или дачи реализуются как генераторы ветра, солнечные батареи, тепловые насосы, а также их сочетание.

Существует масса вариантов альтернативных источников энергии

Подбор установок для получения тепло- и электроэнергии проводят с учетом климатических и топографических условий местности, где расположен частный дом. Это позволяет природные возобновляемые источники использовать наиболее эффективно.

Как сэкономить на внедрении “зеленой энергетики”?

Проанализировав финансовую составляющую альтернативных видов отопления, можно прийти к неутешительному выводу – потребуются значительные средства на первоначальном этапе.

Вот спустя 3-7 лет, в зависимости от выбранного способа отопления, станет заметна существенная экономия благодаря энергонезависимой системе.

Выгодно и удобно использовать комбинированные источник альтернативного отопления. Для этого можно подобрать наиболее оптимальную комбинацию для своего дома

Сэкономить на использовании и установке альтернативных установок для выработки тепла можно. Многие домашние мастера с большим энтузиазмом подходят к созданию своими руками аналогов фабричным приборам преобразования альтернативной энергии.

Так, достаточно просто и недорого можно собрать гелиоустановку из шланга, которая послужит дополнительным источником нагрева воды.

Успешно собираются в домашних условиях небольшие ветряки из подручных средств. Также начитанные фермеры, проживающие в сельской местности, сооружают установки по преобразованию биологических отходов растительного и животного происхождения в биогаз.

Самодельные ветрогенераторы вполне работоспособны. Но для их сборки потребуется произвести предварительные расчеты, приобрести расходные материалы, потратить свое время

В дальнейшем он используется для потребностей хозяйства. В зависимости от размера резервуара для сбраживания отходов и площади частного дома, возможно полностью обеспечить хозяйство биогазом для удовлетворения всех нужд.

Бесплатное электричество из сетевого фильтра

Многие искатели бесплатного электричества наверняка находили в Интернете версии о том, что удлинитель может стать источником нескончаемой свободной энергии, образовывая замкнутую цепь. Для этого следует взять сетевой фильтр с длиной провода не менее трех метров. Из кабеля сложить катушку, диаметром не более 30 см, подключить к розетке потребителя электроэнергии, изолировать все свободные отверстия, оставив только еще одну розетку для вилки самого удлинителя.

Далее сетевому фильтру необходимо дать изначальный заряд. Легче всего это сделать, подключив удлинитель к функционирующей сети, а затем за доли секунды замкнуть в себе. Бесплатное электричество из удлинителя подойдет для питания осветительных приборов, но мощность свободной энергии в такой сети слишком мала для чего-то большего. А сам метод достаточно спорный.

Энергия ветра

Ветровые электростанции – перспективный способ получения энергии, особенно в тех местах, где направление ветра постоянно.

Способ получения такой энергии не загрязняет природную среду. Однако прослеживается зависимость от непостоянства направлений и силы ветра. Хотя эту зависимость есть возможность частично сгладить установкой маховиков и разнообразных аккумуляторов.

Но строительство, содержание, ремонт ветровых электростанций обходится недешево. К тому же эксплуатация их сопровождается шумом, мешает птицам и насекомым, отражает радиоволны вращающимися частями.

Структура и обоснованная необходимость в их применении

К нетрадиционным источникам энергии относят:

• солнечную;
• ветровую;
• геотермальную;
• энергию морей, рек, приливов;
• биоэнергетику;
• энергию атмосферного электричества и грозовую энергетику.

