Альтернативные источники энергии для частного дома

1. Использование альтернативных систем энергии

Поиск альтернативных источников энергии — это мощный общемировой вектор, определяющий будущее энергетики во всем мире. Уже сегодня для отопления и электричества зданий используются:

• солнечная энергия;
• энергия ветра;
• энергия, полученная из земли (геотермальная энергия);
• энергия морей и океанов;
• энергия внутренних вод;
• энергия биомассы;
• энергия биогаза.

Возобновляемая энергия и ее источники

В основном, альтернативные источники энергии делятся на возобновляемые и синтетические. Разница их заключается в том, что возобновляемые используют для получения энергии различные природные явления, в то время как синтетические построены на синтезе топлива, то есть, по сути, замены природных углеводородов синтетическими материалами.

Спрос и цены на электроэнергию растут не только в нашей стране, но и во всем мире. Это неизбежная плата за развитие современных технологий. И термин «возобновляемые источники» не совсем корректный — все потому, что спрос многократно превышает воспроизводство этих источников: человечество с каждым годом потребляет все больше нефти, газа и угля, месторождения истощаются, больше их не становится.

Все это ведет к тому, что ближайшие десятилетия на ископаемые-энергоносители во всем мире возникнет острый дефицит.

Что это значит для владельцев частных домов?

Это значит, пора начинать готовиться к резкому подорожанию энергоресурсов. Да, это произойдет не сегодня и не сразу. Но лучше к этому моменту быть готовым, утеплить дом, заменить котел, установить новые системы источников энергии, постараться сделать свой дом максимально энергоэффективным.

Сегодня в частных домах возобновляемую энергию из альтернативных источников можно получить посредством установки:

• Солнечных батарей (солнечные коллекторы);
• Теплового насоса;
• Рекуператоров вентиляции;
• Ветровых турбин;
• Установкой внешних систем электроснабжения.

Учитывая наш холодный и резко континентальный климат, одного источника для отопления дома может оказаться недостаточно. И здесь уже надо смотреть комбинации:

• Если в вашем регионе много солнечных дней, можно рассмотреть комбинацию солнечных панелей и традиционного котельного отопления. Днем солнце будет экономить вам топливо, а ночью (пока заряжаются панели) дом будет отапливаться котлом;
• Если в вашем районе частые и сильные ветра, то однозначно стоит подумать об установке ветряка. Комбинировать ветряную энергию с котельным отоплением можно по той же схеме, что описана выше;
• Для более рационального использования энергии в теплых регионах, можно вообще рассмотреть замену традиционного котлов на котлы, работающие на биомассе, тепловые насосы и системы рекуперации тепла из вентиляции.

Что немаловажно, альтернативные источники энергии обеспечат стабильность отопления вашего дома. Ведь, ни для никого не секрет, что во многих российских поселках и деревнях отключение электричества — довольно частое явление.

Солнечная энергия

Основной элемент домашней солнечной электростанции — фотоэлектрические элементы, изготовленные из кремниевых пластин. Под воздействием солнечного излучения, они вырабатывают электричество, при том совершенно бесплатно.

Солнечные коллекторы могут еще использоваться в качестве вторичного теплоносителя. Например, с помощью них можно поддерживать в доме постоянную горячую воду. Разумеется, необходимо правильно спроектировать такую установку, учесть число всех жителей и их потребность в горячей воде, а также уровень поступающего на крышу дома солнечного света. В идеале коллекторы должны быть установлены с южной стороны дома.

Ветряная энергия

Установка домашнего ветряка — тоже интересное, но пока что дорогое решение для большинства домовладельцев. Зато такая система менее зависима от погоды и числа солнечных дней — ветряки работают постоянно, меняя лишь крутящий момент.

Рекуператор и рекуперация тепла

Рекуператор — это специальное устройство, устанавливаемое в систему вентиляции, главная функция которого — возвращать исходящий из дома теплый воздух обратно в дом.

