Альтернативная энергия для частного дома

Основные варианты использования современных источников энергии.

Неэффективная работа отечественных линий электропередач давно стала проблемой номер один. Особенно это чувствуется в загородных поселках, где пониженное напряжение и постоянные отключения электричества стали просто нормой. Но как говорится, проблемы утопающих – это их проблемы, которые они сами и должны решать.

Их-то и приходится устанавливать в частных домах, иногда даже полностью отказываясь от потребления электроэнергии централизовано. Правда, современные альтернативные источники электроэнергии, как говорится, не без греха. То есть, у каждого способа замены ЛЭП есть и свои достоинства, и свои недостатки. Поэтому разберемся в этом вопросе досконально, рассмотрев готовые решения.

Отсутствие в удалённых районах развитой инфраструктуры часто вынуждает хозяев искать источники альтернативной энергии для своего дома. Технологии не стоят на месте, подобные вещи уже не являются чем-то экзотическим и труднодоступным. В данной статье вы узнаете, что сегодня предлагает рынок в качестве замены подключения к центральным электросетям.

Какие бывают

В окружающей среде энергия присутствует всегда в том или ином виде. Это ветер, излучение солнца, потоки воды, тепло земли. Остаётся лишь воспользоваться ими и преобразовать в ту, которая необходима. Рассмотрим, какие источники альтернативной энергии позволяют это сделать.

Солнечные батареи

Принцип работы основан на способности электронных приборов, называемых фотоэлементами, преобразовывать энергию фотонов солнечного света в электрическую. Данный пример альтернативной энергии является самым распространённым.

В батареях, выпускаемых для частного применения, используются кремниевые фотоэлементы. Они бывают двух видов:

• Поликристаллические. Очень хрупкие, поэтому требуют аккуратного обращения. Обладают малым КПД – не более 15%. Средний срок службы 20 лет. Преимущество – низкая цена.
• Монокристаллические. Более надёжны. Срок службы может достигать 50 лет. КПД 25%. Недостатком является дороговизна.

Преимущества солнечных батарей:

• неисчерпаемый источник энергии на несколько десятилетий;
• простота установки и обслуживания, для работы нет необходимости в ежедневном участии человека;
• долговечность;
• отсутствие вредного воздействия на окружающую среду и человека.

Ветрогенераторы

Представляют собой комбинацию установленной на специальной мачте ветротурбины с лопастями и электрогенератора. При прохождении потоков воздуха через данную установку лопасти под их воздействием начинают вращаться и приводят в движение соединённый с редуктором внутренний вал.

Такая конструкция позволяет увеличить первоначальную скорость вращения. Редуктор подключён к генератору, который при вращении ротора вырабатывает электрический ток. Его излишки накапливаются в установленных аккумуляторах.

В зависимости от расположения оси вращения ветрогенераторы подразделяются на горизонтальные и вертикальные. Первый тип более популярен. Многие модели оснащены системой автоматического разворота по направлению ветра, значительно увеличивающей эффективность работы установки.

Основными недостатками являются шум во время работы и низкочастотный инфразвук, негативно влияющий на состояние здоровья. По этой причине устанавливать мачту с устройством следует как можно дальше от жилья.

Используют для работы различные отходы жизнедеятельности, например, от домашних или сельскохозяйственных животных и птиц. В герметичной ёмкости они подвергаются обработке анаэробными бактериями, которые в свою очередь выделяют биогаз.

Чтобы процесс шёл быстрее, отходы нужно периодически перемешивать, для чего используется ручная или механическая мешалка.

Современные технологии для получения энергии с помощью биогазовых установок позволяют это делать без выполнения неприятных действий. Их главные преимущества:

• независимость от погодных условий;
• экономия на утилизации отходов;
• возможность использовать множество видов сырья.

К недостаткам можно отнести следующие:

• хоть это и биологически чистый вид топлива, при его сжигании в атмосферу выделяется небольшое количество вредных выбросов;
• использовать установку удобно только в районах, богатых необходимым сырьём;
• стоимость оборудования достаточно высока.

Тепловые насосы

Их правильнее назвать альтернативным источником тепла. Предназначены для организации отопления и горячего водоснабжения дома. Потребляют электричество, поэтому их необходимо использовать в комбинации с другими видами альтернативной энергии.

Принцип действия основывается на способности таких веществ, как фреон, закипать при низких температурах. Когда оно переходит в газообразное состояние, выделяется тепловая энергия. Установка состоит из внешнего и внутреннего контуров, а также контура насоса. Внешний закапывается под землю или опускается на дно водоёма.

Циркулирующий по нему фреон нагревается под воздействием окружающей среды, в контуре насоса под большим давлением переходит в газообразное состояние, в результате чего температура поднимается до 70 С°. Внутренний разносит нагретый в насосе теплоноситель по дому.

Что выбрать

https://www.youtube.com/watch?v=JUVE3EXkg3U

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.

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.

КОТЛЫ НА БИОТОПЛИВЕ — АЛЬТЕРНАТИВНЫЙ ИСТОЧНИК ОТОПЛЕНИЯ ЧАСТНОГО ДОМА И КВАРТИРЫ

Для обогрева дома можно успешно использовать энергию ветра, солнца, земли. А также биотопливо. Разберем детальнее, как именно это сделать и что для этого потребуется.

Вид #1 – сила ветра

Весьма успешно в качестве альтернативного источника для отопления загородного дома можно использовать энергию ветра. Этот ресурс невозможно исчерпать. Он имеет свойство возобновляться. Чтобы использовать силу ветра, потребуется специальное приспособление, называемое ветряк.

Котлы на биотопливе – распространенные альтернативные источники энергии для частного дома, которые отличает высокое качество исполнения. Биотопливо в виде брикетов и пеллет из сырья растительного происхождения (опилки, стружка, отходы пиломатериалов, лузга подсолнечника) – альтернативное отопление, которое может служить идеальной заменой газовому отоплению в частном доме благодаря высокой теплоотдаче, которая может достигать 6-8 тыс. кКал/кг.

Котлы на биотопливе, как альтернативные источники отопления частного дома, могут использоваться не только для отопления (одноконтурные котлы), но и обеспечивать горячее водоснабжение помещений – для этого можно приобрести двухконтурный котел или добавить к существующему устройству второй контур с бойлером соответствующего типа (проточный или накопительный).

Водородные котлы как эффективные системы альтернативного отопления появились сравнительно недавно. Водородный котел, как источник тепла, использует тепловую энергию, образующуюся при реакции между водородом и кислородом, в результате которой образуются молекулы Н2О с одновременным выделением значительного количества теплоты (до 40о С). Полученное тепло передается на обогрев помещений.

Так как традиционно дом отапливают газовым котлом, то под альтернативным отоплением дома будем подразумевать любой отопительный прибор, который работает не на газу.

Когда это актуально

1. У вас нет возможности подключиться к газовой сети или это стоит слишком дорого;
2. Вы хотите уменьшить зависимость от газа и иметь страховку в случае сильных морозов или перебоев с его подачей;
3. Для экономии на отоплении. Комбинирование и правильное управление источниками тепла сократит ваши расходы на отопление.

Типы альтернативных источников энергии

Условно, альтернативные источники тепла делятся на два вида:

1. Которые работают в дополнение к котлу. В силу разных причин они не способны полноценно обеспечить здание теплом. Основную отопительную мощность покрывает газовый котел, а другие источники поддерживают его работу в пиковые нагрузки или межсезонье.
2. Которые заменяют газовый котел. Это те источники тепла, которые способны вырабатывать достаточную отопительную мощность, чтобы обогреть здание.

Рассмотрим, какие приборы можно использовать в каждом случае.

Тепловой насос

Тепловой насос — один из самых экономичных способов отопления. Он работает от электросети и преобразовывает природную энергию в тепло для обогрева дома. В зависимости от типа, насос может быть единственным источником тепла в доме и полноценно обеспечить отопление без газа, либо же работать в дополнение к котлу.

• Грунтовые тепловые насосы — полноценная альтернатива газовому котлу. Они работают одинаково эффективно независимо от уличной температуры и полностью обеспечивают здание теплом. Их недостатки: высокая начальная стоимость, окупаемость более 10 лет и необходимое наличие большого участка земли, чтобы закопать грунтовый коллектор.
• Воздушные тепловые насосы дешевле и проще в установке. Они также могут заменить газовое отопление, но при нуле градусов и минусовой температуре их КПД сильно падает. Отопление становится экономически невыгодным. Поэтому, «воздушники» оптимально использовать в паре с котлом: весной и осенью, когда на улице тепло, в основном работает насос, а зимой и при морозах в работу подключается газовый котел.

В дополнение к тепловому насосу вы можете подключить двухтарифный счетчик электроэнергии, который позволит еще на 30-50% сократить затраты на отопление.

Твердотопливные и пеллетные котлы — один из самых доступных способов отопления частного дома без газа. Они дешевле теплового насоса и способны полностью обеспечить здание теплом независимо от времени суток и уличной температуры.

Но при выборе и установке котлов на твердом топливе нужно учитывать:

• Нужно постоянно контролировать горение и 1-2 раза в сутки добавлять дрова. Конечно это не так сложно, но в сравнении с газовым котлов доставляет неудобства. В пеллетных котлах с этим проще, так как в них предусмотрена автоматическая подача пеллет в топку из бункера.
• Не во всех регионах развита деревообработка и возможно, хорошие дрова придется везти издалека. Поэтому убедитесь, что у вас есть доступ минимум к 2-3 продавцам дров.
• Покупать дрова нужно за один год до начала отопительного сезона. Год — необходимый срок, чтобы дрова просохли и набрали энергетическую ценность. Начальная низкая влажность только у топливных брикетов.
• Вы становитесь зависимы от дров, вместо газа.
• При определенных объемах потребления, отопление дровами не дешевле газового.
• Нужно место для складирования. Если дрова хранить неправильно, они намокнут и потеряют энергетический потенциал. См. статью как хранить дрова.
• Время от времени вам придется чистить дымоход и внутренности котла от сажи.

Полноценно отапливать дом за счет коллекторов не получится. К ним в пару обязательно нужен второй (основной) источник тепла, потому что зимой световой день короче и солнечная интенсивность намного слабее, чем летом. Подробнее про интенсивность солнца на примерах читайте в статье про солнечную электростанцию для дома.

Коллектора идеально подойдут для нагрева воды для ГВС летом, весной и осенью. А зимой их можно использовать только для поддержки отопления.

Такой камин это совмещение традиционного камина и твердотопливного котла: его устанавливают в помещении и подключают в общую систему отопления.

Внутри камина установлена емкость с водой, которая нагревается во время горения дров.

За счет этого вы не только греете воздух в помещении, но и подогреваете воду в системе отопления, которая потом поступает в радиаторы, теплый пол или бак-накопитель.

А потому, такой камин стоит рассматривать как дополнение к основному источнику тепла.

Обычные камины дешевле и проще в установке.  Для него не нужно заранее подводить трубу, устанавливать бак-накопитель и предусматривать термозащиту. Достаточно только выделить место и построить дымоход.

Камин греет воздух только вокруг себя. И чтобы увеличить его эффективность, можно провести  от камина воздушные каналы в каждую комнату. За счет этого камин будет обогревать не только помещение в котором установлен, но и другие комнаты, куда проведены воздушные каналы.

Сложности с обычным камином те же: он не заменит газовый котел, дрова так же придется регулярно подбрасывать и следить за горением. Это отличный дополнительный и альтернативный источник тепла, но не более.

Пеллетный камин

Пеллетный камин также греет воздух только вокруг себя. Но у него есть два важных преимущества:

• Необязательно заранее иметь дымоход. Для такого камина нужен небольшой диаметр трубы, которую выводят в стену, а не через все этажи здания.
• Есть автоматическая подача топлива. То есть вам не нужно постоянно контролировать горение. Достаточно лишь поддерживать запас топливных гранул в бункере. А потому, пеллетный камин вполне сойдет как альтернативное отопление без газа. Но с практической точки зрения это неудобно: камин эффективен локально и греет только помещение, в котором установлен. Использовать тепло в масштабах всего дома — невозможно.

Из недостатков:

• Нужен доступ к качественным пеллетам, которые не будут сильно забивать горелку сажей и хорошо гореть.

Кондиционеры

Кондиционер — самый доступный и простой альтернативный источник отопления дома. Можно установить один мощный на весь этаж или по одному в каждой комнате.

Самый оптимальный вариант использования кондиционера – поздней весной или ранней осенью, когда на улице еще не слишком холодно и газовый котел можно пока не запускать. Это позволит сократить расход газа за счет электричества и не превысить месячную норму потребления газа.

Важные моменты:

• Котел и кондиционер должны быть увязаны между собой для работы в паре. То есть, котел должен видеть, что работает кондиционер и не включаться в работу пока в помещении тепло. Здесь не обойтись без настенного термостата.
• Отопление электричеством не дешевле газа. Поэтому не стоит полностью переключаться на обогрев кондиционерами.
• Не все кондиционеры можно использовать при нуле и морозах.

Личный опыт

Я использую для обогрева дома четыре источника тепла: газовый котел (основной), камин с водяным контуром, шесть плоских солнечных коллекторов и инверторный кондиционер.

Зачем это нужно

1. Иметь второй (резервный) источник тепла, если газовый котел выйдет из строя или его мощности станет недостаточно (сильные морозы).
2. Экономить на отоплении. За счет разных источников тепла можно контролировать месячную и годовую норму потребления газа, чтобы не переходить в более дорогой тариф.

Немного статистики

Средний расход газа в январе 2016 года – 12 кубометров в сутки. При отапливаемой площади 200м2 и дополнительно подвала.

