Що таке альтернативні джерела енергії: економія і перспективи

До недавнього часу основними джерелами енергії були: нафта, газ, вугілля, вода і деревина. Однак природні ресурси стрімко виснажуються, ціни на них ростуть, до того ж викиди від їх переробки чинять негативний вплив на навколишнє середовище. З цих причин багато країн схиляються до впровадження і розвитку інноваційних рішень в області енергетики, які дозволять замінити традиційні види палива. У даній статті ми розглянемо, що таке альтернативні джерела енергії, їх види, ефективність і перспективи застосування.

Зелена енергія врятує наш світ

Альтернативні джерела енергії – що це таке

Альтернативне джерело енергії (АДЕ) представляють собою екологічно чистий поновлюваний ресурс, який при перетворенні дозволяє отримувати тепло або електрику, використовувані для повсякденних потреб людини. До таких ресурсів слід віднести всі існуючі види природних водойм, сонце, вітер, тепло з надр землі, біологічне паливо, а також перероблене вторсировину. Альтернативні джерела енергії, на відміну від традиційних видів, можуть відновлюватися необмежену кількість разів, вони більш ефективні, дешевше і екологічно безпечні.

Наша природа і Космос дають невичерпні запаси енергії

Види альтернативних джерел енергії

Залежно від поновлюваного ресурсу сучасні джерела енергії поділяються на кілька видів, які визначають способи її перетворення і типи установок, призначених для цього. Розглянемо коротко альтернативні джерела енергії та їх характеристики.

Настав час зробити правильний вибір на користь використання невичерпних запасів сонячної, вітрової та іншої відновлюваної енергії

Використання альтернативних джерел енергії – сонце і вітер

Перетворення енергії сонця за допомогою спеціальних пристроїв дозволяє отримувати тепло і електрику для подальшого використання. Електрична енергія генерується завдяки фізичним процесам, які відбуваються в кремнієвих напівпровідниках сонячних панелей під впливом сонячних променів, а теплова – властивостями газів і рідин.

Приклад альтернативного джерела електроенергії – сонячні батареї, встановлені на воді, для економії земляних площ

Використання вітру в якості альтернативного джерела енергії засноване на перетворенні сили повітряних потоків в електрику за допомогою спеціальних електричних генераторних установок. Вітряні млини є різну конструкцію і габарити, а також відрізняються і за місцем розташування. Вітер приводить в рух лопаті, які, в свою чергу, обертають генератор, що виробляє електроенергію.

Вітер, вітер, ти могутній …

Вода і тепло Землі на службі людини

Силу води для отримання електроенергії людина навчилася використовувати вже давно. Раніше для цього будувалися гідроелектростанції, які перекривали річки, це були як невеликі, так і грандіозні споруди. З розвитком технологій конструкції гідроелектростанцій змінилися, і тепер з’явилася можливість отримувати електрику не тільки за рахунок сили річкового потоку, а й завдяки припливам морів і океанів (приливні станції). Вода падає на лопаті турбін, що обертають генератор, який виробляє електроенергію, що надходить до споживача.

Один з перших освоєних людиною видів АІЕ – гідроелектростанції

У надрах нашої Землі приховані величезні запаси тепла, які дозволяють замінити більш дорогі і «брудні» джерела енергії. Цей напрямок називається геотермальної енергетикою, в якій використовують чотири основних види теплоресурсів:

  • поверхневе тепло землі;
  • енергія пари і гарячої води, що знаходяться у поверхні землі;
  • тепло, сконцентроване глибоко в надрах планети;
  • енергія магми і тепла, що накопичується під вулканами.

Внутрішнє тіло землі використовується для опалення будинків і виробництва електрики. Його запаси в 35 млрд раз перевищують річну потребу в енергії в усьому світі. Перша геотермальна електростанція потужністю в 7,5 МВт була введена в Італії в 1916 році. На даний момент собівартість електроенергії, що виробляється ТеоТЕС, практично дорівнює тій, що виробляється вугільними ТЕС.