На рынке представлено множество моделей и типов рекуператоров. Стоят они относительно недорого. Для лучшего эффекта, рекомендуется выбирать устройства с максимальным КПД (свыше 90%) и потреблением не более 0,35 Вт мощности на 1 м3 воздуха.

Сочетание возобновляемых источников энергии: гибридные решения

В доме можно комбинировать более одного альтернативного источника энергии. Наиболее популярным решением являются гибридные коллекторы с использованием фотоэлектрических элементов и солнечных коллекторов. В тоже время они нагревают воду и вырабатывают электричество.

Энергию и тепло сегодня даже можно извлечь из сточных вод. На рынке есть так называемые системы отопления от сероводорода. Они собирают теплую воду, ранее использовавшуюся для стирки или мытья посуды, и передают ее в систему отопления дома. Эта система состоит из фильтра, специального резервуара для сточной воды и насоса.

Какое устройство выбрать для своего дома — решать вам. Если бюджет ограничен и вы не уверены в том, что устройство будет работать эффективно, рекомендуется начать с малого: установкой одной солнечной панели или рекуператора. А там уже смотреть.

Могут ли альтернативные системы энергии полностью заменить котел?

Нет, пока что не могут. Альтернативные источники энергии часто критикуют за их малую мощность — ни солнечные панели, ни ветряные электростанции, ни рекуператоры, разумеется, не смогут полностью решить проблему отопления и электричества частного дома. Или смогут, но это будет стоить слишком дорого.

Тем не менее, очевиден и другой факт — что такие устройства уже сегодня становятся важной составляющей инженерии многих домов, поскольку многие владельцы поняли, что такие системы позволяют неплохо сэкономить на счетах за газ и электроэнергию.

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.

Система солнечного электроснабжения: принцип работы

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. Их основная особенность состоит в том, что они не могут вырабатывать ток высокого напряжения. Отдельный элемент системы способен вырабатывать ток напряжением 0,5-0,55 В. Соответственно одна солнечная батарея способна вырабатывать ток напряжением 18-21 В, что достаточно для зарядки 12-вольтовой аккумуляторной батареи.
• Аккумуляторы. Одной батареи 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.

Если инвертор, аккумуляторные батареи и контроллер заряда лучше приобрести готовыми, то солнечные батареи вполне возможно сделать самому.

Качественный контроллер и правильность подключения помогут как можно дольше сохранять работоспособность аккумуляторных батарей и автономность всей солнечной станции в целом

Ветрогенерация

На первый взгляд отличным вариантом для дачи является применение ветрогенератора. Он занимает участок земли круглой формы диаметром порядка 10 м, на котором можно что-нибудь посадить из овощей. Стоимость полного комплекта домашней ветроэлектростанции автономного типа мощностью 3 кВт составляет в среднем от 300 000 до 400 000 руб. Стоимость услуг по установке — от 25 000 руб. В принципе, и такие примеры известны, можно изготовить часть деталей самостоятельно, при этом стоимость материалов для их изготовления и узлов, которые невозможно сделать в домашней мастерской, составит 50 000-100 000 руб. Установить ветрогенератор можно своими силами, какого-либо специального образования для этого не требуется. Если вы самостоятельно устанавливаете ветрогенератор или солнечную электростанцию, не забудьте обеспечить необходимую молниезащиту [Л].

При простоте изготовления и установки эксплуатация ветряка таит в себе множество проблем. Мощные электростанции используют ветряки с мачтами высотой порядка нескольких десятков метров. Располагаются они в чистом поле либо на берегу моря (а иногда и на морском шельфе). Высота мачты бытового ветряка обычно не превышает 12 м. Если объем электроэнергии, вырабатываемой 1 кв. м солнечных панелей, приблизительно одинаков для данной даты в пределах одного района, то параметры генерации ветряка, установленного на высоте 10-12 м, гораздо менее предсказуемы. В итоге энергии, выработанной ветряком, может в реальности не хватить даже для зарядки аккумулятора на случай пропадания энергии в сети, не говоря уже о стабильном питании. Хотя всего в паре километров от этого места установка ветрогенератора дает отличные результаты. Проведение же исследования воздушных потоков конкретно над вашим дачным участком стоит примерно столько же, сколько сама ветроэлектростанция.