Октябрь	Ноябрь	Январь
Расход в месяц	63,51	140	376
Минимальный	0,5	0,448	7,1
Максимальный	5,53	10,99	21,99
Средний в день	2,76	4,67	12,13

Колебания расхода по дням в течение месяца связан с разной уличной температурой и наличием солнца: в солнечные дни работают коллектора, и расход газа снижается.

Виды альтернативного электричества

Всегда перед потребителем стоит выбор, основанный на вопросе, что лучше? И в этом плане подразумевается, во-первых, затраты на приобретение нового вида источника электричества, во-вторых, как долго этот прибор будет работать. То есть, будет ли это выгодно, окупится ли вся затея, а если окупится, то через какой промежуток времени? Скажем так, экономию денежных средств еще никто не отменял.

Как видите, вопросов и проблем и здесь хватает, потому что электричество своими руками – дело не только серьезное, но и достаточно затратное.

Электрогенератор

Начнем именно с этой установки, как с самой простой. Простота ее заключается в том, что вам необходимо приобрести электрогенератор, установить его в надежном закрытом помещении, которое будет соответствовать правилам пожарной безопасности. Далее, проводите подключение электрической сети частного дома к нему, заливаете жидкое топливо (бензин или солярку) и включаете.

Какой лучше? Скажем так, если вам требуется альтернативный источник энергии, который будет эксплуатироваться постоянно, тогда выбирайте дизельный. Если для временного использования, тогда бензиновый. И это еще не все. Дизельный электрогенератор имеет большие габаритные размеры, по сравнению с бензиновым, он сильно шумит при работе и выделяет огромное количество дыма и выхлопных газов. Плюс ко всему он дороже.

Появились недавно на рынке газовые генераторы, которые могут работать и от природного газа, и от сжиженного. Неплохой вариант, экологичный, не требующий специального помещения для установки. Можно к одному генератору подключить, к примеру, сразу несколько газовых баллонов, которые в автоматическом режиме будут подключаться к установке.

Среди трех видов электрогенераторов газовый самый лучший и эффективный. Но стоимость топлива (жидкого или газообразного) – удовольствие не из дешевых, поэтому стоит задуматься над тем, что самостоятельно вырабатывать топливо, вкладывая в него минимум денежных средств. К примеру, биогаз, который можно получить из биомассы.

Кстати, альтернативные виды энергии, которые сегодня называются биологическими, могут заменить практически все альтернативные источники электроэнергии. К примеру:

• Биогаз получается при помощи брожения навоза, птичьего помета, сельскохозяйственных отходов и так далее. Главное – установить оборудование, которое используется для улавливания метана.
• Из мусора, к примеру, на свалках, добывается так называемый целлюлозный эталон. Или как его называют специалисты, свалочный газ.

Внимание! Ученые уже подсчитали, что если перерабатывать все свалки мира, то можно получить до 84 миллиардов литров свалочного топлива, которое можно использовать для получения электроэнергии.

ИБГУ-1 — установка для получения биогаза

• Из сои и рапса, а точнее, из их семян, вырабатываются жиры, из которых можно получить биосолярку.
• Из свеклы, сахарного тростника, кукурузы можно изготавливать биоэталон (биобензин).
• Ученые доказали, что с помощью обычных водорослей можно аккумулировать солнечную энергию.

То есть, существует большой ряд научных разработок, которые выдают альтернативные виды энергии. И многие из них уже получили практическое применение. К примеру, установка ИБГУ-1, с помощью которой из навоза можно получить в сутки до двенадцати кубометров биогаза. Отечественные фермеры по достоинству оценили труд ученых, поэтому это оборудование раскупается быстро.

О том, что запасы нефти, газа и угля не бесконечны, знают даже школьники. Цены на энергоносители постоянно повышаются, заставляя плательщиков тяжко вздыхать и задумываться об увеличении собственных доходов. Несмотря на достижения цивилизации, за пределами городов остается немало мест, в которые не подведен газ, а кое-где нет даже электричества.

Весь окружающий нас мир полон энергии, которая содержится не только в недрах земли. Еще в школе, на уроках географии, мы узнали, что можно с высокой эффективностью в использовать энергию ветра, солнца, приливов и отливов, падающей воды, земного ядра и прочих подобных энергоносителей в масштабах целых стран и континентов. Однако использовать альтернативные источники энергии можно и для отопления отдельного дома.

Среди вариантов природных источников частного энергоснабжения следует отметить:

• солнечные батареи;
• тепловые насосы;
• ветрогенераторы;
• биогазовые установки.

Располагая достаточным количеством средств, можно купить готовую модель одного из подобных устройств и заказать ее монтаж. Откликаясь на пожелания потребителей, промышленники давно освоили изготовление с

виды и преимущества, изготовление своими руками

Запасы углеводородов на нашей планете не бесконечны, поэтому стремительно набирает популярность альтернативная энергетика, работающая на возобновляемых источниках энергии. Дома оборудуются солнечными панелями и ветряками. Растёт доля выработанной солнечными и ветровыми электростанциями энергии. В 2010 году она была равна 5%. Это заставляет задуматься о постройке небольшой электростанции у себя дома.

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.

В отличие от биогаза, они подходят для эксплуатации в частных домах и безопасны при правильном использовании.

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.

Электростанция на солнечных батареях

Резервные источники питания на основе солнечных батарей хорошо подойдут для тех мест, где имеются постоянные перебои с электроснабжением. Из-за высокой стоимости их использование нецелесообразно там, где нет проблем с электричеством. Установленная для экономии солнечная электростанция окупит себя лишь через 8−10 лет. За это время свинцовые аккумуляторы придут в негодность, и их замена повлечёт за собой дополнительные расходы. Средства, потраченные на замену аккумуляторов, увеличат стоимость электростанции и отодвинут сроки окупаемости ещё на 3−5 лет.

Необходимые компоненты и сборка

Солнечная панель собирается из фотоэлектрических элементов, которые различаются формой и размерами.

Солнечные элементы выращиваются из кремния и делятся на два вида: монокристаллические (mono-Si) и поликристаллические (poly-Si).

Монокристаллические элементы обладают 20% КПД и сроком службы до 30 лет. Для их нормальной работы нужен солнечный свет, попадающий на батареи под прямым углом. При рассеянном свете мощность таких элементов снижается в три раза и даже малейшее затенение одного элемента выводит из режима генерации всю цепочку.

Поэтому СЭС (солнечным электростанциям), построенным на mono-Si элементах, нужны системы, следящие за положением солнца и поворачивающие панели вслед за ним. Нельзя допускать загрязнения панелей, для этого они оборудуются автоматической системой очистки. На небольших СЭС солнечные батареи моются вручную.

Электростанции на mono-Si панелях подойдут для регионов с большим количеством солнечных дней в году. При пасмурной погоде их эффективность близка к нулю.

Поликристаллические элементы имеют свои преимущества и недостатки. К преимуществам можно отнести небольшую стоимость и эффективную работу при рассеянном свете.

Недостатков у них больше:

• Более низкий КПД — 12%.
• Меньший срок службы — до 25 лет.
• Усиленная деградация при температурах выше 55 °C.

Солнечные poly-Si батареи устанавливаются в местности с преобладанием пасмурных дней. Способность преобразовывать рассеянный свет позволяет монтировать их без систем автоповорота. Кроме того, их не нужно часто мыть. Из-за своей дешевизны и неприхотливости поликристаллические фотоэлементы широко применяются в самодельных СЭС.

Сборку собственной солнечной электростанции лучше начать с подбора компонентов. От них будет напрямую зависеть её мощность. Для изготовления классической СЭС понадобятся:

1. Фотоэлектрические элементы.
2. Шина для соединения элементов.
3. Лист стекла или прозрачного пластика.
4. Алюминиевый профиль.
5. Эпоксидная смола с отвердителем.
6. Провода сечением 4 мм².
7. Настенный щиток.
8. Контроллер солнечной батареи.
9. Инвертор 12−220 В.
10. Предохранители.
11. Клеммники для предохранителей.
12. Диоды Шоттки.
13. Свинцово-кислотный аккумулятор ёмкостью не менее 150 Ач.
14. Клеммы для аккумулятора.

Схема подключения компонентов СЭС:

Начинать нужно со сборки солнечной панели. Отрежьте от шины кусочки по 7 см длиной и припаяйте их к минусовым контактам фотоэлемента, расположенным на лицевой стороне. Повторите это действие с каждым фотоэлементом.

Полученные «полуфабрикаты» нужно соединить последовательно, припаивая минусовой вывод одного элемента к плюсовому следующего. Количество фотоэлементов в цепи (модуле) должно быть таким, чтобы на её выводах возникало напряжение 14,5 В. При использовании полувольтовых элементов, их понадобится 29 штук. Чтобы при затемнении одного элемента в цепи не возникал обратный ток, нужно в разрыв минусовой шины каждого фотоэлемента впаять по диоду Шоттки.

Из одного модуля можно сделать солнечную батарею, но её мощность будет минимальной. Поэтому солнечные панели собираются из нескольких параллельно подключённых модулей.

Обезжирьте стекло и аккуратно приклейте к нему собранные модули. В качестве клея используйте эпоксидную смолу, она при застывании не мутнеет и не препятствует попаданию света на фотоэлементы. Не используйте другие клеи, даже если они кажутся хорошими.

После схватывания эпоксидки установите стекло в раму из алюминиевого профиля, заранее просверлив в ней отверстие для проводов. Припаяйте выводы модулей к проводам и просуньте их наружу. Для герметичности залейте всю конструкцию эпоксидкой.

Застывшая эпоксидная смола приклеит стекло к раме и защитит фотоэлементы от влаги и пыли.

Особенности установки на доме

Собранную солнечную панель можно установить на крыше, но лучшим вариантом будет её установка на южную стену дома. Установленная на ней панель будет находиться под солнечными лучами почти весь световой день.

Повесьте щиток на стену и закрепите в щитке контроллер, инвертор и клеммники со вставленными в них предохранителями. Заведите в щиток провода и подключите их согласно схеме. Помните, что при зарядке из аккумулятора выделяются ядовитые газы, поэтому его нужно размещать в хорошо проветриваемом помещении.

При запитывании внутридомового освещения от инвертора часть энергии теряется при преобразовании. Чтобы не приходилось зря тратить запасы из автономного источника энергии, дома установите систему освещения, работающую от 12 вольт.

Солнечные коллекторы для нагрева

Говоря о СЭС, преобразующих свет в электричество, нельзя не упомянуть о другой разновидности солнечных панелей.

Солнечные коллекторы применяются в системах отопления и горячего водоснабжения и бывают:

• Воздушные.
• Трубчатые.
• Вакуумные.
• Плоские.

Внутри воздушных коллекторов находятся покрытые светопоглощающим составом пластины. Они нагреваются солнцем и отдают тепло циркулирующему по коллектору воздуху, которым отапливают жилище.

Для увеличения площади рабочей поверхности в воздушных коллекторах используют гофрированные пластины.

В корпусе трубчатых коллекторов расположены стеклянные трубки, окрашенные изнутри чёрной краской. Солнечный свет, попадая на краску, нагревает её. Затем тепло передаётся бегущей по трубкам воде.

Вакуумные коллекторы представляют собой разновидность трубчатых. В ней окрашенные трубки вставлены в прозрачные, обладающие большим диаметром. Между ними находится вакуум, уменьшающий потери тепла из внутренней трубки.

Самыми простыми и дешёвыми из всех являются плоские коллекторы. Они состоят из пластины, под которой находятся трубки с циркулирующей водой, закрытые снизу слоем теплоизоляционного материала. КПД у плоских коллекторов — самый низкий.

Схема подключения к системе водоснабжения:

Воздух из коллектора поступает в дом напрямую, а вода сначала поступает в бойлеры, где подогревается ТЭНами до нужной температуры. Из бойлера горячая вода подаётся на кухню и в ванную, также она используется для отопления.

Как сделать ветрогенератор

Солнечные электростанции не работают ночью и в пасмурную погоду, а электричество требуется всегда. Поэтому, проектируя альтернативную энергетику для дома своими руками, нужно предусмотреть в ней генератор, не зависящий от солнца.

Для использования в качестве второго источника энергии отлично подойдёт ветрогенератор. Его можно собрать даже из б/у запчастей, что существенно сэкономит ваши средства.

Список того, что понадобится для сборки ветряка:

1. Генератор с магнитным возбуждением от грузовика или трактора.
2. Труба с наружным диаметром 60 мм и длиной 7 метров.
3. Полтора метра трубы с внутренним диаметром 60 мм.
4. Стальной трос.
5. Скобы и колышки для крепления троса.
6. Провода, сечением 4 мм².
7. Повышающий редуктор 1 к 50.
8. ПВХ труба, диаметром 200 мм.
9. Диск от циркулярной пилы.
10. Два разъёма EC-5.
11. Кусок стального листа, толщиной 1 мм.
12. Лист алюминия, толщиной 0,5 мм.
13. Подшипник под внутренний диаметр мачты.
14. Муфта для соединения валов генератора и редуктора.
15. Труба под внутренний диаметр подшипника, длина — 60 см.

Все эти материалы продаются в строительном и в автомагазине. Новые редукторы с генератором стоят дорого, поэтому их лучше купить на барахолке.

Изготовление ветроколеса для дома

Главным элементом любого ветряка являются лопасти, поэтому их нужно изготовить первыми.

Чтобы определиться с размерами, используйте таблицу.

Ветроколесо по мощности в идеале должно совпадать с генератором, но из-за чрезмерно больших размеров получающегося колеса это не всегда возможно. Поэтому чаще всего мощность лопастей значительно ниже таковой у генератора. В этом нет ничего страшного.

Разрежьте ПВХ трубу на отрезки, равные длине лопастей. Распилите их пополам по продольной оси. Перерисуйте на половинки трубы разметку и по ней вырежьте лопасти. Отпилите от заготовок треугольники. Из стального листа вырежьте крепления для лопастей и просверлите в них дырки. Возьмите диск от циркулярной пилы, насверлите в нём отверстий и болтами прикрутите лопасти к диску.