Геотермальна електростанція Хеллішейді в Ісландії – хороший проект альтернативного джерела електроенергії

Біопаливо – альтернатива бензину

Біопаливо є альтернативним джерелом енергії, яка виходить внаслідок переробки органічної сировини або відходів. Цей вид палива може бути в твердому, рідкому або газоподібному стані. В якості твердого біопалива використовується дерево, брикети та пелети з її відходів деревини або сільгосппродукції (лузга соняшника та гречки, горіхова шкаралупа і т.д.). Дане паливо використовують для вироблення теплової та електричної енергії на ТЕС.

Відходи деревопереробної промисловості можна використовувати для виробництва біопалива

Рідке біопаливо отримують шляхом переробки рослинної маси певних сільськогосподарських культур і їх відходів (солома) і використовують в основному в якості пального для автомобілів. До цього виду екопального можна віднести:

  • біоетанол;
  • біометанол;
  • біобутанол;
  • біодизель;
  • диметиловий ефір.

Газоподібне екопаливо буває трьох видів: біогаз, біоводень і метан. Його отримують за допомогою бродіння біологічної маси. Сировина піддається впливу особливих бактерій, які розкладають біомасу, і внаслідок цього виробляється газ.

Сировина для отримання біогазу

Розвиток альтернативних джерел енергії

За даними Міненерго РФ, частка використання альтернативних джерел енергії в Росії складає всього лише 1%. Планується збільшити даний показник до 2020 року до 4,5%, за рахунок залучення не тільки коштів уряду Російської Федерації, а й приватних підприємців. Розвиток альтернативної енергетики має великий потенціал:

  • зважаючи на малу заселеності морських і океанських узбереж Камчатки, Чукотки, Сахаліну і інших територій можливий розвиток вітрової та приливної енергетики;
  • актуально розвиток сонячної енергетики, особливо в Ставропольському і Краснодарському краї, на Північному Кавказі, Далекому Сході та ін.

Способи генерування електроенергії в різних країнах

На жаль, альтернативна енергетика не є пріоритетним напрямком російської промисловості. Основною проблемою є фінансування подібних проектів. Іноді видобуток вугілля і нафти обходиться дешевше, ніж будівництво вітрогенераторних і сонячних електростанцій.

Альтернативні джерела енергії для приватного будинку

Власники приватних будинків, завдяки використанню альтернативних джерел енергії, можуть істотно знизити витрати за комунальними рахунками або повністю відмовитися від послуг постачальників газу, електрики і тепла. Також є можливість не тільки зробити своє господарство енергонезалежною, а й реалізовувати надлишки. Держава всіляко заохочує розвиток і використання установок альтернативних джерел енергії рядовими громадянами. Для отримання тепла і електрики за допомогою нетрадиційних джерел енергії можна використовувати заводське обладнання або зробити його своїми руками. Отже, альтернативна енергетика дозволяє:

  • перетворювати сонячну енергію в електрику або тепло для гарячого водопостачання та низькотемпературного опалення;
  • за допомогою спеціальних генераторів отримувати електроенергію, використовуючи силу вітру;
  • за допомогою спеціальних насосів забирати з землі, води і повітря тепло і опалювати будинки і виробляти електроенергію за допомогою теплогенераторів;
  • отримання газу з відходів сільгосппродукції, біологічних матеріалів і продуктів життєдіяльності домашніх тварин і птахів.

Картинка альтернативних джерел енергії, які можна використовувати в приватному будинку, причому комплексно

Найбільша ефективність досягається шляхом використання декількох видів джерела альтернативної енергії.

Сонячна енергія як альтернативне джерело енергії

Використання енергії сонця дозволяє отримувати за допомогою сонячних напівпровідникових панелей і колекторів електрику та гарячу воду для опалення та ГВП. Під впливом світла на кремнієві елементи виникає спрямований рух електронів (електричний струм). Поєднавши достатню кількість панелей, можна отримати електрику, яке вистачить для забезпечення потреб одного будинку. Так, наприклад, сонячна батарея площею 1,4 м2 при хорошій освітленості видає 24 В при потужності близько потужність 270 Вт. Оскільки сонце світить не весь час і з різною силою, то неможливо підключити побутові прилади безпосередньо до перетворює панелям. Для того щоб користуватися електрикою від сонячних батарей, потрібна ціла система, що включає в себе:

  • акумулятор (АКБ) для накопичення надлишків електроенергії (задіюється в темну пору доби та негоду);
  • контролер (Необов’язковий, але рекомендований) призначений для моніторингу рівня заряду АКБ, щоб не допустити повної розрядки або перезарядження, а також для оптимізації роботи сонячних панелей;
  • інвертор, перетворює постійний струм в змінний і дозволяє отримати напруга в 220? 230 В.