Еще сложнее уладить возможные претензии соседей. Ваш ветряк будет гордо возвышаться над поселком, застроенном домами высотой не более трех этажей. Вредное влияние ветряков — одна из «страшилок», активно тиражируемых в интернете. Правда, речь идет о гигантских ветрогенераторах — они действительно создают инфразвуковое излучение, влияние которого на природу до конца не изучено (хотя пока нет и однозначных научных доказательств о его вреде для человека). Но страхи автоматически переносятся и на безобидные малые ветряки. Впрочем, бытовой ветрогенератор действительно создает акустический шум, безопасный для людей (инфразвуковая составляющая в нем минимальна), тем не менее он может быть слегка слышен на соседних участках.

Ветрогенератор — оптимальное решение для энергоснабжения дома, удаленного от населенных пунктов

В том случае, если вы являетесь членом садоводческого некоммерческого товарищества (т. е. пользуетесь участком, выделенным еще в советское время) или же членом товарищества собственников жилья (в современных коттеджных поселках), то установку ветряка вам придется согласовывать с другими жителями поселка. Тем не менее, даже если вы формально не обязаны ничего согласовывать, соседи все равно могут подать на вас в суд, мотивируя это тем, что ветряк испортил вид на их дом и, соответственно, снизил его рыночную стоимость.

Ветрогенераторы можно рассматривать как выгодное решение для энергоснабжения домов, находящихся на некотором удалении от деревень и дачных поселков. Согласовывать установку там точно не нужно, воздушные потоки в таких местах более прогнозируемые.

Альтернативные источники энергии для частного дома

Владельцы частных домов, благодаря использованию альтернативных источников энергии, могут существенно снизить расходы по коммунальным счетам или полностью отказаться от услуг поставщиков газа, электричества и тепла. Также имеется возможность не только сделать своё хозяйство энергонезависимым, но и реализовывать излишки. Государство всячески поощряет развитие и использование установок альтернативных источников энергии рядовыми гражданами. Для получения тепла и электричества при помощи нетрадиционных источников энергии можно использовать заводское оборудование или сделать его своими руками. Итак, альтернативная энергетика позволяет:

• преобразовывать солнечную энергию в электричество или тепло для горячего водоснабжения и низкотемпературного отопления;
• с помощью специальных генераторов получать электроэнергию, используя силу ветра;
• с помощью специальных насосов забирать из земли, воды и воздуха тепло и отапливать дома и вырабатывать электроэнергию посредством теплогенераторов;
• получение газа из отходов сельхозпродукции, биологических материалов и продуктов жизнедеятельности домашних животных и птиц.

Картинка альтернативных источников энергии, которые можно использовать в частном доме, причём комплексно

Наибольшая эффективность достигается путём использования нескольких видов источника альтернативной энергии.

Солнечная энергия как альтернативный источник энергии

Использование энергии солнца позволяет получать при помощи солнечных полупроводниковых панелей и коллекторов электричество и горячую воду для отопления и ГВС. Под воздействием света на кремниевые элементы возникает направленное движение электронов (электрический ток). Соединив достаточное количество панелей, можно получить электричество, которое хватит для обеспечения нужд одного дома. Так, например, солнечная батарея площадью 1,4 м2 при хорошей освещённости выдаёт 24 В при мощности порядка 270 Вт. Поскольку солнце светит не всё время и с разной силой, то невозможно подключить бытовые приборы напрямую к преобразующим панелям. Для того чтобы пользоваться электричеством от солнечных батарей, нужна целая система, включающая в себя:

• аккумулятор (АКБ) для накопления излишков электроэнергии (задействуется в тёмное время суток и ненастную погоду);
• контроллер (необязателен, но рекомендован) предназначен для мониторинга уровня заряда АКБ, чтобы не допустить полной разрядки или перезаряда, а также для оптимизации работы солнечных панелей;
• инвертор, преобразующий постоянный ток в переменный и позволяющий получить напряжение в 220−230 В.