Сборка, установка и подключение

Выройте яму и забетонируйте в ней трубу с внутренним диаметром 60 мм. Возьмите семиметровую трубу и, отступив 1 метр от края, установите на неё скобы. Вварите в тот же край трубы подшипник, используя аргонную сварку.

Согните из стального листа раму и снизу приварите к ней трубу, которая влезает в подшипник. Закрепите на раме редуктор с генератором, соединив их валы. Установите снизу рамы и на верхушке мачты 2 ограничителя в виде штырей. Они не дадут раме поворачиваться больше, чем на 360 градусов. Сделайте флюгер из алюминиевого листа и закрепите его на задней части рамы. В основании мачты просверлите отверстие для провода.

Подключите к генератору провод и протяните его сквозь раму и мачту. Оденьте на вал редуктора ветроколесо и закрепите его на нём. Вставьте раму в подшипник и покрутите её. Она должна легко вращаться.

Ветряк в сборе выглядит примерно так:

1. Лопасти.
2. Диск от циркулярки.
3. Редуктор.
4. Соединительная муфта.
5. Генератор.
6. Флюгер.
7. Крепление флюгера.
8. Подшипник.
9. Ограничители.
10. Мачта.
11. Провод.

Вбейте в землю колышки так, чтобы расстояние от мачты до каждого из них было одинаковым. Привяжите тросы ко скобам на мачте. Для установки мачты нужно вызывать автокран. Не пытайтесь установить ветрогенератор самостоятельно! В лучшем случае вы разобьёте ветряк, в худшем — пострадаете сами. После поднятия мачты автокраном, направьте её основание в забетонированную ранее трубу и дождитесь, пока кран опустит её в трубу.

Трос нужно привязывать к колышку в натянутом состоянии. Причём все тросы должны быть привязаны так, чтобы мачта стояла строго вертикально, без перекосов.

Подключать ветрогенератор нужно к зарядному устройству через разъём ЕС-5. Сама зарядка устанавливается в щитке с оборудованием СЭС и подключается напрямую к аккумулятору.

Чтобы не лишиться бытовой техники, во время грозы всегда отключайте ветряк от зарядного устройства.

Сборка электростанции закончена. Теперь вы не останетесь без электричества, даже если вам отключат свет на длительное время. При этом не придётся тратить деньги на топливо для генератора и время на его доставку. Все будет работать автоматически и не потребует вашего вмешательства.

Альтернативные источники энергии. Овощи и фрукты

• Участник: Сытенко Мария Александровна
• Руководитель: Жеребцова Анна Ивановна

Цель данной работы — исследование электрических свойств овощей и фруктов.

I. Введение

Моя работа посвящена необычным источникам энергии. В окружающем нас мире очень важную роль играют химические источники тока. Они используются в мобильных телефонах и космических кораблях, в крылатых ракетах и ноутбуках, в автомобилях, фонариках и обыкновенных игрушках. Мы каждый день сталкиваемся с батарейками, аккумуляторами, топливными элементами.

Слово «энергия» прочно вошло в обиходный словарь начала XXI в. человечество в последнее время сталкивается с дефицитом энергоресурсов. Грядущее истощение запасов нефти и газа побуждает ученых искать новые возобновляемые источники энергии

Возобновляемые источники сырья и способы получения из них энергии – магистральная тема многих университетских исследований. Лаборатория в Нидерландах изучает возможность получения электричества из растений, точнее, из корневой системы растений и из бактерий, находящихся в почве.¹

Энергия солнца, энергия ветра, энергия приливов и отливов возобновляемым источникам энергии в последнее время всё чаще причисляют и растения. Ведь только зеленое растение является той единственной в мире лабораторией, которая усваивает солнечную энергию и сохраняет ее в виде потенциальной химической энергии органических соединений, образующихся в процессе фотосинтеза.

Один из альтернативных источников энергии – процесс фотосинтеза. Процесс фотосинтеза, протекающий в клетке растения, является одним из главных процессов. В ходе него происходит не только разделение молекул воды на кислород и водород, но и сам водород в какой-то момент оказывается разделенным на составные части — отрицательно заряженные электроны и положительно заряженные ядра. Так что, если в этот момент ученым удастся «растащить» положительно и отрицательно заряженные частицы в разные стороны, то, по идее, можно получить замечательный живой генератор, топливом для которого служили бы вода и солнечный свет, а кроме энергии, он бы еще производил и чистый кислород. Возможно, в будущем такой генератор и будет создан. Но для осуществления этой мечты нужно отобрать наиболее подходящие растения, а может быть, даже научиться изготавливать хлорофилловые зерна искусственно, создать какие-то мембраны, которые бы позволили разделять заряды.

Данные исследований лаборатории молекулярной биологии и биофизической химии МФТУ по созданию таких мембран показали, что живая клетка, запасая электрическую энергию в митохондриях, использует ее для произведения очень многих работ: строительства новых молекул, затягивания внутрь клетки питательных веществ, регулирования собственной температуры.. С помощью электричества производит многие операции и само растение: дышит, движется (как это делают листочки всем известной мимозы-недотроги), растет.

Цель моей работы – исследование электрических свойств овощей и фруктов.

Задачи:

1. Экспериментально измерить и проанализировать силу тока и напряжение таких батарей.
2. Провести исследования с гальванических элементов, изменяя ширину пластин, глубину их погружений, и расстояний между электродами.
3. Испытайте разные комбинации последовательно соединённых продуктов и проанализируйте полученные результаты.
4. Собрать цепь, состоящую из нескольких таких батареек и постараться зажечь лампочку, запустить часы.
5. Изготовить прибор гальванометр для определения напряжения.
6. Исследовать электропроводность овощей и фруктов, разных сроков хранения, используя свой прибор.

Объект исследования: фрукты и овощи.

Предмет исследования: свойства овощных и фруктовых источников тока.

Гипотеза: Так как фрукты и овощи состоят из различных минеральных веществ (электролитов), то они могут стать природными источниками тока.

Методы исследования: изучение и анализ литературы, проведение эксперимента, анализ полученных данных.

II. Основная часть

2.1 История создания батарейки

Первый химический источник электрического тока был изобретен случайно, в конце 17 века итальянским ученым ЛуиджиГальвани. На самом деле целью изысканий Гальвани был совсем не поиск новых источников энергии, а исследование реакции подопытных животных на разные внешние воздействия. В частности, явление возникновения и протекания тока было обнаружено при присоединении полосок из двух разных металлов к мышце лягушачьей лапки.
Теоретическое объяснение наблюдаемому процессу Гальвани дал неверное² истолкование. Опыты Гальвани стали основой исследований другого итальянского ученого — Алессандро Вольта. Он сформулировал главную идею изобретения. Причиной возникновения электрического тока является химическая реакция, в которой принимают участие пластинки металлов. Для подтверждения своей теории Вольта создал нехитрое устройство. Оно состояло из цинковой и медной пластин погруженных в емкость с соляным раствором. В результате цинковая пластина (катод) начинала растворяться, а на медной стали (аноде) появлялись пузырьки газа. Вольта предположил и доказал, что по проволоке протекает электрический ток. Несколько позже ученый собрал целую батарею из последовательно соединенных элементов, благодаря чему удалось существенно увеличить выходное напряжение. Именно это устройство стало первым в мире элементом питания и прародителем современных батарей. А батарейки в честь Луиджи Гальвани называют теперь гальваническими элементами³.

2.2 Создание фруктовой батарейки

а) с использованием одного элемента

Для создания фруктовой батареи мы попробовали взять лимоны, яблоки, огурцы свежие и соленые, помидоры, картофель сырой и вареный. Положительным полюсом определили несколько блестящих медных пластин. Для создания отрицательного полюса решили использовать оцинкованные пластины. Конечно же, понадобились провода, с зажимами на концах. Ножом сделала в фруктах небольшие надрезы, куда вставила пластины (электроды). После соединения всех частей воедино у меня получилась фруктовая или овощная батарейка (рис. 1).

Рисунок 1

Название	Напряжение, В	Сила тока, А
Лимон	0,81	0,18
Яблоко	0,84	0,12
Огурец (свежий)	0,8	0,11
Огурец (соленый)	0,9	0,2
Картофель (сырой)	0,5	0,25
Картофель (вареный)	0,75	0,5

Вывод: Исследования показали, что наибольшее значение силы тока наблюдается у соленого огурца, сырого картофеля и лимона. Значения напряжения и силы тока в варёном картофеле в два раза больше, чем в сыром.

б) разные комбинации последовательного соединения элементов

Исследовала разные комбинации последовательного соединения элементов, фруктов и овощей (рис. 2).

Рисунок 2

Название	Напряжение, В	Сила тока, А
Лимон + огурец	1,68	0.7
Два лимона	1,4	0,5
Две картошки	1,62	0,5
Три картошки	2,2	0,5
2 огурца	1,01	0.6

Вывод: соединяя последовательно объекты исследования, выяснила, что вареный картофель, лимон-огурец, дают наибольшую разность потенциалов.

2.3. Исследования электропроводности овощей и фруктов во время хранения

Название	Ноябрь I, мкА / m, г	Январь I, мкА / m, г
картофель	50-45 /150	40-36/150
свекла	33-25 /208	23-20 /208

Давно известно, что все плоды растений представляют собой открытые системы биологического происхождения сложного физико-химического состава с характерными особенностями функционирования в течение всего их развития и хранения, а преобладающим компонентом является вода.

Следовательно в процессе хранения овощи и фрукты «усыхают», т.е. количество жидкости в них уменьшается, а содержание газов увеличивается, в результате чего электpопpоводность их тоже должна уменьшаться, в чем я убедилась проверяя в январе этого года. Считаю, что используя такие данные, легко отличить плоды нового урожая текущего года от плодов и овощей прошлого.

Вывод: Экспериментально было выявлено, что постепенно сила тока и напряжение уменьшаются. Оказалось, что величины силы тока и напряжения связаны с кислотностью продукта.

2.4. Возможность практического применения электрических свойств овощей

а) источник тока для часов

В ходе измерений попытались оценить возможность практического применения электрических свойств овощей.

От четырех последовательно соединенных вареных картофелин стали работать часы маленькие (рис. 3) и большие (рис. 4).

Рисунок 3	Рисунок 4

б) освещение

Зажглась лампочка (рис. 5).

Рисунок 5

в) зарядка телефона

Разряженный телефон я подключила к пяти, последовательно соединенным вареным картофелинам, телефон заработал (рис. 6).

Рисунок 6

г) подключение калькулятора

Вытаскивая медную и цинковую пластины из овощей и фруктов, мы обратили внимание на то, что они сильно окислились. Это значит, что кислота вступала в реакцию с цинком и медью. За счет этой химической реакции и протекал очень слабый электрический ток.

III. Создание прибора для определения свежести фруктов и овощей

а) самодельный гальванометр

Кусочек картона, обмотала 30 витками медного провода и расположила его таким образом, чтобы стрелка компаса находилась под витками, была им параллельна — это нулевое положение прибора. К концам проволоки я припаяла медную и цинковую пластину, их я буду погружать в исследуемый фрукт или овощ. Если к ним подсоединить источник тока, то вокруг витков проволоки, по которым пойдет ток, возникнет магнитное поле, взаимодействующее с полем магнитной стрелки, в результате чего она будет отклонятся от своего положения. Поворот стрелки пропорционален силе тока. Затем, шкалу этого прибора я проградуировала и в единицах напряжения, так как сила тока прямо пропорциональна напряжению, приложенному к выводам этого прибора. Поэтому для градуировки нашего прибора подсоединила новую батарейку с ЭДС = 1.5 В, стрелка отклонилась на 80 град, на 8 делений нашего компаса, одному делению компаса соответствует напряжение 0,188 В (рис. 7)

Рисунок 7

б) использование самодельного прибора

С помощью прибора я дважды проверяла картофель, свеклу и лук в погребе.

Показания моего прибора уменьшились.

Разные сорта картофеля показали различные изменения. Прибор можно использовать для определения качества овощей и фруктов. Возможно на рынке (рис. 8).

Рисунок 8

IV. Об использовании фруктов и овощей для получения электричества

Недавно израильские ученые изобрели новый источник экологически чистого электричества. В качестве источника энергии необычной батарейки исследователи предложили использовать вареный картофель, так как мощность устройства в этом случае по сравнению с сырым картофелем увеличится в 10 раз. Такие необычные батареи способны работать несколько дней и даже недель, а вырабатываемое ими электричество в 5-50 раз дешевле получаемого от традиционных батареек и, по меньшей мере, вшестеро экономичнее керосиновой лампы при использовании для освещения.

Индийские ученые решили использовать фрукты, овощи и отходы от них для питания несложной бытовой техники. Батарейки содержат внутри пасту из переработанных бананов, апельсиновых корок и других овощей или фруктов, в которой размещены электроды из цинка и меди. Новинка рассчитана, прежде всего, на жителей сельских районов, которые могут сами заготавливать фруктово-овощные ингредиенты для подзарядки необычных батареек. В Индии создали батарейку на пасте из фруктов и овощей. В Австралии в 2003 году запущена электросиловая установка на ореховой скорлупе.⁴

Советы любознательным

Как добыть электричество из картошки?

У вас на даче нет электричества, но есть мешок картофеля. Из клубней картошки можно получить электричество бесплатно, все что нам понадобится, это соль, зубная паста, провода и картофелина.

Разрежьте её пополам ножом, через одну половинку проведите провода, в то время как в другой сделайте по центру углубление в форме ложки, после чего наполните её зубной пастой, смешанной с солью.