Увеличение населения Земли требует больших энергетических затрат. Запас полезных ископаемых, представляющих традиционные источники, не безграничен. Поэтому ведется активный поиск путей решения энергетической проблемы

Переход на использование чистых, природных источников является важной вехой в развитии человечества

Основные причины, побуждающие к переходу на АЭИ:

1. Глобально-экологическая. Применение традиционных энергодобывающих технологий ведет мир к глобальной экологической катастрофе. Одно из таких последствий – изменение климата, которое длится уже несколько лет.
2. Политическая. Страна, освоившая АЭИ первой, сможет диктовать цены на топливные ресурсы.
3. Экономическая. Переход на нетрадиционные энергетические технологии даст возможность перераспределить топливные ресурсы для развития промышленности. Стоимость альтернативной энергии значительно ниже, чем электроэнергии, получаемой из традиционных источников.
4. Социальная. С ростом численности населения становится сложным найти место для строительства АЭС и ГРЭС, которое было бы безопасным для окружающих. Исследования показали, что у населения, проживающего неподалёку от таких станций, подтвержден больший процент онкологических и других тяжелых заболеваний.
5. Эволюционно-историческая. Объем топливных ресурсов ограничен, биосфера и атмосфера страдают от их использования. Эти факторы тормозят процесс эволюции человечества. Переход на альтернативные источники энергии будет толчком к новому этапу развития.

Возможно ли самостоятельно создать альтернативные источники энергии для дома своими руками?

Итак, давайте все же разберемся, как создать своими руками и использовать ресурсы альтернативной энергии для частного дома.

• Начнем с применения биоотходов. В домашних условиях можно создать генератор, который будет работать по принципу функционирования природного газа. Если поместить отходы в емкость, которая будет полностью закрытой, то начнутся процессы разложение, в результате которых будет выделяться метан, сероводород и углекислота. Далее этот газ с помощью генератора будет преобразовываться в электроэнергию. Единственное, о чем следует помнить, что для функционирования данного оборудования вам потребуется постоянное наличие отходов.
• Также неплохим вариантом может оказаться тепловой насос. Но стоит заметить, что данный прибор не очень прост в создании. Для его функционирования может потребоваться водоем. Поэтому подобный вид получения альтернативной энергии подойдет не всем.
• Что же касается солнечных батарей, то данный источник альтернативной энергии для дома можно создать своими руками, и для этого вам потребуется гораздо меньше усилий. Фотоэлементы для них продаются уже готовыми. Рассчитать необходимое количество также не составить труда, ведь мощность на них будет указана. Помимо этого, вам будут нужны деревянные рейки и фанерные листы. Вся конструкция собирается достаточно просто и является одним из наиболее доступных вариантов.

Для того, чтобы собрать один из данных источников альтернативной энергии для дома своими руками вам не потребуются глубокие инженерные познания. Достаточно приложить немного усилий, времени и терпения. Но даже при возникновении трудностей, помните, что потратив силы и средства один раз, вы получите оснащение, которое сохранит их в будущем и во многом облегчит вашу жизнь.

Накопление энергии с помощью солнечных панелей

Основа гелиопанели – хрупкие кристаллы, улавливающие энергию солнца. Изготовить дома их никак не получится. Но приобретя кристаллы, можно самостоятельно сделать солнечную батарею. Для этого нужно:

• Сделать из оргстекла каркас (подойдёт и другой прозрачный материал).
• Корпус делается из фанеры, металлических уголков и т.д.

Фотоэлементы бывают двух разновидностей:

1. Монокристаллические (КПД – 13%, требуют много солнца, долговечные);
2. Поликристаллические (КПД – 9%, могут работать и в пасмурный день, менее долговечны).

Готовую солнечную батарею нужно разместить на самой освещаемой стороне крыши так, чтобы в будущем можно было регулировать наклон прибора.

В снегопад панели размещают почти вертикально, чтобы снег на них не задерживался и не нарушил работу прибора.

Прежде, чем останавливать свой выбор на солнечной энергии, ознакомьтесь с недостатками этого варианта:

• Высокая стоимость элементов конструкции;
• панели малоэффективны в северных широтах, там, где в году много дождливых, пасмурных дней;
• необходимость запасать энергию на ночь и перебои в зимний период;
• требуется много места;
• хрупкие;
• чувствительны к очень высоким температурам. При нагреве 100-125 С, фотоэлементы быстрее «стареют», а батарея в целом может временно потерять свою работоспособность;
• в некоторых случаях установка СБ требует вырубки деревьев, затеняющих место установки;
• на КПД солнечных панелей, сказывается даже небольшой слой пыли.