Для того чтобы сделать дом или дачу полностью независимым от централизованного электроснабжения, необходимо установить большое количество батарей и несколько аккумуляторов. Это, конечно, недёшево, но в итоге полностью окупается за сравнительно короткий срок. Набор панелей для выработки 1500 Вт в сутки, чего хватит для обеспечения дачи или некоторых электроприборов в доме, стоит порядка 1 000 $, для производства 4 кВт – около 2 200 $, а 9 кВт – 6 200 $. Можно купить небольшую установку и впоследствии дополнить её новыми солнечными батареями, добившись требуемой мощности.

Альтернативное электричество для частного дома своими руками

Альтернативные источники электроэнергии для частного дома – солнечные панели

Итак, мы уже рассмотрели, что солнечная энергия может использоваться для получения электроэнергии (полупроводниковые панели) и тепла для отопления и горячего водоснабжения (коллекторы). Разберём, что представляют собой солнечные батареи. Солнечная батарея состоит из определённого количества кремниевых фотоэлементов (бытовые модели). Такие панели имеют КПД в 20−24% и сравнительно невысокую стоимость. Фотоэлементы соединяются между собой, и их контакты выводятся на клеммы, находящиеся на закрытом корпусе каждой батареи. Корпус изготавливают из анодированного алюминия, а лицевую панель − из прочного стекла высокого качества и покрытого антибликовым составом.

Получение альтернативной электроэнергии для дома своими руками

Солнечные коллекторы – достойная замена традиционным водонагревателям

Солнечные теплоколлекторы позволяют накапливать 600−800 Вт/ч с одного квадратного метра и обеспечить дом достаточным количеством энергии для отопления и ГВС. Конструкционно коллекторы разделяются на следующие основные группы:

• вакуумные. Плоские или многотрубные конструкции с естественной или принудительной циркуляцией теплоносителя в системе. В основном это стационарные коллекторы, предназначенные для сезонного использования;
• воздушные солнечные системы, которые являются наиболее лёгкими и простыми. Тепло с нагретой поверхности коллектора снимается потоком воздуха;
• в третьем варианте тепло от солнечных коллекторов может использоваться для трансформации его в электроэнергию.

Последний вариант не пользуется особой популярностью среди рядовых потребителей из-за сложности обслуживания и высокой стоимости оборудования.

Пример устройства альтернативной энергетики для дома, созданного своими руками

Тепловые насосы для отопительных систем частных домов

В настоящее время для отопления домов и обеспечения их горячим водоснабжением в основном применяют различные виды котлов – твердотопливные, дизельные, газовые и электрические. Сравнительно недавно появился ещё один способ нагрева жидкости при помощи теплового насоса, но пока он ещё не получил достаточно широкого применения. Теплоноситель, двигаясь по путепроводу, проложенному в грунте на определённой глубине, нагревается на несколько градусов и поступает в испаритель. Далее нагретая жидкость отдаёт тепло хладагенту, который при низких температурах превращается в пар и поступает в компрессор. В компрессоре он сжимается, что приводит к увеличению давления и, соответственно, повышению температуры.

Сжатый нагретый хладагент перемещается в конденсатор, где отдаёт тепло другому теплоносителю (воздух, вода или антифриз). В результате этого процесса происходит охлаждение хладагента и возврат его в жидкое состояние. После этого жидкость поступает в испаритель, и весь цикл повторяется.