Соедините половинки картошки (к примеру зубочистками ), причем провода должны контачить с зубной пастой, а их самих лучше зачистить. Все! Теперь вы можете при помощи вашего генератора электричества устраивать пытки, зажигать костры от электрической искры и зажигать импровизированные лампочки с обугленными волокнами бамбука вместо нитей накаливания.

Как добыть электричество из фруктов?

Апельсины, лимоны и т.д., все это идеальный электролит для выработки электричества на халяву бесплатно, особенно если экстремальная ситуация застала вас недалеко от экватора. Помимо уже известных алюминия и меди, можно использовать более эффективные золото и серебро, доведя напряжение вашего электричества аж до целых 2 Вольт.

Если вы занимаетесь получением электроэнергии с целью освещения, то в качестве лампочки может служить стеклянная колба с кусочком обугленного бамбукового волокна в качестве нити накаливания. Эту кустарную нить накаливания использовал для первой лампочки в мире сам Эдиссон.

V. Выводы

Подводя итоги нашей работы можно с уверенностью сказать, что проведя эксперименты, мы, с одной стороны, убедились в том, что даже привычные нам предметы питания могут выступать в необычной роли. С другой стороны, мы убедились в выполнении законов физики.

1. Фрукты и овощи могут служить источниками тока, если ввести в них медный и цинковый электроды.
2. Экспериментально установлено, что величина тока в фрукте или овоще не зависит от его размера, а определяется наличием в нем растворов минеральных солей, видом электродов.
3. Величины силы тока и напряжения связаны с кислотностью продукта и с разными комбинациями последовательно соединённых продуктов.
4. В процессе хранения овощи и фрукты «усыхают», т. е. количество жидкости в них уменьшается, а содержание газов увеличивается, в результате чего электpопpоводность их тоже уменьшается.
5. Фруктовые и овощные батарейки могут заменять карманные батарейки для освещения холодильника, погреба (банка с огурцами и электроды), а также в экстремальных ситуациях (отключение электричества).

---

¹http://ru.euronews.com/2013/04/29/heats-shoots-and-leaves-electricity-from-living-plants

²Кириллова И.Г. Книга для чтения по физике. 6–7 кл. – М.: Просвещение, 1978, с. 198

³ru.wikipedia.org›Гальванический элемент

⁴http://energetiku.jimdo.com/

Альтернативные источники энергии — Рефераты бесплатно

Реферат на тему: 

“Альтернативные источники энергии”

 

 

Введение

 

В наше время людям энергии требуется всё больше и больше энергии, поскольку они придумывают всё больше и больше новых изобретений, для которых требуется энергия.

Энергетика зародилась много миллионов лет назад, когда люди научились добывать огонь: они охотились с помощью огня, получали свет и тепло, и он служил источником радости и оптимизма на протяжении многих лет.

В нашем проекте мы расскажем о возможных экологически-чистых источниках энергии, которыми бы люди не загрязняли окружающий мир, в котором мы живём.

 

1.Ветровая энергия

 

Огромна энергия движущихся воздушных масс. Запасы энергии ветра более чем в сто раз превышают запасы гидроэнергии всех рек планеты. Постоянно и повсюду на земле дуют ветры – от легкого ветерка, несущего желанную прохладу в летний зной, до могучих ураганов, приносящих неисчислимый урон и разрушения. Всегда неспокоен воздушный океан, на дне которого мы живем. Ветры, дующие на просторах нашей страны, могли бы легко удовлетворить все ее потребности в электроэнергии! Почему же столь обильный, доступный да и экологически чистый источник энергии так слабо используется? В наши дни двигатели, использующие ветер, покрывают всего одну тысячную мировых потребностей в энергии.

Они дают довольно много энергии, тем более если поставить несколько ветроэлектрических станций, то этой энергии хватит на долго.

Но существует несколько важных проблем: избыток энергии в ветреную погоду и недостаток ветра в безветренную погоду.

Для этого существует простое решение: ветряное колесо движет насос, которой накачивает воду в расположенное ниже водяное хранилище и вода стекая вниз приводит в действие водяную турбину. Существует ещё один более перспективный способ – электрический ток от ветряной мельницы разлагает воду на кислород и водород, который хранится в хранилище и его можно сжигать на тепловых электростанциях по мере надобности.

 

2.Энергия рек

 

Многие тысячелетия верно служит человеку энергия, заключенная в текущей воде. Запасы ее на Земле колоссальны. Недаром некоторые ученые считают, что нашу планету правильнее было бы называть не Земля, а Вода – ведь около трех четвертей поверхности планеты покрыты водой. Огромным аккумулятором энергии служит Мировой океан, поглощающий большую ее часть, поступающую от Солнца. Здесь плещут волны, происходят приливы и отливы, возникают могучие океанские течения. Рождаются могучие реки, несущие огромные массы воды в моря и океаны. Понятно, что человечество в поисках энергии не могло пройти мимо столь гигантских ее запасов. Раньше всего люди научились использовать энергию рек.

Вода была первым источником энергии, и, вероятно, первой машиной, в которой человек использовал энер­гию воды, была примитивная водяная турбина. Свыше 2000 лет назад горцы на Ближнем Востоке уже поль­зовались водяным колесом в виде вала с лопатками.

Шагом вперед было водяное колесо Витрувия. Это вертикальное колесо с большими лопатками и гори­зонтальным валом. Вал колеса связан деревянными зубчатыми колесами с вертикальным валом, на кото­ром сидит мельничный жернов.

Этот способ получения энергии даёт меньше энергии, чем ветровой, но тоже весьма практичен и не требует много затрат.

 

3.Геотермальная энергия

 

Земля, эта маленькая зеленая планета, наш общий дом, из которого мы пока не можем, да и не хотим, ухо­дить. По сравнению с мириадами других планет Земля действительно невелика: большая ее часть покрыта уют­ной и живительной зеленью. Но эта прекрасная и спо­койная планета порой приходит в ярость, и тогда с ней шутки плохи – она способна уничтожить все, что мило­стиво дарила нам с незапамятных времен. Грозные смерчи и тайфуны, неукротимые воды рек и морей разрушают все на своем пути, лесные пожары за считанные часы опустошают огромные тер­ритории вместе с постройками и посевами.

Но все это мелочи по сравнению с извержением про­снувшегося вулкана. Едва ли сыщешь на Земле другие примеры стихийного высвобождения природной энергии, которые по силе могли бы соперничать с некоторыми вулканами.

С геологической точки зрения геотермальные энерго­ресурсы можно разделить на гидротермальные конвективные системы, горячие сухие системы вулканического происхождения и системы с высоким тепловым потоком.

 

4.Гидротермальные системы

 

К категории гидротермальных  систем относят подземные бассейны пара или горячей воды, ко­торые выходят на поверхность земли, образуя гейзеры, сернистые грязевые озера и фумаролы. Образование та­ких систем связано с наличием источника теплоты  го­рячен или расплавленной скальной породой, располо­женной относительно близко к поверхности земли. Они обычно размещаются по границам тектонических плит земной коры, которым свойственна вулканическая активность.

В принципе для производства электроэнергии на месторождениях с горячей водой применяется метод, основанный на использовании пара, образовавшегося при испарении горячей жидкости на поверхности. Этот метод использует то явление, что при приближении го­рячей воды (находящейся под высоким давлением) по скважинам из бассейна к поверхности давление падает и около 20 % жидкости вскипает и превращается в пар.

Этот способ очень трудно осуществить этот способ в Латвии, так как очень трудно найти подводные воды в Латвии.

 

5.Горячие системы вулканического происхождения

 

Ко второму типу геотермальных ресурсов (горячие системы вулканического происхождения) относятся маг­ма и непроницаемые горячие сухие породы (зоны за­стывшей породы вокруг магмы и покрывающие ее скаль­ные породы). Получение геотермальной энергии непо­средственно из магмы пока технически неосуществимо. Технология, необходимая для использования энергии горячих сухих пород, только начинает разрабатываться. Предварительные технические разработки методов использования этих энергетических ресурсов предусматри­вают устройство замкнутого контура с циркулирующей по нему жидкостью, проходящего через горячую породу. Сначала пробуривают скважину, достигающую области залегания горячей породы; затем через нее в породу под большим давлением закачивают холодную воду, что приводит к образованию в ней трещин. После этого через образованную таким образом зону трещино­ватой породы пробуривают вторую скважину. Наконец, холодную воду с поверхности закачивают в первую скважину. Проходя через горячую породу, она нагрева­ется  (извлекается через вторую скважину в виде пара или горячей воды, которые затем можно использовать для производства электроэнергии одним из рассмотрен­ных ранее способов).

Этот способ невозможно использовать этот способ, в связи с отсутствием вулканов.

6.Системы с высоким тепловым потоком

 

Геотермальные системы третьего типа существуют в тех районах, где в зоне с высокими значениями теплово­го потока располагается глубокозалегающий осадочный бассейн. В таких районах, как Парижский или Венгерский бассейны, температура воды, поступающая из сква­жин, может достигать 100 °С.

Особая категория месторождений этого типа нахо­дится в районах, где нормальный тепловой поток через грунт оказывается в ловушке из изолирующих непрони­цаемых пластов глины, образовавшихся в быстро опускающихся геосинклинальных зонах или в областях опускания земной коры. Температу­ра воды, поступающей из геотермальных месторождений в некоторых зонах, может достигать 150–180°С.

 

7. Энергия мирового океана

 

Резкое увеличение цен на топливо, трудности с его полученном, сообщения об истощении топливных ресурсов – все эти видимые признаки энергетического кризиса вызвали в последние годы во многих странах значительный интерес к новым источникам энергии, в том числе к энергии Мирового океана.

8.Энергия приливов и отливов

 

Веками люди размышляли над причиной морских приливов и отливов. Сегодня мы достоверно знаем, что могучее природное явление – ритмичное движение морских вод вызывают силы притяжения Луны и Солнца. Поскольку Солнце находится от Земли в 400 раз дальше, гораздо меньшая масса Луны действует на земные поды вдвое сильнее, чем масса Солнца. Поэтому решающую роль играет прилив, вызванный Луной (лунный прилив). В морских просторах приливы чередуются с отливами теоретически через 6 ч 12 мин 30 с. Если Луна, Солнце и Земля находятся на одной прямой, Солнце своим притяжением усиливает воздействие Луны, и тогда наступает сильный прилив. Когда же Солнце стоит под прямым углом к отрезку Земля-Луна, наступает слабый прилив. Сильный и слабый приливы чередуются через семь дней.

Однако истинный ход прилива и отлива весьма сложен. На него влияют особенности движения небесных тел, характер береговой линии, глубина воды, морские течения и ветер.

Самые высокие и сильные приливные волны возникают в мелких и узких заливах или устьях рек, впадающих в моря и океаны. Приливная волна Индийского океана катится против течения Ганга на расстояние 250 км от его устья. Приливная волна Атлантического океана распространяется на 900 км вверх по Амазонке. В закрытых морях, например Черном или Средиземном, возникают малые приливные волны высотой 50-70 см.

С помощью научных формул можно рассчитать место, где можно поставить электростанцию и получить самое большое количество энергии.

 

9. Энергия солнца

 

Для древних народов Солнце было богом. В Верхнем Египте, культура которого восходит к четвертому тысячелетию до н.э., верили, что род фараонов ведет свое происхождение от Ра – бога Солнца. Надпись на одной из пирамид представляет фараона как наместника Солнца на Земле, «который исцеляет нас своей заботой, когда выйдет, подобно Солнцу, что дает зелень землям.

Своей жизнетворной силой Солнце всегда вызывало у людей чувства поклонения и страха. Народы, тесно связанные с природой, ждали от него милостивых даров – урожая и изобилия, хорошей погоды и свежего дождя или же кары – ненастья, бурь, града. Поэтому в народном искусстве мы всюду видим изображение Солнца: над фасадами домов, на вышивках, в резьбе и т. п.

Почти все источники энергии, о которых мы до сих пор говорили, так или иначе используют энергию Солнца: уголь, нефть, природный газ суть не что иное, как «законсервированная» солнечная энергия. Она заключена в этом топливе с незапамятных времен; под действием солнечного тепла и света на Земле росли растения, накапливали в себе энергию, а потом в результате длительных процессов превратились в употребляемое сегодня топливо. Солнце каждый год даст человечеству миллиарды тонн зерна и древесины. Энергия рек и горных водопадов также происходит от Солнца, которое поддерживает кругооборот воды на Земле.

Во всех приведенных примерах солнечная энергия используется косвенно, через многие промежуточные превращения. Заманчиво было бы исключить эти превращения и найти способ непосредственно преобразовывать тепловое и световое излучение Солнца, падающее на Землю, в механическую или электрическую энергию. Всего за  три  дня Солнце посылает на Землю   столько   энергии, сколько ее содержится во всех разведанных запасах ископаемых топлив, а за 1 с – 170 млрд.

Солнечная энергия, падающая на поверхность одного озера, эквивалентна мощности крупной электростанции.

Существуют несколько способ применения солнечной энергии как альтернативной энергии: водоём, нагреваемый солнцем, плита с аккумулятором, находящаяся на возвышенности и изогнутое зеркало.

 

10.Атомная энергия

 

Энергетический ядерный реактор устроен довольно просто – в нем, так же как и в обычном котле, вода превращается в пар. Для этого используют энергию, выделяющуюся при цепной реакции распада атомов урана или другого ядерного топлива. На атомной электростанции нет громадного парового котла, состоящего из тысяч километров стальных трубок, по которым при огромном давлении циркулирует вода, превращаясь в пар. Эту махину заменил относительно небольшой ядерный реактор.

Атомные реакторы на тепловых нейтронах различаются между собой главным образом по двум признакам: какие вещества используются в качестве замедлителя нейтронов и какие в качестве теплоносителя, с помощью которого производится отвод тепла из активной зоны реактора. Наибольшее распространение в настоящее время имеют водо-водяные реакторы.