Солнечные панели на крыше дома

Оптимальная рабочая температура фотоэлементов от 70 до 90 С (речь идёт о температуре под стеклом, которую не так-то легко контролировать).

Чтобы рассчитать, сколько для дома нужно солнечных панелей, нужно учесть:

• Количество в доме электроприборов, и какой мощности.
• Число солнечных дней в данной местности.

Солнечные батареи всегда называют «экологически чистым» методом добычи энергии, однако, при производстве фотоэлементов применяются токсичные и ядовитые вещества. Утилизировать солнечную батарею – немалая проблема!

Ветрогенератор — использование ветра

Ветер на службу людям поступил ещё в глубокой древности. Паруса кораблей и ветряные мельницы – первооткрыватели в этой области.

Вот несколько интересных фактов:

• Потенциал у ветровой энергии в 100 раз больше, чем у гидроэнергии.
• Сейчас готовые ветроустановки снабжают человечество только тысячной долей необходимой энергии.
• Китай, на сегодня, лидер в этой области.
• Для высокого КПД ветряка среднегодовая скорость ветра должна превышать 4 м/с.

Более сложная конструкция с горизонтальным валом мощнее, но дороже в изготовлении т. к. требуется дополнительное устройство для поворота рабочей плоскости лопастей перпендикулярно движению ветра. Такая схема имеет смысл в местах с преобладающим ровным движением воздушных масс. При рабочем диаметре 6 м. может вырабатывать до 5 кВт. электроэнергии, что достаточно для отопления частного дома.

На конструкции с вертикальным валом лучше остановиться в случае, если не требуется большая мощность и преобладает турбулентность потока (на побережье возле скал, в горной местности, и др.).

Основной минус ветряка в том, что ветер дует непостоянно, поэтому в его конструкцию важно включать любой способ аккумулирования энергии, электрической или тепловой. Скорость конца лопасти может достигать 200 км/ч. Любители природы указывают на то, что лопастные ветроустановки губят огромное количество птиц и даже летучих мышей

Любители природы указывают на то, что лопастные ветроустановки губят огромное количество птиц и даже летучих мышей

Скорость конца лопасти может достигать 200 км/ч. Любители природы указывают на то, что лопастные ветроустановки губят огромное количество птиц и даже летучих мышей.

Также ветроустановки издают шум во время работы. Можно просто её выключать, если накоплено достаточно энергии, а можно применять безлопастные ветряки. Они работают за счёт возвратно-поступательного движения мембраны. Такой вариант не шумит во время работы, и безопасен для птиц.

Схема сборки ветряного генератора своими руками

Электрогенератор – основная трудность для самостоятельного изготовления. Поэтому имеет смысл рассмотрение непосредственного использования механической энергии.

Можно подключать различные механизмы непосредственно к валу ветряка:

• циркулярную пилу;
• дробилку;
• превращать в тепло (используя насос Френетта).

Для безопасного пользования подобными механизмами важно предусмотреть возможность экстренной остановки. Например, использовать тормозной механизм с колеса автомобиля

Жидкое топливо из солнечной энергии

Сейчас электричество получают с помощью сжигания органического топлива, например угля и природного газа. У этого способа есть две проблемы: органическое топливо вредит экологии и когда-нибудь закончится. Это заставляет ученых искать замену органике.

С 2001 года китайские ученые пытались преобразовать солнечную энергию в жидкое топливо. Спустя 20 лет у них это получилось.

Исследователям удалось получить жидкий продукт с минимумом примесей — содержание метанола в нем достигает 99,5%. Для этого потребовалось три шага:

• превратить свет, полученный с помощью солнечных батарей, в энергию;
• с помощью этого электричества разложить воду на водород и кислород;
• соединить водород и оксид углерода и получить метанол.