Принцип работы теплонасоса

Тепловой насос для дома. Что такое, принципы работы, основные виды тепловых насосов, обзор производителей, дополнительные возможности тепловых насосов и как сделать тепловой насос своими руками, рекомендации специалистов.Энергия ветра как альтернативный источник энергии

Использование силы ветра для получения электричества особенно актуально в тех регионах планеты, где нет возможности использовать другие источники энергии. Стационарные ветрогенераторы (в зависимости от количества установок) позволяют обеспечить электроэнергией дом, производство и даже городские районы. Устройства для преобразования энергии ветра в электричество делятся на две группы:

1. Вертикальные. Преимущество такой конструкции заключается в том, что нет необходимости устанавливать её, ориентируясь на преобладающие ветра. В силу недостаточной эффективности используются для частных домовладений. Именно этот тип ветрогенератора умельцы предпочитают изготавливать для удовлетворения своих потребностей в электроэнергии. Такие конструкции просты, обладают достаточной устойчивостью к нагрузкам и могут быть легко усовершенствованы для увеличения мощности.
2. Горизонтальные. Обладают большей эффективностью, чем вертикальные ветрогенераторы, но нуждаются в корректировки положения в соответствии с направлением ветра. Используются в основном для выработки электроэнергии в промышленных масштабах.

Можно легко воплотить в жизнь своими руками готовые решения альтернативной энергии

Установка для производства биогаза

Биогаз – один из экологически чистых альтернативных источников энергии, способ получения которого не оказывает большого влияния на окружающую среду. Тем более что для его получения используются отходы жизнедеятельности человека, животных и сельского хозяйства, нуждающиеся в утилизации. Эта технология постоянно усовершенствуется, но среди нетрадиционных источников электроэнергии она не пользуется такой популярностью, как солнечные батареи, ветрогенераторы или термальные станции.

Принципиальная схема биогазовой установки

Этот вид биотоплива получают путём брожения сырья в специальном реакторе. Отходы загружают в установку и подвергают их воздействию специальных бактерий в течение определённого времени, которое зависит от объёмов сырья. В результате подобной переработки вырабатывается горючая смесь (60% метана, 35% углекислоты и 5% прочих видов газов), а также сероводород, который является потенциально опасным для человека. Полученный продукт проходит очистку и по трубам поступает к приборам-потребителям (отопительным котлам, газовым печам и т.д.) или при излишках в накопитель (газгольдер).

Отходы, оставшиеся после получения биогаза, требуется регулярно удалять из реактора. Сырьё после брожения широко используется в сельском хозяйстве в качестве высококачественного удобрения. Установка для получения этого вида топлива выгодна владельцам животноводческих ферм или сельскохозяйственных предприятий, а также тем, кто имеет доступ к необходимому сырью. Биореактор можно приобрести в специализированных компаниях, заказать или сделать своими руками.

Схема простейшей установки для производства биогаза, которую можно изготовить самостоятельно

Что такое Скада система и что собой представляет

2. 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.

3. Минимизация потерь тепла из дома

В заключение этой статьи мы не можем не затронуть еще один важный аспект — минимизацию потерь тепла из дома. Ведь, очевидно, какими бы эффективными и современными не были источники энергии вашего дома, если он «дырявый как сито» — все труды будут напрасными, а экономия бюджета — минимальной.

Как же избавиться от потерь тепла? Поскольку мы уже ранее неоднократно писали на нашем портале Nedvio.com об энергоэффективности домов, различных утеплителях и пассивных технологиях строительства, рассмотрим эти факторы здесь кратко:

1. Улучшение теплоизоляции стен и кровли;
2. Выявление тепловых мостов и их устранение;
3. Замена окон и дверей на более теплоизолированные (предпочтительно с коэффициентом теплопередачи [U] до 1,0 Вт / м²K);
4. Модернизация естественной механической вентиляции дома в систему с рекуперацией тепла;
5. Теплоизоляция труб и установка более эффективных бойлеров.