11. Водородная энергетика

 

Передача электроэнергии по проводам обходится очень дорого: она составляет около трети себестоимости энергии для потребителя. Чтобы снизить расходы, строят линии электропередачи все более высокого напряжения. Но воздушные высоковольтные линии требуют отчуждения большой земельной площади, к тому же они уязвимы для очень сильных ветров и иных метеорологических факторов. А подземные кабельные линии обходятся в 10 – 20 раз дороже, и их прокладывают лишь в исключительных случаях (например, когда это вызвано соображениями архитектуры или надежности).

Серьезнейшую проблему составляет накопление и хранение электроэнергии, поскольку электростанции наиболее экономично работают при постоянной мощности и полной нагрузке. Между тем спрос на электроэнергию меняется в течение суток, недели и года, так что мощность электростанций приходится к нему приспосабливать. Единственную возможность сохранять впрок большие количества электроэнергии в настоящее время дают гидроаккумулирующие электростанции, но и они в свою очередь связаны с множеством проблем.

Все эти проблемы, стоящие перед современной энергетикой, могло бы – по мнению многих специалистов – разрешить использование водорода в качестве топлива и создание так называемого водородного энергетического хозяйства.

Водород, самый простой и легкий из всех химических элементов, можно считать идеальным топливом. Он имеется всюду, где есть вода. При сжигании водорода образуется вода, которую можно снова разложить на водород и кислород, причем этот процесс не вызывает никакого загрязнения окружающей среды.

Водород – синтетическое топливо. Его можно получать из угля, нефти, природного газа либо путем разложения воды. Согласно оценкам, сегодня в мире производят и потребляют около 20 млн. т водорода в год. Половина этого количества расходуется на производство аммиака и удобрений, а остальное – на удаление серы из газообразного топлива, в металлургии, для гидрогенизации угля и других топлив. В современной экономике водород остается скорее химическим, нежели энергетическим сырьем.

Его можно транспортировать по трубам как природный газ.

Ещё одно полезное качество водорода – им можно заменить бензин и выхлопные газы больше не будут загрязнять нашу природу.

Экономика альтернативной энергетики. Часть 1 — Компоненты и технологии

Введение

Стандартные способы расчета удельной стоимости, используемые более века, недостаточно корректны в условиях современного рынка. В отличие от них новые методики допускают высокие риски вычислений в области энергетики. В ситуации, когда индустриальный мир все более зависит от поставок топлива с непредсказуемыми и растущими ценами из политически нестабильных регионов, этот фактор заслуживает непосредственного внимания.

Рынки не способны решать эти проблемы самостоятельно, так как они не могут оценить все внешние аспекты производства электроэнергии. Правительства вынуждены корректировать рыночные ошибки, вызванные этим эффектом, поскольку выгода от самостоятельного производства энергии и ее стоимость для покупающих/продающих компаний отличаются от этих показателей для общества. Для энергетических компаний выгодно считать нулевыми расходы на утилизацию отходов в виде СО₂, окисей азота, серы, метана и т. п. Однако проблема состоит в том, что загрязнение среды дорого стоит обществу, так как приводит к болезням дыхательных путей, росту числа онкологических заболеваний, возникновению кислотных дождей, а также к глобальному потеплению.

Достоинства альтернативных источников энергии следует рассматривать в контексте всей экономики и общества в целом, а не в отношении отдельных участников рынка (например, проблема «общественной пользы»). В статье делается попытка оценить экономические аспекты альтернативной энергетики и энергетической политики на основе сравнения различных технологий производства. Авторы постарались включить риски, связанные с изменением цен на топливо, в анализ оптимального выбора источника энергии и способа ее выработки. Учет риска расчета цены топлива на базе сравнения стоимости технологий недостаточно отработан, и этот подход пока что не применяется Европейской комиссией или на правительственном уровне. Поэтому в статье предлагается соответствующая методология, которая должна также распространяться на стоимость угля, что позволяет учесть соглашение, принятое Европейским Союзом в декабре 2008 года, определяющее реальные последствия углеродистого загрязнения.

Базовая стоимость выработки ветроэнергии

Примерно 75% общей цены ветроэнергетической установки (ВЭУ) приходится на начальные капиталовложения, включающие стоимость турбины с преобразователем, электрооборудования, сетевых подводов и т. д. Очевидно, что колеблющиеся цены топлива не влияют на стоимость выработки альтернативной энергии, однако ветроэнергетика является намного более капиталоемкой по сравнению с технологиями на основе ископаемого топлива. Например, у газовых турбин 40–70% расходов приходится непосредственно на газ и техническое обслуживание (O&M). Типовая структура цены европейской ВЭУ мощностью 2 МВт приведена в таблице 1.

Таблица 1. Структура цены типовой европейской ВЭУ мощностью 2 МВт

Капиталовложения	Инвестиции (1000 евро/МВт)	Соотношение, %
Турбина с преобразователем	928	75,6
Сетевые подключения	109	8,9
Строительство	80	6,5
Аренда земли	48	3,9
Монтаж электрики	18	1,5
Обслуживание	15	1,2
Финансовые затраты	15	1,2
Строительство дорог	11	0,9
Система управления	4	0,3
Общая стоимость	1227	100

Стоимость техобслуживания ВЭУ берегового базирования оценивается примерно в 1,2–1,5 евро/кВт за весь срок службы генератора. По данным испанских производителей, менее 60% O&M приходится на обслуживание непосредственно турбины и другого оборудования, остальная часть равномерно делится между трудозатратами и запчастями. Стоимость 1 кВт вырабатываемой ветроэнергии, рассчитываемая как функция интенсивности ветра в различных областях, показана на рис. 1. Судя по приведенным графикам, диапазон составляет от 7–10 центов/кВт во внутренних областях с низкой скоростью ветра до 5–6,5 цента/кВт в прибрежных зонах, отличающихся стабильной ветровой обстановкой.

Базовая стоимость выработки ветроэнергии

Примерно 75% общей цены ветроэнергетической установки (ВЭУ) приходится на начальные капиталовложения, включающие стоимость турбины с преобразователем, электрооборудования, сетевых подводов и т. д. Очевидно, что колеблющиеся цены топлива не влияют на стоимость выработки альтернативной энергии, однако ветроэнергетика является намного более капиталоемкой по сравнению с технологиями на основе ископаемого топлива. Например, у газовых турбин 40–70% расходов приходится непосредственно на газ и техническое обслуживание (O&M). Типовая структура цены европейской ВЭУ мощностью 2 МВт приведена в таблице 1.

Таблица 1. Структура цены типовой европейской ВЭУ мощностью 2 МВт

Капиталовложения	Инвестиции (1000 евро/МВт)	Соотношение, %
Турбина с преобразователем	928	75,6
Сетевые подключения	109	8,9
Строительство	80	6,5
Аренда земли	48	3,9
Монтаж электрики	18	1,5
Обслуживание	15	1,2
Финансовые затраты	15	1,2
Строительство дорог	11	0,9
Система управления	4	0,3
Общая стоимость	1227	100

Стоимость техобслуживания ВЭУ берегового базирования оценивается примерно в 1,2–1,5 евро/кВт за весь срок службы генератора. По данным испанских производителей, менее 60% O&M приходится на обслуживание непосредственно турбины и другого оборудования, остальная часть равномерно делится между трудозатратами и запчастями. Стоимость 1 кВт вырабатываемой ветроэнергии, рассчитываемая как функция интенсивности ветра в различных областях, показана на рис. 1. Судя по приведенным графикам, диапазон составляет от 7–10 центов/кВт во внутренних областях с низкой скоростью ветра до 5–6,5 цента/кВт в прибрежных зонах, отличающихся стабильной ветровой обстановкой.

На рис. 2 показано воздействие учетных ставок на стоимость производства электроэнергии. Быстрый рост европейского и мирового рынка ВЭУ в течение последних 20 лет существенно изменил этот показатель. Чтобы проиллюстрировать тенденцию к снижению затрат на выработку ветроэнергии, на рис. 3 приведены производственные затраты для различных типоразмеров и моделей турбин. Вследствие недостатка мировых данных на рис. 3 приведена кривая, отображающая ситуацию в Дании, хотя аналогичная картина наблюдается и в Германии. Экономическим следствием этого тренда является рост мощности турбин и соответствующее повышение их экономической эффективности.

Рис. 2. Стоимость энергии в зависимости от скорости ветра (количество часов полной нагрузки) и учетной ставки (установленная стоимость турбины — 1225 евро/кВт)

Рис. 3. Полная стоимость ветроэнергии на единицу произведенного электричества для различных турбин (постоянные цены на 2006 год) при учетной ставке 7,5%

Для оффшорных ВЭУ средняя удельная стоимость энергии уменьшилась с 9,2 цента/кВт для турбины 95 кВт (самый распространенный тип середины 1980-х годов) до примерно 5,3 цента/кВт для новейших 2-Вт машин, то есть снижение составило более 40%.

Предварительные расчеты показывают, что при удвоении мощности ВЭУ стоимость 1 кВт энергии (для новых установок) снижается на 9–17%.

Оффшорные ветротурбины пока что составляют небольшую долю в общем объеме рынка (около 1%), основной рост их количества идет в Западной Европе по побережью Северного и Балтийского морей, где расположено около 20 подобных электростанций. К концу 2008 года только 1,5 ГВт энергии вырабатывались оффшорными ВЭУ, поскольку установки морского базирования примерно на 50% дороже «сухопутных». Однако за счет более высокой и стабильной скорости ветра в оффшорной зоне и лучших экологических показателей многие страны Европейского Союза развивают эту технологию ВЭУ. Отметим, что для береговых установок количество часов полной нагрузки в год составляет 2000–2500, у морских ветряков этот показатель в зависимости от региона доходит до 4000 часов.

На рис. 4 приведен предполагаемый объем инвестиций в ветроэнергетику с 2000 по 2030 год. Ожидается, что этот рынок до 2015 года будет стабильно расти со скоростью около 10 000 млн евро в год, причем самый высокий прирост будет по оффшорным ВЭУ. К 2020 году мировой рынок ветроэнергетики будет увеличиваться ежегодно на 17 000 млн евро, причем половина инвестиций придется на морские ВЭУ, а к 2030-му ежегодный рост составит уже 20 000 млн евро с 60%-ной долей оффшорных установок. Европейская ассоциация по ветроэнергетике (EWEA) составила этот сценарий в 2009 году на основе Европейской Директивы по возобновляемой энергии 2008 года, отображающей основные цели развития альтернативной энергетики в 27 странах Евросоюза.

Рис. 4. Инвестиции в ветроэнергетику в 2000–2030 гг.

На рис. 5 отображен эффект от сокращения выбросов CO₂ и снижения потребления топлива с учетом развития ветроэнергетики в 2008–2030 гг. при условии срока службы береговой турбины 20 лет и морской — 25 лет. Расчеты сделаны на основе положения, подразумевающего, что использование энергии ветра позволяет сократить выбросы CO₂ в среднем на 690 г/кВт при стоимости 25 евро/т и что производство 1 ТВт альтернативной энергии позволяет снизить потребление топлива на 42 млн евро (при цене нефти 90 $/баррель).

Рис. 5. Инвестиции в ветроэнергетику с учетом эффекта от снижения выбросов CO₂ и потребления топлива
(нефть — 90 $/баррель, СО₂ — 25 евро/т)

Стоимость ветроэнергии по сравнению с другими источниками

Основная стоимость выработки электроэнергии содержит 4 составляющих:

1. Цена топлива.
2. Экономия от снижения выбросов CO₂ (данные European Trading System, ETS).
3. Стоимость эксплуатации и технического обслуживания.
4. Капитальные затраты, включая планирование и работу на объекте.

В статье использованы цены на топливо, действующие на мировых рынках согласно документу IEA World Energy Outlook 2007, в соответствии с которым средняя стоимость сырой нефти снижалась с 63 $/баррель в 2007 году до 59 $/баррель в 2010-м. Как правило, цены на природный газ следуют за ценой на сырую нефть (средние показатели для угля — 1,6 евро/ГДж, природного газа — 6,05 евро/ГДж). Стоимость нефти достигла максимума в 147 $/баррель в июле 2008-го, соответственно, в отчете за 2008 год IEA изменила прогноз на 100 $/баррель в 2010-м и 122 $/баррель в 2030-м.

На рис. 6 показаны результаты сравнения экономических показателей для случая ввода в эксплуатацию в 2010 году двух сопоставимых электростанций. Данные для референтной станции рассчитаны с использованием Recabs-модели и прогнозов IEA по цене топлива (59 $/баррель в 2010-м), цена ветроэнергии взята из приведенной выше информации для береговой ВЭУ. Во время написания статьи (сентябрь 2008-го) стоимость сырой нефти составляла 120 $/баррель, что значительно превышало прогнозы IEA, что учтено в сравнительном анализе, результаты которого представлены на рис. 7. Как видно на рисунке, цена природного газа вдвое выше, чем нефти (118 $/баррель в 2010-м), стоимость угля должна увеличиться на 50%, а CO₂ — до 35 евро/т с 25 евро/т в 2008-м. Конкурентоспособность ветроэнергетики с ростом цен на нефть и уголь существенно увеличивается, причем стоимость энергии удаленных от берега ВЭУ становится ниже, чем выработка энергии при сжигании природного газа, она всего на 10% выше, чем для угольных станций. Отметим, что самое дешевое электричество вырабатывают береговые ВЭУ.