Для того щоб зробити будинок або дачу повністю незалежним від централізованого електропостачання, необхідно встановити велику кількість батарей і кілька акумуляторів. Це, звичайно, недешево, але в підсумку повністю окупається за порівняно короткий термін. Набір панелей для вироблення 1500 Вт на добу, чого вистачить для забезпечення дачі або деяких електроприладів в будинку, коштує близько 1 000 $, для виробництва 4 кВт – близько 2 200 $, а 9 кВт – 6 200 $. Можна купити невелику установку і згодом доповнити її новими сонячними батареями, домігшись необхідної потужності.

Альтернативне електрику для приватного будинку своїми руками

Альтернативні джерела електроенергії для приватного будинку – сонячні панелі

Отже, ми вже розглянули, що сонячна енергія може використовуватися для отримання електроенергії (напівпровідникові панелі) і тепла для опалення та гарячого водопостачання (колектори). Розберемо, що представляють собою сонячні батареї. Сонячна батарея складається з певної кількості кремнієвих фотоелементів (побутові моделі). Такі панелі мають ККД в 20? 24% і порівняно невисоку вартість. Фотоелементи з’єднуються між собою, і їх контакти виводяться на клеми, що знаходяться на закритому корпусі кожної батареї. Корпус виготовляють з анодованого алюмінію, а лицьову панель? з міцного скла високої якості і покритого антивідблиску складом.

Отримання альтернативної електроенергії для будинку своїми руками

Стаття по темі:

Сонячні батареї для дому. Що таке, принципи роботи і види сонячних батарей для приватного будинку, вартість комплекту, відгуки, технічні характеристики, рекомендації фахівців – читайте в публікації.

Сонячні колектори – гідна заміна традиційним водонагрівачів

Сонячні теплоколлектори дозволяють накопичувати 600? 800 Вт / год з одного квадратного метра і забезпечити будинок достатньою кількістю енергії для опалення і ГВП. Конструкційно колектори поділяються на такі основні групи:

  • вакуумні. Плоскі або многотрубний конструкції з природною або примусовою циркуляцією теплоносія в системі. В основному це стаціонарні колектори, призначені для сезонного використання;
  • повітряні сонячні системи, які є найбільш легкими і простими. Тепло з нагрітої поверхні колектора знімається потоком повітря;
  • в третьому варіанті тепло від сонячних колекторів може використовуватися для трансформації його в електроенергію.

Останній варіант не користується особливою популярністю серед пересічних споживачів через складність обслуговування і високої вартості обладнання.

Приклад пристрою альтернативної енергетики для будинку, створеного своїми руками

Теплові насоси для опалювальних систем приватних будинків

В даний час для опалення будинків і забезпечення їх гарячим водопостачанням в основному застосовують різні види котлів – твердопаливні, дизельні, газові та електричні. Порівняно недавно з’явився ще один спосіб нагріву рідини за допомогою теплового насоса, але поки він ще не отримав досить широкого застосування. Теплоносій, рухаючись по шляхопроводу, прокладеному в грунті на певній глибині, нагрівається на кілька градусів і надходить у випарник. Далі нагріта рідина віддає тепло холодоагенту, який при низьких температурах перетворюється на пару і надходить в компресор. У компресорі він стискується, що призводить до збільшення тиску і, відповідно, підвищенню температури.

Стиснутий нагрітий холодоагент переміщається в конденсатор, де віддає тепло іншому теплоносія (повітря, вода або антифриз). В результаті цього процесу відбувається охолодження холодоагенту і повернення його в рідкий стан. Після цього рідина надходить у випарник, і весь цикл повторюється.

Принцип роботи теплового насосу

Стаття по темі:

Тепловий насос для будинку. Що таке, принципи роботи, основні види теплових насосів, огляд виробників, додаткові можливості теплових насосів і як зробити тепловий насос своїми руками, рекомендації фахівців – читайте в публікації.