Разумеется, это далеко не все факторы. Вот наглядная схема того, куда может уходить тепло из вашего дома:

Если следовать данным рекомендациям и привести дом в порядок, вы уже с первых недель заметите, что дом станет более теплым, а счета за отопление и электричество станут меньше. Ну а использование альтернативных, возобновляемых источников энергии поможет достичь вам еще лучших показателей комфорта и эффективности вашего дома.

Альтернативный проект по использованию солнечной энергии

Использование солнечной энергии не ограничивается кремниевыми батареями. Существует еще одна схема источника альтернативной энергии на основе солнечной тепловой энергии. В отличие от полупроводниковых панелей с прямым преобразованием света в электричество, в основе альтернативной системы используется тепло, получаемое в нескольких тепловых солнечных коллекторах.

Разогретая до 120оС вода или этиленгликоль поступает в бойлер-теплообменник, расположенный в подвале дома. Часть тепла отдается легкокипящей жидкости – бутану или фреону, которая направляется на небольшой электрогенератор с вихревой турбиной, а часть накапливается в массивном теплоаккумуляторе, заполненном расплавленным парафином.

Стоимость одной такой альтернативной установки примерно на 60-70% больше, чем для системы с кремниевыми панелями. По отзывам производителей, даже при более высокой цене спрос на альтернативный источник энергии значительно выше, чем на кремниевые панели:

• Ресурс конструкции при условии ежегодного обслуживания составляет более 50 лет;
• КПД альтернативной установки на солнечной энергии в 2,5 раза выше, чем у современной бытовой солнечной батареи.

Вместо дорогостоящих литий-ионных батарей в системе используется дешевый теплоаккумулятор, способный запасать энергию до 150 кВт/ч в электрическом эквиваленте. Это означает, что даже в зимнее время, в условиях непогоды и самого пасмурного неба, альтернативный источник энергии способен отапливать помещение площадью в 40-50 м2 в течение 24-30 ч. Единственным существенным недостатком тепломеханического источника энергии является необходимость прибегать к услугам сертифицированных специалистов для монтажа и регулярного обслуживания системы.

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.

Ветрогенераторы

Еще один популярный альтернативный источник энергии — ветрогенератор. Подходит такой способ электроснабжения дома не для всех регионов, для эффективной работы ветряка должен быть постоянный ветер, скорость ветра должна составлять минимум 4-4,5 м/с.

Для того, чтобы узнать среднегодовую скорость ветра, можно использовать карту ветров. Она отражает приблизительные данные по регионам. Более точные показатели можно получить с помощью анемометра.

Принцип работы ветрогенератора

Ветрогенератор преобразовывает кинетическую энергию в механическую, которая приводит в движение лопасти ротора, установленного на генераторе. В результате этого в его обмотках создается переменный ток.

Сгенерированная электрическая энергия накапливается в аккумуляторных батареях и оттуда подается на бытовые приборы.

Устройство ветрогенератора

В состав ветряной станции входят:

• ротор с лопастями;
• коробка передач или редуктор, который осуществляет контроль скорости между генератором и ротором;
• защитный кожух, который ограждает детали конструкции от негативного влияния внешних факторов;
• «хвост», который обеспечивает поворот конструкции вслед за направлением ветра;
• накопительная батарея, сохраняющая определенный запас энергии;
• инверторная установка, преобразующая один вид тока в другой.

Виды ветрогенераторов

Существует несколько видов ветряков, в данной статье разберем самые популярные. Они делятся на классы по:

1. Направлению вращательного движения лопастей – горизонтальные и вертикальные ветряки.
2. Количеству лопастей – 2, 3 и многолопастные устройства.
3. Типу материала, которое используют в производстве лопастей – конструкции с парусными и жесткими лопастями.
4. Способу управления – ветряки с фиксированным или регулируемым шагом лопастей.