Рис. 6. Стоимость выработки ветроэнергии по сравнению с традиционными источниками

Рис. 7. Сравнительный анализ стоимости выработки ветроэнергии с учетом роста цен ископаемого топлива и CO₂

Упомянутая выше неопределенность в прогнозах цен на ископаемое топливо вносит значительный риск в сравнительный анализ эффективности альтернативной энергетики. При этом даже если удельная стоимость энергии ветра окажется выше прогнозируемой, она застрахована от непредсказуемых скачков цен, которые в будущем неизбежно будут испытывать углеводороды и CO₂. По данным международного агентства по энергетике IEA, в Евросоюзе потребление угля на 10 евро добавляет 1 цент/кВт·ч к цене выработки энергии на угольных станциях и 0,5 цента/кВт·ч — на газовых. Таким образом, однозначная природа формирования издержек ВЭУ компенсирует более высокую цену производства ветроэнергии по сравнению с непредсказуемыми традиционными источниками на основе углеводородов.

В отчете World Energy Outlook за 2008 год IEA изменила свои прогнозы относительно цен на топливо и стоимости строительства новых станций. Также для Западной Европы было уточнено, что цена угля в $30 за тонну добавляет 30 $/МВт на выработку энергии угольными станциями и 15 $/МВт — газовыми. На рис. 8 показаны прогнозы IEA по ценам производства электроэнергии угольными, газовыми и ветряными станциями в Евросоюзе в 2015 и 2030 годах. Судя по представленным данным, стоимость ветроэнергии должна стать ниже, чем стоимость традиционных источников.

Рис. 8. Стоимость выработки электроэнергии в Евросоюзе в 2015 и 2030 г.

Стоимость энергии ветра

Реальная цена ветроэнергии для пользователя отличается от стоимости ее выработки, описанной в предыдущих главах. Этот показатель сильно зависит от промышленных условий региона — потребителя энергии, что является ключевым элементом определения стоимости и ее сравнения с другими источниками. В предлагаемой статье мы постараемся разделить издержки производства ветроэнергии и цену ветра, то есть цену, которую будущий владелец турбины будет в состоянии предложить за кВт·ч или которую он определит в качестве фиксированной для покупателя электричества.

Очевидно, что плата за энергию, которую хотел бы получить владелец турбины, зависит от цены ее доставки потребителю и рисков (страховок), которые он берет на себя для выполнения контракта. Электроэнергия может быть приобретена на основе долгосрочного контракта (15–25 лет) в зависимости от предпочтений продавца и покупателя. Как правило, поставщики электричества предпочитают долгосрочные контракты, поскольку при этом минимизируются инвестиционные риски, а большинство расходов фиксированы и известны во время ввода турбины в эксплуатацию. По сравнению с тепловыми электростанциями, использующими ископаемое топливо, ветро- и гидротурбины предоставляют покупателям уникальную возможность определить долговременные, фиксированные условия покупки энергии.

Как новая и капиталоемкая технология, ветроэнергетика создает двойную проблему регулирования на мировом энергетическом рынке. С одной стороны, существующие рыночные правила и технические регламенты создавались для традиционных источников энергии. С другой — стабильность экономических показателей более важна для капиталоемких технологий с длительным сроком службы оборудования, чем для обычных технологий производства энергии на базе ископаемого топлива.

Регулирование неизбежно присутствует на любых рынках, это краеугольный камень общественного устройства. Законы против мошенничества, распределение диапазонов радиочастот, требования безопасности сетей и их обслуживания, профессиональная безопасность и экологические инструкции — вот примеры требований рынка, которые являются важными элементами современной экономики и цивилизации. До тех пор пока обычные технологии производства энергии не оказывают реального социального воздействия (имеется в виду загрязнение окружающей среды), не существует сильных аргументов в пользу возобновляемых источников энергии, главное достоинство которых — экологичность.

Самым эффективным методом борьбы за охрану окружающей среды должны быть высокие платежи за загрязнение природы в форме налогов и штрафов. Однако политические деятели выбрали другой путь, основанный на прогрессивном регулировании цен на электричество, получаемое из возобновляемых источников. Регулирующие механизмы подразумевают финансовую поддержку в виде субсидий и премий за произведенную и проданную энергию. В странах, где действуют, например, количественные модели рынка, используются «зеленые сертификаты» (Великобритания, Швеция и Бельгия) или механизмы, при которых правительство требует, чтобы вся растущая потребность в электроэнергии покрывалась за счет возобновляемых источников (США).

Сеть, системная интеграция и рынок

Включение ВЭУ в глобальную энергетическую сеть влечет за собой ряд экономических последствий, как позитивных, так и негативных. На системном уровне затраты по интеграции ветроэнергетической установки имеют два основных аспекта: согласование характеристик генерирующих станций и совершенствование инфраструктуры сети. Эти факторы в различной степени действуют и в отношении других технологий выработки энергии.

Необходимость дополнительной балансировки проистекает из переменной природы ветра, требующей согласования характеристик генераторов с учетом непредсказуемо меняющегося соотношения выработки и потребления энергии. Существуют достаточно хорошие методики оценки подобных затрат, которые несоизмеримо ниже стоимости выработки энергии и балансирования всей энергетической системы.

Модернизация сетей необходима по целому ряду причин, и в первую очередь нужны дополнительные линии передачи для соединения действующих и вводимых в эксплуатацию парков ветряков, для подключения их к передающим и распределительным сетям. Значительное увеличение мощности ветряков и их вклада в энергосистемы требует улучшения систем управления и регулирования параметров ВЭУ для стабилизации сетевого напряжения. К сожалению, зачастую ограниченные возможности сетевых коммуникаций сводят на нет преимущества ветро- энергетики, заключающиеся в распространенности и доступности потоков ветра. С этой точки зрения улучшение инфраструктуры имеет большое значение для работы любой энергетической системы в целом, и затраты на них следует включать не только в стоимость выработки альтернативной энергии.

Как правило, скорость ветра меняется медленно и неравномерно, поэтому при работе большого парка турбин падение выходной мощности одних с успехом компенсируется эффективной работой других. Анализ скандинавского рынка альтернативной энергетики (NordPool) показал, что средняя стоимость ветроэнергии в Дании составляет примерно 0,3–0,4 цент/кВт·ч при 20%-ной токовой нагрузке и существующем состоянии сетей. Аналогичные результаты получаются при анализе ситуации в других странах. Расходы на балансировку зависят и от стоимости другого сетевого оборудования, а также от предсказуемости состояния сети, которое определяется как изменение нагрузки минус количество вырабатываемой ветроэнергии.

Чем более прогнозируемым является состояние сети, тем проще управлять режимом балансировки силовых установок, компенсировать кратковременные перегрузки и выбирать необходимую минимальную мощность единичных ВЭУ. Интенсивность ветровых потоков может быть достоверно предсказана на несколько часов вперед; существуют коммерческие прогнозирующие службы, использующие специальное метеорологическое оборудование и программное обеспечение.

Если ВЭУ обеспечивают 20% потребности в электричестве, эксплуатационные расходы системы генерирования увеличиваются примерно на 1–4 евро/МВт·ч, что составляет примерно 5–10% от оптовой цены ветроэнергии. На рис. 9 показана зависимость затрат от уровня использования ВЭУ по результатам различных исследований. Расходы на балансирование увеличиваются линейно; абсолютные величины не превышают 4 евро/МВт·ч при 20%-ном вкладе ветрогенераторов в общий баланс (чаще всего они находятся в диапазоне ниже 2 евро/МВт·ч).

Рис. 9. Оценка увеличения эксплуатационных расходов и расходов на балансировку в зависимости от вклада ветроэнергетики в общий баланс

При увеличении площади парка ВЭУ снижается перепад интенсивности ветра, при этом уменьшается ошибка прогнозирования и уровень непредсказуемого небаланса между станциями. Использование больших областей размещения установок повышает их рентабельность. В этом отношении региональная концентрация европейских энергетических рынков и их четкое взаимодействие способствует улучшению экономических показателей ветроэнергетики. Эти показатели определены в ходе количественных исследований, которые проводят такие организации, как TradeWind. Эффект от ввода в действие новых ВЭУ был проанализирован в нескольких европейских странах. Национальные исследования определяют затраты по расширению энергосети и подключению новых станций, они основываются на моделировании потока передаваемой и распределяемой энергии с учетом различных сценариев развития ветроэнергетики для существующих, запланированных и перспективных парков ВЭУ.

Известно, что расходы на расширение или увеличение мощности энергосети находятся в диапазоне 0,1–5 евро/МВт·ч, что составляет примерно 10% от стоимости выработки ветроэнергии при ее 30%-ном вкладе в общий баланс. Затраты на сетевую инфраструктуру (на МВт·ч выработанной энергии) находятся на том же уровне, что и затраты на создание резервных аккумулирующих источников, используемых для балансировки. Европейская энергетическая стратегия требует наличия четкого взаимодействия между самими парками ВЭУ (включая их промежуточные сети) и внешней сетевой инфраструктурой. Особенно важно выполнение этого требования для удаленных ветроэнергетических станций и оффшорных ВЭУ.

На рис. 10 показано типовое соотношение стоимости выработки и потребления электроэнергии. Судя по графикам, цены атомной и ветряной энергии находятся в нижней части кривой благодаря предельно низким издержкам их производства. Далее следуют комбинированные тепловые станции, а самая дорогая энергия вырабатывается пароконденсационными установками (ТЭЦ) и газовыми турбинами, имеющими максимальную стоимость производства. Отметим, что на графике не приведены данные по ГЭС, поскольку гидроэнергия в Европе считается стратегической и ее стоимость зависит от перепадов высот рек, а также запаса воды в хранилищах.

Рис. 10. Удельная стоимость и выработка в МВт·ч различных видов энергии в Скандинавии

Мощность ВЭУ влияет на цену энергии по двум направлениям: стоимость выработки ветроэнергии очень низка, поскольку отсутствуют затраты на топливо, и поэтому удельные величины находятся в нижней части графика. За счет этого кривая выработки смещается вправо (рис. 11): выработка обеспечивает гибкую зависимость цены электричества от потребности в энергии. На рис. 11 показано, что стоимость снижается от значения А (price A) до В (price B), в то время как выработка электроэнергии повышается во время пикового уровня потребления. В общем случае стоимость энергии при высокой скорости ветра оказывается меньше, чем при низкой.

Рис. 11. Влияние мощности ВЭУ на стоимость энергии в разное время суток

Как уже было упомянуто, энергия может быть запасена, особенно во время ее наиболее интенсивной выработки. Таким образом, если возможности передающих сетей не позволяют обеспечить текущую потребность, производящие агрегаты отделяются от потребителя и работают на накопление, что также влияет на стоимость энергии. При избыточном электроснабжении за счет ветряков обычные электростанции должны уменьшить свое производство, поскольку снижение выработки ветроэнергии нецелесообразно с экономической и экологической точки зрения. В большинстве случаев указанные факторы обеспечивают конкурентную цену ветроэнергии.

С увеличением выработки кривая электроснабжения на рис. 11 сдвигается вправо. При заданном уровне потребления это предполагает меньший уровень рыночной цены, однако влияние мощности ВЭУ на экономические показатели зависит и от времени суток. Если ветрогенератор работает наиболее эффективно в полдень при пиковом уровне потребления, то большая часть вырабатываемой энергии будет использована. Таким образом, если мы рассматриваем крутую часть кривой энергоснабжения и, соответственно, мощность ВЭУ имеет сильное влияние, то снижение цены будет наиболее существенным (от А до В). Однако если наибольшая часть электричества производится ночью при минимальном потреблении и часть энергии идет на накопление, это соответствует плоскому участку характеристики, и влияние мощности ВЭУ на стоимость невелико.

Сказанное иллюстрируется с помощью левого графика (рис. 12), где затемненная область между двумя кривыми аппроксимирует величину мощности ВЭУ при условии низкой стоимости энергии в западной Дании. На правом графике более детально показаны значения для этого региона, где ветротурбины полностью покрывают растущую потребность в электричестве. Пять уровней мощности ветрогенераторов и соответствующая стоимость энергии описаны по часам в течение декабря 2005 года. Референтной считается кривая 0–150 МВт, соответствующая периоду времени, когда ветер практически отсутствует. Таким образом, этот график описывает средние дневные цены в декабре 2005 года при условии минимального вклада ВЭУ в энергосистему. Остальные кривые демонстрируют растущий уровень выработки ветроэнергии: область 150–500 МВт соответствует слабому ветру, увеличивающемуся до состояния шторма в зоне >1500 МВт.

Рис. 12. Влияние ветроэнергетики на стоимость энергии в западной Дании в декабре 2005 года

Как показано на рис. 12, чем больше производимая мощность, тем ниже стоимость электричества для данного региона. При максимальной эффективности работы турбины цена энергии существенно снижается в течение дня, но незначительно изменяется ночью, что в полной мере относится и к ее конечной стоимости для потребителя.

Рис. 13. Рост средней мощности ВЭУ в различных странах (в кВт)

На рис. 14 видна экономия электроэнергии в Дании, обеспечиваемая за счет вклада ВЭУ в общую энергосистему. Расчет этого показателя был сделан для минимальной мощности (0–150 МВт), когда ветротурбины практически не работают, и номинальной (свыше 500 МВт). Для каждого часа рассчитывалась разница между референтным значением и уровнем выработки энергии, превышающим базовую величину. Суммирование результатов для всех анализируемых часов в течение года дает общую выгоду потребителей электроэнергии. Рисунок наглядно демонстрирует, насколько высокими могут быть розничные цены (без учета транспортировки и НДС) без учета работы ВЭУ. В 2004–2007 гг. потребительская стоимость электроэнергии (включая ее транспортировку и налоги) в Дании была бы в этом случае выше на 4–12%. В 2007 году снижение стоимости электроэнергии в Скандинавии за счет работы ВЭУ составило примерно 0,5 цента/кВт.