Чтобы получить нужное количество солнечного света, исследователи используют целые фермы солнечных батарей

Как это применять: в отличие от нефти и угля, это топливо сгорает чисто. Если у Китая получится сделать производство жидкого метанола массовым, углекислого газа в атмосфере станет намного меньше — на долю Китая приходится около 29% мировых выбросов.

Популярные источники возобновляемой энергии

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:

• Солнечные батареи.
• Тепловые насосы.
• Ветрогенераторы.

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

Энергия звука

Если вы когда-то были на рок-концерте, то вы, конечно, в курсе, какой там мощный, оглушительный звук.

Ученые нашли возможность улавливать энергию звука и перенаправлять ее на генерирующие устройства.

Раз звуковые колонки могут конвертировать электричество в звук, то пьезоэлектрические сенсоры могут делать прямо противоположное.

Уже даже существуют прототипы мобильных телефонов, которые могут сами себя подзаряжать энергией, если человек просто говорит (или кричит) в микрофон.

В мире существует множество концептов, которые используют энергию звука для электрогенерации, однако большинство этих концептов так и не получили широкого применения.

Однако существует концепт, которые, по мнению ученых, имеет все шансы получить широкое использование. Это устройство использует «барабан», который двигает воздух внутрь и наружу из камеры, по мере того как он вибрирует. Движение воздуха проходит через турбину, которая генерирует электричество.

Вероятно, однажды в мире появятся «звуковые фермы», которые будут использовать наш шумный мир для электрогенерации и получать столь же широкое распространение, как и ветряные фермы.

Замена котла на более эффективный

Отопительная установка — это сердце каждого дома. И если вы задумались о том, как сделать свой дом более энергоэффективным, впору подумать о замене котла. Тем более, если он старый и ему уже больше 10 лет.

Эффективность котлов определяют по КПД – т. е. коэффициенту их полезного действия. Как правило, этот показатель указывается на упаковке или сайте производителя.

В принципе все современные газовые и твердотопливные котлы отличаются высоким КПД — от 85-90% и выше. Тем не менее, даже несколько процентов КПД могут сэкономить вам десятки тысяч рублей на отоплении дома.

Самым высоким КПД обладают газовые конденсационные котлы, у которых этот параметр доходит до 98%. Однако слишком полагаться на этот показатель при выборе котла не стоит. Характерный пример: есть два вида газовых котлов: конвекционные и конденсационные. КПД первых составляет более 92%, вторых — около 85-90%. Однако в конвекционных котлах часть энергии теряется вместе с продуктами горения. И более экономичными с точки зрения потребления топлива являются конденсационные котлы.

Можно также рассмотреть замену котла на работающий от возобновляемых источников энергии. Одним из эффективных решений являются твердотопливные отопительные котлы, работающие за счет сжигания биомассы. Такие отопительные установки крайне экономичны и экологичны — весь СО2, образующийся при сжигании топлива, полностью поглощается деревьями и растениями и не попадает в атмосферу.

При выборе котла необходимо учитывать климатические условия и возможные тепловые потери здания. Затем следует определиться с типом топлива, что это будет: брикеты, пеллеты или щепы.

Другим решением для модернизации системы отопления может быть установка теплового насоса. Это устройство, которое позволяет извлекать тепловую энергию из земли, воздуха или воды. Принцип его работы заключается в передаче тепла, при помощи специального компрессора, из мест с низкой температурой в места с высокой температурой. Затем энергия конденсируется и передается в отапливаемое помещение.

Как и в случае использования других возобновляемых источников энергии, выбор теплового насоса должен также основываться на реальных потребностях членов семьи и специфике здания.

7.Энергия биомассы. Что это и как используется.

Представляет собой один из самых критикуемых и одновременно многофункциональных альтернативных источников, поскольку используется далеко не только для выработки электроэнергии. Интересна и история развития этого вида «альтернативки».

Изначально сырьем для биомассы выступали преимущественно с/х культуры с большим содержанием жира, крахмала и сахара. Из них в результате переработки получали биодизель и этилированный спирт, которые становились вторичным источником энергии. Однако выращивание подобных культур наносило непоправимый ущерб почвам, и на сегодняшний день подобный путь получения биомассы практически не применяется.