Главным параметром ветряной электростанции является ее мощность. Необходимо помнить, что своего пикового значения она достигает только при максимальной скорости вращения. Для того, чтобы добиться максимальной скорости, необходимо обеспечить подходящую высоту установки ветряка и выбрать модель с оптимальным количеством лопастей. В большинстве случаев потребители останавливаются на трехлопастных моделях. Если выбрать модель мощностью 3 кВт, то этого вполне хватит для большинства нужд.

Плюсы и минусы ветрогенератора

К плюсам использования ветрогенератора относиться:

• Экологичность использования, также, как и солнечные батареи, ветрогенераторы — абсолютно экологически чистый продукт;
• Бесплатное использование, не требующее дополнительных затрат;
• Минимальный износ деталей;
• Не требует постоянного контроля, т.к. конструкция вырабатывает электроэнергию самостоятельно каждый раз, когда дует ветер;
• Возможно использование практически в любых климатических условиях.

Также установка ветрогенератора имеет и свои минусы:

• Шумный;
• Большая стоимость установки оборудования;
• Чтобы компенсировать бездействие устройства в безветренные дни, требуется дополнительное оборудование: генератор и накопительная батарея (стоимость этих элементов очень высокая);
• Необходимо постоянное проведение профилактических работ.

Тепловые насосы для отопления дома

Тепловые насосы используют все имеющиеся в наличии альтернативные источники энергии. Они отбирают тепло у воды, воздуха, грунта. В небольших количествах это тепло есть там даже зимой, вот его и собирает тепловой насос и перенаправляет на обогрев дома.

Тепловые насосы также используют альтернативные источники энергии — тепло земли, воды и воздуха

Принцип работы

Чем же так привлекательны тепловые насосы? Тем, что затратив 1 кВт энергии на ее перекачку, в самом плохом варианте вы получите 1,5 кВт тепла, а самые удачные реализации могут дать до 4-6 кВт. И это никак не противоречит закону сохранения энергии, ведь расходуется энергия не на получение тепла, а не его перекачивание. Так что никаких нестыковок.

Схема теплового насоса для использования альтернативных источников энергии

У тепловых насосов есть три рабочих контура: два наружных и они внутренний, а также испаритель, компрессор и конденсатор. Работает схема так:

• В первом контуре циркулирует теплоноситель, который отбирает тепло у низкопотенциальных источников. Он может быть опущен в воду, закопан в землю, а может отбирать тепло у воздуха. Самая высокая температура, которая достигается в этом контуре — около 6°C.
• Во внутреннем контуре циркулирует теплоноситель с очень низкой температурой кипения (обычно 0°C). Нагревшись, хладагент испаряется, пар попадает в компрессор, где сжимается до высокого давления. При сжатии выделяется тепло, пары хладагента разогреваются до температуры в среднем от +35°C до +65°C.
• В конденсаторе тепло передается теплоносителю из третьего — отопительного — контура. Остывающие пары конденсируются, затем дальше попадают в испаритель. И далее цикл повторяется.

Отопительный контур лучше всего делать в виде теплого пола. Температуры для этого самые подходящие. Для радиаторной системы потребуется слишком большое число секций, что некрасиво и невыгодно.

Альтернативные источники тепловой энергии: откуда и как брать тепло

Но самые большие сложности вызывает устройство первого внешнего контура, который собирает тепло. Так как источники низкопотенциальные (тепла у низ мало), то для сбора его в достаточном количестве требуются большие площади. Есть четыре вида контуров:

• Кольцами уложенные в воде трубы с теплоносителем. Водоем может быть любым — река, пруд, озеро. Главное условие — он не должен промерзать насквозь даже в самые сильные морозы. Более эффективно работают насосы, выкачивающие тепло из речки, в стоячей воде тепла передается намного меньше. Такой источник тепла реализуется проще всего — закинуть трубы, привязать груз. Только велика вероятность случайного повреждения.
  В воде сделать термальное поле проще всего
• Термальные поля с закопанными ниже глубины промерзания трубами. В этом случае недостаток один — большие объемы земляных работ. Приходится снимать грунт на большой площади, да еще на солидную глубину.
  Большой объем земляных работ
• Использование геотермальных температур. Бурят некоторое количество скважин большой глубины, в них опускают контура с теплоносителем. Чем хорош этот вариант — мало места требует, но не везде есть возможность бурить на большие глубины, да и услуги буровых стоят немало. Можно, правда, сделать буровую установку самостоятельно, но работа все равно нелегкая.
  Со скважинами требуется меньше места
• Извлечение тепла из воздуха. Так работают кондиционеры с возможностью обогрева — отбирают тепло у «забортного» воздуха. Даже при минусовой температуре такие агрегаты работают, правда при не очень «глубоком» минусе — до -15°C. Чтобы работа была интенсивнее, можно использовать тепло от вентиляционных шахт. Закинуть туда несколько переть с теплоносителем и качать оттуда тепло.
  Самые компактные, но и самые нестабильные тепловые насосы, отбирающие тепло у воздуха

Основной недостаток тепловых насосов — высокая цена самого насоса, да и монтаж полей сбора тепла обходится недешево. На этом деле можно сэкономить, сделав насос самостоятельно и также своими руками уложив контура, но сумма все равно останется немалой. Плюс в том, что отопление будет недорогим а действовать система будет долго.

Возобновляемая энергия в мире

Главный потребитель возобновляемых источников энергии – Евросоюз. В некоторых странах альтернативная энергетика вырабатывает почти 40% от всей электроэнергии. Там уже прижились разные меры поддержки: скидочные тарифы на подключение и возврат денег за покупку оборудования. Не отстают страны Востока и США.

Германия

40% электроэнергии в Германии дают возобновляемые источники. Она лидер по числу ветровых установок, которые генерируют 20,4 % электричества. Оставшаяся доля приходится на гидроэнергетику, биоэнергетику и солнечную энергетику. Немецкое правительство поставило план: вырабатывать 80% энергии за счёт альтернативных источников к 2050 году, но закрывать атомные электростанции пока не хочет.

Исландия

У Исландии очень много горячей воды, потому что она расположилась в зоне вулканической активности. Страна обеспечивает 85% домов отоплением из геотермальных источников и покрывает ими 65% потребностей населения в электроэнергии. Мощность источников настолько велика, что они хотят наладить экспорт энергии в Великобританию.

Швеция

После нефтяного кризиса 1973 года страна стала искать другие источники энергии. Началось всё с ГЭС и АЭС. Из-за атомных станций шведов часто критиковали Greenpeace, но с конца 80-х доля энергии от АЭС не растёт.

Начиная с 90-х Швеция строит оффшорные ветропарки в море. На выбросы предприятиями углерода в атмосферу введён дополнительный налог, а для производителей ветровой, солнечной и биоэнергии есть льготы.

Ещё Швеция активно использует энергию от переработки мусора и даже планирует его закупать у соседних стран, чтобы отказаться от нефти. Некоторые города получают тепло от мусоросжигательных заводов.

Китай

В Китае самая мощная ГЭС в мире – «Три ущелья». По состоянию на 2018 год – это крупнейшее по массе сооружение. Её сплошная бетонная плотина весит 65,5 млн тонн. За 2014 станция произвела рекордные для мира 98,8 млрд кВт⋅ч.

Крупнейшие ветровые ресурсы тоже здесь (три четверти из них поставлены в море). К 2020 году страна планирует выработать при их помощи 210 ГВт.

Ещё тут 2 700 геотермальных источников и делают 63% устройств для преобразования солнечной энергии. Китай занимает третье место в производстве биотоплива на основе этанола.