Рис. 14. Инвестиции в ветроэнергетику Дании с 1989 по 2006 год

Продолжение следует

Литература

1. Awerbuch S., Mothorst P.-E. The Economics of Wind Energy. A report by the European Wind Energy Association. March 2009.
2. http://renewableenergy.com

3. GWEC

Все статьи цикла:

Электричество

---

2

Укладка и скручивание графена открывает редкую форму магнетизма

12 октября 2020 г. — Группа исследователей обнаружила, что в трехслойном графене могут возникать различные экзотические электронные состояния, в том числе редкая форма магнетизма …

---

Водяной пар в атмосфере может быть основным возобновляемым источником энергии

9 июня 2020 г. — Новое исследование показало, что водяной пар в атмосфере может служить потенциальным возобновляемым источником энергии в регионе…

---

Новая учебная программа улучшает понимание учащимися электрических цепей в школах

18 декабря 2020 г. — Тема электричества часто вызывает трудности у многих школьников на уроках физики. Исследователи разработали и эмпирически оценили новую, интуитивно понятную учебную программу как часть …

---

Новый статический отрицательный конденсатор может улучшить вычисления

8 апреля 2019 г. — Исследователи создали постоянный статический «отрицательный конденсатор», устройство, которое, как считается, нарушало законы физики около десяти лет…

---

Гибридная система электроснабжения снизит тарифы и улучшит обслуживание

31 января 2019 г. — Новая система распределения снизит цены на электроэнергию более чем на пять процентов, а также улучшит обслуживание …

---

Исследование определяет финансовую выгоду от вождения электромобилей

23 июня 2020 года — Автомобилисты могут сэкономить до 14 500 долларов на расходах на топливо в течение 15 лет, управляя электромобилем вместо аналогичного, работающего на бензине, согласно новому…

---

Лучшее на снегу: новое научное устройство генерирует электричество из снегопада

15 апреля 2019 г. — Исследователи впервые разработали новое устройство, которое создает электричество из падающего снега. Устройство недорогое, маленькое, тонкое и гибкое, как лист …

---

Избавить электрические сети от углерода, поддержать поддержку зеленой энергии

28 октября 2019 г. — Инженеры вместе с экономистом создали энергетическую модель, которая помогает убрать энергию, вырабатываемую углеродом, из электрической сети США, заменив ее более экологичной и финансово осуществимой ветровой и солнечной энергией…

---

Вопросы относительности: примирение двух противоположных взглядов на магнитную силу

29 января 2018 г. — Наше понимание того, как точечная частица, несущая заряд, движется в присутствии неоднородного магнитного поля, до сих пор основывалось на двух теориях, которые, как считалось, различались. Ученые сейчас …

---

Электромобили лучше для климата в 95% мира

23 марта 2020 г. — Опасения по поводу того, что электромобили могут увеличить выбросы углерода, необоснованны почти во всех частях мира, новое исследование…

---

18 Преимущества и недостатки альтернативной энергетики

Альтернативная энергия определяется как ресурс, который мы используем помимо ископаемого топлива. Это означает, что на этот титул претендуют такие предметы, как ветер, биомасса, солнечная энергия и геотермальная энергия. Гидроэнергетика — еще один вариант, который попадает в эту категорию, хотя некоторым производителям необходимо ископаемое топливо в качестве основы для производства энергии для потребления.

Природа того, что мы рассматриваем как альтернативный источник энергии, со временем кардинально изменилась.Также было несколько споров по поводу использования энергии, которые существуют из-за ценности, которую предлагают некоторые варианты. Когда вы добавляете различные цели конкретных защитников в этом секторе экономики, может быть довольно спорным определение некоторых видов энергии в качестве альтернативного варианта.

Взгляд в прошлое показывает, что уголь стал альтернативой древесному топливу. Мы начали использовать нефть вместо китового жира. Этанол не является альтернативой стандартному бензину. Некоторые защитники сказали бы, что газификация угля — альтернатива нефти.

Для целей обсуждения преимуществ и недостатков альтернативной энергии источники, которые подходят под это определение, — это солнечная, ветровая, гидроэлектрическая, геотермальная и морская энергия.

Список преимуществ альтернативной энергетики

1. Некоторые альтернативные источники энергии производят нулевое загрязнение.
Энергия ветра дает нам преимущество в том, что она не производит загрязнений, которые загрязняют окружающую среду. Не происходит никаких химических процессов, кроме создания турбины, которая вращается, когда дует ветер.Это означает, что сжигание ископаемого топлива сводится к минимуму в процессе производства. Благодаря этому варианту также остается меньше вредных побочных продуктов.

Солнечная и гидроэлектрическая энергия дают это преимущество в меньшей степени. Геотермальная энергия часто считается лучшим вариантом, поскольку вы можете получить к ней доступ в любое время после установки, не беспокоясь о выбросах.

2. Мы по-прежнему можем использовать земельные ресурсы с альтернативной энергией.
Мы должны разрабатывать шахты и скважины, чтобы получить доступ к ископаемым источникам топлива.Добыча угля может происходить под землей или за счет открытой добычи. Мы получаем доступ к нефти с помощью технологий гидроразрыва. Когда мы работаем над освоением этих необходимых энергоресурсов, становится практически невозможно использовать землю для других целей. Альтернативная энергетика не имеет такого ограничения.

Хотя солнечные фермы являются исключением из этого правила, земледелие и выпас скота все еще возможны на земле, занятой ветряными турбинами. Мы по-прежнему используем водные пути с плотинами, вырабатывающими гидроэлектроэнергию.Поскольку эти варианты также являются возобновляемыми, мы не сталкиваемся с угрозой их исчерпания, как когда-нибудь с ископаемым топливом.

3. Это дает нам возможность использовать биотопливо.
Одним из преимуществ, которые предлагает индустрия альтернативной энергетики, является создание биотоплива. Это преимущество включает такие элементы, как этанол и биотопливо из водорослей. Эти варианты полезны для окружающей среды, потому что продукты, используемые для их создания, поглощают из атмосферы столько углекислого газа, сколько выделяются при использовании.Это означает, что наше чистое потребление одинаково даже с учетом всех выбросов.

Эта структура обеспечивает нас топливным ресурсом, который по своей природе является возобновляемым. Даже когда мы потребляем его в больших количествах, дополнительная биомасса, необходимая для его создания, в первую очередь, по-прежнему поглощает столько же углекислого газа, сколько мы создаем.

4. Альтернативная энергетика работает с нашей текущей инфраструктурой.
Мы можем использовать альтернативные источники энергии с существующей инфраструктурой развитого мира.Когда мы производим электроэнергию с помощью гидроэлектростанций, солнечных или ветряных турбин, она проходит через существующую сеть в наши дома и на предприятия. Установка геотермальной энергии работает с системами HVAC, которые распределяют потребности в отоплении и охлаждении в наших помещениях. Даже что-то вроде биотоплива из водорослей может пройти те же процессы очистки, что и сырая нефть, чтобы создать продукт, пригодный для использования во многих транспортных средствах.

United Airlines уже использовала смеси биотоплива из источников на основе водорослей для удовлетворения до 40% своих потребностей.

5. Мы не сталкиваемся с той же угрозой исчезновения ресурсов, что и альтернативная энергия.
Когда мы смотрим на текущее состояние сырой нефти, угля и других ископаемых видов топлива, количество оставшихся запасов составляет менее 60 лет с известными запасами. Мы расширили этот резерв за последнее столетие, поскольку новые технологии помогли нам найти дополнительные запасы, но эта энергия по определению конечна. Исчезнет ли он через 60 или 600 лет, когда-нибудь людям придется искать другой способ получить доступ к энергии, необходимой для выживания.

Альтернативная энергия немедленно устраняет эту проблему. Если солнце продолжает светить, значит, у нас есть доступ к солнечной энергии. Тепло солнечных лучей помогает создавать энергию ветра, которую мы используем. Пока на нашей планете есть вода, мы можем использовать приливные коллекторы и гидроэлектростанции. Существование нашего мира позволяет использовать геотермальную энергию. Ничего из этого не исчезнет.

6. ​​Альтернативные источники энергии по-прежнему производят углеводороды.
Одна из основных причин того, что ископаемое топливо пользуется большой поддержкой, — это экономические преимущества, которые они предоставляют.Углеводороды, полученные из этих продуктов, позволяют нам производить все, от мыла до пластика. Даже дезодорант, который вы носите, может появиться в процессе очистки. Многие альтернативные источники энергии, основанные на биологических основах, производят аналогичные предметы с использованием того же процесса. Единственное отличие — стоимость рассматриваемых предметов.

Это означает, что мы должны рассматривать цену как преимущество. Несмотря на то, что домохозяйства могут платить немного больше за свои необходимые предметы, добавленная стоимость для местной экономики может помочь повысить уровень жизни для всех.Гибкие продукты на растительной основе, такие как сахарный тростник, водоросли и даже кукуруза в некоторых регионах, позволяют нам искать способы снижения затрат, не ограничивая объем доступа, который возможен для каждого элемента.

7. Альтернативные источники энергии помогают стабилизировать нашу экономику.
Использование альтернативных источников энергии оказывает уникальное влияние на нашу экономическую продукцию. Стоимость производства энергии из этих ресурсов сильно зависит от уровня инвестиций, которые происходят каждый год. Поскольку он не торгуется на фьючерсном рынке, как ископаемое топливо, точная стоимость, которую мы платим, зависит от того, какую доступность мы готовы создать с помощью первоначального вливания денежных средств.

Это преимущество является причиной стабильности цен на альтернативные источники энергии. Несмотря на то, что это стоит больше, чем энергия ископаемого топлива, результат предсказуем. Наши инвестиции также обеспечивают комплексные льготы, которые помогают со временем снизить расходы для семей.

8. Альтернативные источники энергии создают огромные рабочие места.
Количество рабочих мест в области возобновляемых источников энергии, доступных во всем мире, оценивается в несколько сотен тысяч рабочих мест. По крайней мере, с 2010 года в этом секторе только в США создано более 100000 рабочих мест.Затем у вас есть миллионы косвенных позиций, которые вносят вклад в местную экономику, присутствующую благодаря этой технологии. По мере того, как мы начинаем работать над уменьшением зависимости от природного газа, угля и нефти, снижение корпоративного углеродного следа создаст более высокий приоритет для рабочих мест, которые знакомы с этим ресурсом.

9. У нас есть возможность производить микростанции с этим ресурсом.
Во время освоения Запада США многие семьи установили на своих землях ветряные мельницы для перекачки воды с земли.Эти микростанции создали инфраструктуру, в которой на их территории были доступны ресурсы, необходимые для выживания. Сегодня мы применяем этот подход с солнечными батареями, устанавливая панели на крышах, которые удовлетворяют потребности каждого сообщества в производстве электроэнергии. Нам всегда будут нужны большие станции, которые производят несколько мегаватт электроэнергии, но возобновляемые источники энергии позволяют нам одновременно сосредоточиться на отдельных поставщиках.

Это преимущество также дает нам возможность сократить количество отходов, возникающих в секторе альтернативной энергетики.

Список недостатков альтернативной энергетики

1. Некоторые виды альтернативной энергии все еще производят загрязняющие вещества.
Геотермальная энергия считается одним из самых чистых видов энергии, доступных сегодня. Если ресурс установлен правильно, он не будет производить вредных побочных продуктов. В этом месте просверливаются отверстия, чтобы вода могла контактировать с горячими камнями. Затем очищенный пар поднимается вверх и приводит в движение турбины, вырабатывающие энергию.

Если эта работа выполнена неправильно, геотермальная энергия все еще может производить загрязняющие вещества.Возможно даже, что неправильный метод бурения может привести к выбросу опасных газов или минералов. Даже солнечная энергия требует потребления ископаемого топлива до такой степени, что чистая нагрузка углекислого газа не возникает в течение нескольких лет.

2. Многие формы альтернативной энергии не являются непрерывными.
Одним из основных недостатков альтернативной энергии является то, что она доступна только тогда, когда источник энергии присутствует в окружающей среде. Солнечная энергия работает только тогда, когда светит солнце.Использование энергии ветра возможно при движении воздуха. Поскольку это прерывистый ресурс, мы должны разработать варианты хранения, которые позволят нам продолжать иметь доступ к энергии, пока она снова не появится на месте. Это означает, что мы все еще должны пройти производственный процесс с использованием ископаемого топлива, чтобы создать элементы, необходимые для снабжения нас энергией.

3. Альтернативные источники энергии могут пагубно воздействовать на природу.
Использование гидроэлектроэнергии становится возможным, когда водный путь перекрывается дамбой, позволяющей воде течь таким образом, чтобы стимулировать вращение турбин.Плотина Гувера может быть впечатляющим инженерным подвигом, но создание озера Мид резко изменило ландшафт региона. При максимальной вместимости озеро составляет более 112 миль в длину, 532 фута в самой глубокой точке и покрывает 247 квадратных миль поверхности. Это может создать новые среды обитания, но работа также разрушила существующие.

Энергия ветра может быть проблематичной, потому что летучие мыши и птицы могут влетать в турбины во время вращения. Солнечная энергия иногда требует ртути для создания панелей, собирающих солнечный свет или тепловые ресурсы.Эти неблагоприятные воздействия не всегда принимаются во внимание, даже когда эти подходы называются «экологически безопасными».

4. Стоимость — важный фактор, который следует учитывать при использовании альтернативной энергии.
Есть несколько различных видов энергии ветра, которые мы можем производить сегодня. Некоторые из наиболее распространенных вариантов — оффшорные, масштабные и распределенные. Размещение турбин для сбора этого ресурса может сделать затраты на строительство до 50% дороже, чем ядерная энергия. Это также на 90% больше, чем у генераторов, работающих на ископаемом топливе.