Следующим поколением биологически чистого сырья стала древесина и жмых обычных культивируемых растений. К сожалению, удельная эффективность их использования в качестве альтернативного источника энергии была невелика. Кроме того, объем биомассы по-прежнему зависел от посевных площадей.

Сегодня все крупные мировые производители биомассы перешли на третье поколение – водяные водоросли. Этот вид растений характеризуется рядом важных преимуществ:

• выращивание производится в специальных искусственных бассейнах, строительство которых возможно где угодно;
• производство не требует выделения почв сельскохозяйственного назначения;
• финансовые затраты минимальны, а скорость воспроизводства максимальна в сравнении с любым другим видом растительности;
• удельная масса водорослей на единицу объема – а, значит, и конечный выход энергии – выше, чем у предыдущих поколений биомассы.

Значительно проигрывая по распространенности солнцу и ветру, биотопливо, тем не менее, занимает достойное место в перечне источников альтернативной энергии.

Подводный электропреобразователь гравитационной энергии

Российскими учеными в результате модернизации известного водоподъемного устройства под названием «гидротаран» (рисунок 14), было изобретено другое водоподъемное устройство, представляющий собой, новый преобразователь потенциальной энергии воды, который, является, по сути, новым источником неисчерпаемой экологически чистой и мощной энергии.

При полном погружении в воду на достаточную глубину, он трансформирует глубинное статическое давление воды в пульсирующую по времени струю воды с более высоким, чем на данной глубине напором. В водозаборное отверстие преобразователя вода под глубинным давлением сама втекает, а с другой стороны из выходного отверстия с еще большим напором вытекает. Данный преобразователь можно использовать, как глубинный насос, как пульсирующий водяной реактивный движитель и как источник электрического тока, если к выходному отверстию присоединить гидротурбину с электрогенератором. При этом его особенностью является то, что для работы не требуется ни грамма привычного топлива или какой-нибудь подведенной дополнительной энергии.

Рис. 14. Гидротаран

Описанный выше преобразователь одинаково подходит для эксплуатации в пресной и морской воде, в неподвижной и в движущейся воде, в озерах и бассейнах, в искусственных резервуарах. При разовом запуске он работает с постоянными параметрами вне зависимости от времени суток и климатических условий без остановки в течение многих лет.

При использовании данного преобразователя в сочетании с гидротурбиной и обычным электрогенератором, то есть при использовании в генерирующей электроэнергетике, на глубине погружения в воду на 15 метров с одного квадратного метра площади водозаборного отверстия можно получить выходную электрическую мощность ~0,75 МВт, а на глубине 300 метров – выходную электрическую мощность ~30 МВт. Исследования показывают, что возможная электрическая мощности увеличивается пропорционально глубине погружения преобразователя в воду. Это позволяет при достаточно большой площади водозаборного отверстия, либо при одновременном использовании нескольких установок объединенных в один блок, получать практически любую требуемую выходную мощность электрического тока. При этом для электростанции любой мощности потребуется всего лишь подземный или наземный резервуар, один раз, полностью наполненный водой, имеющий площадь не более 8м²/МВт и высоту воды не менее 15 метров. Таким образом, может быть создана принципиально новая резервуарная электростанция, способная заменить любую тепловую и атомную электростанцию. Электрогенератор Huter DY6500L.

Возможно также настроить преобразователь таким образом, что при прохождении через него воды он сможет нагревать ее без потерь энергии и производить электроэнергию. В частности, например, вертикальный единичный модуль мощностью 500 кВт расположенный на глубине 20 метров при определенных конструктивных начальных параметрах, и отсутствии мер к охлаждению окружающей воды может уже через 4 часа работы нагреть окружающую его воду в соответствующем подземном или наземном резервуаре с температуры +15 °С до температуры + 75 °С. Таким образом, он может эффективно использоваться для отопления помещений.