Енергія вітру як альтернативне джерело енергії

Використання сили вітру для отримання електрики особливо актуально в тих регіонах планети, де немає можливості використовувати інші джерела енергії. Стаціонарні вітрогенератори (в залежності від кількості установок) дозволяють забезпечити електроенергією будинок, виробництво і навіть міські райони. Пристрої для перетворення енергії вітру в електрику діляться на дві групи:

  1. вертикальні. Перевага такої конструкції полягає в тому, що немає необхідності встановлювати її, орієнтуючись на переважаючі вітру. В силу недостатньої ефективності використовуються для приватних домоволодінь. Саме цей тип вітрогенератора умільці воліють виготовляти для задоволення своїх потреб в електроенергії. Такі конструкції прості, мають достатню стійкість до навантажень і можуть бути легко вдосконалені для збільшення потужності.
  2. Горизонтальні. Мають більшою ефективністю, ніж вертикальні вітрогенератори, але потребують коригування положення відповідно до напряму вітру. Використовуються в основному для вироблення електроенергії в промислових масштабах.

Можна легко втілити в життя своїми руками готові рішення альтернативної енергії

Установка для виробництва біогазу

Біогаз – один з екологічно чистих альтернативних джерел енергії, спосіб отримання якого не надає великого впливу на навколишнє середовище. Тим більше що для його отримання використовуються відходи життєдіяльності людини, тварин і сільського господарства, які потребують утилізації. Ця технологія постійно вдосконалюється, але серед нетрадиційних джерел електроенергії вона не користується такою популярністю, як сонячні батареї, вітрогенератори або термальні станції.

Принципова схема біогазової установки

Цей вид біопалива отримують шляхом бродіння сировини в спеціальному реакторі. Відходи завантажують в установку і піддають їх впливу спеціальних бактерій протягом певного часу, який залежить від обсягів сировини. В результаті подібної переробки виробляється горюча суміш (60% метану, 35% вуглекислоти і 5% інших видів газів), а також сірководень, який є потенційно небезпечним для людини. Отриманий продукт проходить очистку і по трубах надходить до приладів-споживачів (опалювальних котлів, газових печей і т.д.) або при надлишках в накопичувач (газгольдер).

Відходи, що залишилися після отримання біогазу, потрібно регулярно видаляти з реактора. Сировина після бродіння широко використовується в сільському господарстві в якості високоякісного добрива. Установка для отримання цього виду палива вигідна власникам тваринницьких ферм або сільськогосподарських підприємств, а також тим, хто має доступ до необхідного сировини. Біореактор можна придбати в спеціалізованих компаніях, замовити або зробити своїми руками.

Схема найпростішої установки для виробництва біогазу, яку можна виготовити самостійно

Чи є майбутнє у альтернативних джерел енергії

Альтернативні джерела відновлюваної енергії використовуються і розвиваються в різних країнах нерівномірно. Але там, де цими напрямками надають широку державну підтримку, результати вражають. Використання АІЕ дозволяє значно поліпшити екологію і отримати значну економію.

Таблиця альтернативних джерел енергії, що розвиваються на території Росії

Альтернативна енергетика дозволить врятувати людство від енергетичної кризи, а планету від виснаження і забруднення навколишнього середовища. Незважаючи на запеклий опір компаній-монополістів, що пропонують в якості основних джерел енергії вугілля, нафта і газ, розвинені країни прагнуть перевести практично всі види виробництва на АЕІ. Так що у розвитку нетрадиційних джерел енергії величезні перспективи.

Топ-10 країн, які є лідерами у виробництві альтернативної енергії

Кілька слів на закінчення

Повністю перейшовши на використання альтернативних джерел енергії, можна не тільки отримати практично безкоштовне тепло, електрику і екопаливо, а й очистити навколишнє середовище від шкідливих для здоров’я людини викидів і парникових газів. Установки для АІЕ можна зробити своїми руками і обігрівати будинок теплом і електроенергією, а продаючи надлишки державі, навіть отримувати прибуток. Сподіваємося, наша стаття була для вас корисною, а якщо залишилися питання, то задавайте їх у коментарях, і наші експерти з радістю на них дадуть відповідь.