Это означает, что для создания и установки некоторых альтернативных источников энергии может потребоваться несколько миллиардов долларов. Несмотря на проблемы, которые иногда может вызывать атомная энергия, эксплуатационные расходы помогают снизить расходы для семей, обеспечивая при этом надежный источник энергии для больших сообществ.

5. Логистика установок альтернативной энергетики может быть сложной задачей.
Представьте, что вам нужно построить одну турбину для сбора энергии ветра. Вы собираетесь построить башню высотой до 20 этажей.Лопасти, которые будут вращаться для сбора ветра, могут быть более 60 метров в длину. Это означает, что вам нужны большие грузовики, которые могут перевозить эти предметы на строительную площадку. Перевозка этих предметов в сельской местности может стать логистическим кошмаром.

Этот вопрос также относится к другим формам альтернативной энергии. По данным Бюро мелиорации, на строительство плотины Гувера ушло более пяти лет. Орнаменты и башни возвышаются на 40 футов над гребнем с установкой, которая весит 6.6 млн тонн. Над проектом работало 21000 человек, при этом официальное число погибших составляет 96 человек.

6. ​​Некоторые альтернативные источники энергии требуют большого потребления воды.
Многие из альтернативных источников энергии на основе биологических источников, которые мы используем сегодня, требуют больше воды, чем то, что необходимо для производства ископаемого топлива. Сахарный тростник и водоросли могут давать несколько урожаев в год, но для снижения потерь от испарения также требуется особый рост. Нам также нужен пар для производства геотермальной энергии, а гидроэлектроэнергия поступает непосредственно за счет движения воды.Мы можем снизить уровень потребления, переработав жидкость, которую мы не используем для выработки энергии, но она не исчезнет полностью.

Единственное решение здесь — использовать такой ресурс, как энергия ветра, для которого не требуется много воды в производственном процессе.

7. Мы используем больше удобрений при производстве альтернативных источников энергии.
Количество удобрений, используемых для производства альтернативных источников энергии, продолжает расти. Более 15 миллионов метрических тонн этого количества необходимо для создания достаточного количества водорослей для удовлетворения сегодняшних потребностей в биодизельном топливе.Также требуются еще 2 миллиона метрических тонн фосфора. Эти продукты нужны нам для выращивания кукурузы, сахарного тростника и других культур, которые также становятся основой биотоплива. Когда фермеры применяют эти средства последовательно, нельзя игнорировать угрозу стока воды в наши источники воды.

Реки, озера и ручьи могут стать очень токсичными, если удобрения, внесенные вокруг них, создают дисбаланс в естественной среде обитания.

8. Инфраструктура уязвима к изменениям окружающей среды.
Ветряные турбины не вращаются, когда воздух не проходит мимо оборудования. Они также не работают, когда скорость ветра слишком высока для их возможностей. В некоторых местах используется только 50% своего истинного потенциала из-за того, как быстро ветер дует от турбины.

Солнечная энергия не дает результатов, если облака блокируют солнечные лучи. Коллекторы тепловой энергии могут несколько уменьшить этот недостаток, но не устранят полностью. Мы можем столкнуться с проблемами с истощением запасов ископаемого топлива, но проблемы изменения климата могут аналогичным образом сократить наши потенциальные ресурсы.

9. Альтернативным источникам энергии может быть сложно произвести достаточно энергии.
Большинство видов альтернативной энергии не могут обеспечить количество энергии, сравнимое с тем, что мы создаем с использованием ископаемого топлива. Даже если мы сможем максимизировать производство каждый день, масштабы фермы солнечных панелей или холма, заполненного ветряными турбинами, не смогут конкурировать с угольной электростанцией, природным газом или производством ядерной энергии. У нас все еще могут быть варианты использования некоторых земель для наших нужд, которые невозможны при использовании традиционных технологий генерации, но мы с трудом производим достаточно энергии из-за непостоянного характера большинства ресурсов в этой категории.

Даже в Европе, где альтернативная энергия является главным приоритетом, она составляет лишь 17,5% от общей потребляемой энергии.

Заключение

Ежедневно на нашу планету попадает достаточно солнечного света, так что, собирая его через солнечные батареи, можно получить запасы на целый год. Энергия ветра присутствует в каждой стране нашей планеты. Несколько точек являются жизнеспособными зонами развития геотермальных или гидроэнергетических ресурсов.

Критики говорят, что энергетический профиль этих ресурсов отличается от того, что поддерживает наша текущая инфраструктура.То же самое можно сказать и об ископаемом топливе, которое когда-то считалось альтернативным ресурсом. Китобойцы потеряли работу, когда мы перешли с китового жира на нефть. Лесорубы остались без работы, когда мир открыл для себя преимущества угля.

Преимущества и недостатки альтернативной энергетики показывают нам, что мы должны быть готовы развивать наши взгляды. Мы не можем закрывать глаза на потенциальный ущерб, который мы наносим нашей планете из-за нашей потребности в энергии. Уменьшая наше влияние без значительных изменений в нашем образе жизни, можно сделать выбор солнечной энергии, ветра и других вещей новым стандартом продвижения вперед.

Биография автора
Кейт Миллер имеет более чем 25-летний опыт работы в качестве генерального директора и серийного предпринимателя. В качестве предпринимателя он основал несколько многомиллионных компаний. Работа Кейта как писателя упоминалась в журналах CIO Magazine, Workable, BizTech и The Charlotte Observer. Если у вас есть какие-либо вопросы по поводу содержания этого сообщения в блоге, отправьте сообщение нашей команде редактирования содержания здесь.

—

PPT — презентация PowerPoint по альтернативным источникам энергии | бесплатно для просмотра

Название: Альтернативные источники энергии

1
Альтернативные источники энергии
2
Содержание

• Потребность в альтернативной энергии
• Гибридный бензиновый / электрический
• Солнечная
• Биомасса
• Водородный топливный элемент
• Ветер
• Магнитная левитация

3
Ресурсы

• Возобновляемые ресурсы — природный ресурс (например,
  древесина и вода), который можно восполнить или заменить
  естественными процессами
• Невозобновляемый ресурс — ресурс, который
  нельзя заменить после того, как он израсходован, например ископаемое топливо
  (нефть, природный газ и уголь).

4
Устойчивая энергия

• Энергия, которая восполняется в течение жизни человека
  и не наносит долгосрочного ущерба окружающей среде
  .

5
Формы энергии

• Механическая энергия — это энергия, которой
  обладает объект из-за его движения или из-за
  его положения. Механическая энергия может быть либо кинетической энергией
  (энергия движения), либо потенциальной энергией
  (запасенной энергией)
• электрической энергией — движением электрических
  зарядов.Все состоит из
  крошечных частиц, называемых атомами. Атомы состоят из
  частиц еще меньшего размера, называемых электронами, протонами и
  нейтронами. Приложение силы может заставить двигаться часть
  электронов. Электрические заряды, движущиеся по проводу
  , называют электричеством.

6
Формы энергии

• Тепловая энергия: движение энергии от одного вещества
  к другому также называется теплом.
• Механическая энергия Энергия движения, используемая для
  выполнения работы.

7
Способы производства электроэнергии для дома и
предприятий
8
Как вырабатывается электроэнергия?

• Генератор — это устройство, преобразующее механическую энергию
  в электрическую. Процесс
  основан на взаимосвязи между магнетизмом и электричеством
  .

9
Как вырабатывается домашняя электроэнергия?

• Большая часть электроэнергии в США
  производится в паровых турбинах.Турбина преобразует
  кинетическую энергию движущейся жидкости (жидкости или газа
  ) в механическую энергию. Паровые турбины имеют серию лопаток
  , установленных на валу, к которому прижимается пар
  , таким образом вращая вал
  , соединенный с генератором.

10
Природный газ
11
Угольная энергия
12
Нефть
13
Атомная энергия
14
Гидроэнергетика
15
Геотермальная энергия
16
Ветряные турбины
17
Ветер A Общее описание

• Ветер — еще один возобновляемый неограниченный ресурс
  , который косвенно используется для производства электроэнергии
  .
• Ветер — это естественная сила, которая возникает в результате неравномерного нагрева земли
  от солнца, рельефа местности
  , а также нормальных
  движений земли, когда она вращается вокруг своей оси
  и вращается вокруг Солнца.

18
Из чего сделаны ветряные турбины?

• Все электрические ветряные турбины, независимо от размера
  , состоят из нескольких основных
  компонентов
• Ротор (часть, которая фактически вращается под ветром
  ),
• Электрический генератор
• Башня

19
Как улавливается энергия ветра?

• Ветровые турбины, как и лопасти воздушного винта,
  вращаются в движущемся воздухе и приводят в действие электрический генератор
  , который подает электрический ток.
• Современные ветряные турбины делятся на две основные группы:

• Горизонтальная ось, как и традиционные ветряные мельницы
  , используемые для перекачивания воды
• Вертикально-осевая конструкция, такая как модель Дарье
  в стиле взбивания яиц, названная в честь ее французского изобретателя .

20
Wind Current Technology

• Использование ветра — наиболее быстрорастущий возобновляемый источник,
  — неограниченный источник энергии.
• Карты ветров определяют подходящие места для ветряных ферм.
  фермы
• Ветровые электростанции в настоящее время вырабатывают ________ МВт из
  электроэнергии.

21
Wind Technology Wind Map
22
Пик Джимини, штат Хэнкок — Турбина Зефир
www.jiminypeak.com
23
(без стенограммы)
24
(без стенограммы)
25
Биомассовое топливо

• Если у вас есть камин, дрова, которые вы в нем сжигаете
  , являются топливом из биомассы. То, что мы сейчас называем топливом «Биомасса
  », было основным источником тепла на протяжении
  тысяч лет.

26
Биомасса A Общее описание

• Все растения накапливают энергию внутри себя как
  в результате фотосинтеза.
• Топливо из биомассы использует энергию, запасенную в
  живом веществе, для обеспечения энергией домов и
  автомобилей.

27
Примеры биомассы

• Топливо из биомассы включает древесину, древесные отходы, солому, навоз
  , сахарный тростник и многие другие побочные продукты
  различных сельскохозяйственных процессов.

28
Преобразование энергии биомассы

• Прямое сжигание — сжигание биомассы для производства
  тепла для отопления помещений и производства электроэнергии
  .
• Биохимический (биотопливо) — разложение
  органических отходов с получением жидкого топлива (спиртового топлива)

Прямое сжигание
Биохимическое (биотопливо
29
Текущие технологии биомассы

• Энергия биомассы в настоящее время растет быстрее всего возобновляемый, неограниченный источник энергии в США.S.
  (до сих пор используется только около 4)
• Этанол — это спирт, который создается в процессе
  биомассы и смешивается с
  традиционными видами топлива на углеводородной основе.
• Биодизель — это термин, используемый для описания повторного использования
  ресторанных кулинарных масел и жиров в качестве дизельного топлива.

30
BiomassFuture Development

• Улучшенная переработка для использования (геми) целлюлозы
• Продолжить совершенствование процесса когенерации
  Методы с угольными электростанциями
• Заправочные станции также должны обслуживать биотопливо
• Производители автомобилей должны продолжать модифицировать
  двигатель внутреннего сгорания
  для надлежащего использования биотоплива.
• Новое топливо должно иметь конкурентоспособные цены

31
Солнечная энергия

• Солнечная энергия — это энергия, которая создается за счет
  использования солнца. Энергия солнечного света
  может быть преобразована в тепло и электричество.

32
Пассивная солнечная энергия

• Пассивное отопление помещений — это то, что происходит с автомобилем
  в жаркий летний день. В зданиях воздух
  циркулирует мимо поверхности (поверхностей) солнечного нагрева и
  циркулирует по всему зданию за счет конвекции.
  Механическое оборудование не используется для пассивного солнечного отопления
  . Конвекция — это когда менее плотный теплый воздух
  поднимается вверх, а более плотный более холодный воздух перемещается на
  вниз.

33
Активная солнечная энергия

• Для активных систем отопления требуется коллектор
  для поглощения и сбора солнечного излучения. Вентиляторы или насосы
  используются для циркуляции нагретого воздуха или теплопоглощающей жидкости
  . Активные системы
  часто включают в себя какой-либо тип системы хранения энергии.

34
Электрическая солнечная энергия Фотоэлектрические элементы

• Фотоэлектрическая энергия — это преобразование
  солнечного света в электричество. Фотоэлектрический элемент преобразует
  солнечную энергию непосредственно в электрическую. Фотоэлемент
  — это немеханическое устройство, изготовленное из кремниевых сплавов
  .

35
Полупроводник

• Полупроводник — это материал, который может сопротивляться или позволять
  движению электронов течь
• В полупроводниковых слоях создается электричество
  

36
Солнечная энергия

• Только около 14 солнечной энергии может быть использовано
  ячейкой
• Электроэнергия от ячеек направляется на автомобильные батареи
  или на электродвигатель
• Энергия / электричество, хранящаяся в батареях, приводит в движение
  электродвигатель
• приводит в движение колеса

37
Солнечные транспортные средства

• Любое транспортное средство, которое использует солнечную энергию в качестве источника энергии
  .

38
Конструкция кузова автомобиля
39
Преимущества солнечных технологий

• Солнечные автомобили не имеют выбросов и не истощают
  какие-либо природные ресурсы Земли
• Солнечный свет бесплатно
• Энергоснабжение местного производства

40
Недостатки

• Солнечные автомобили очень дороги
• Только 14-20 солнечной энергии Солнца
  могут использоваться фотоэлементами, поэтому они должны быть
  очень большими, чтобы генерировать достаточно энергии
• Автомобили на солнечных батареях должны быть очень легкими и аэродинамическими
• Конструкции все еще должны преодолевать мощность на вес
  проблемы

41
(без стенограммы)
42
НЕОБХОДИМОСТЬ В АЛЬТЕРНАТИВНОЙ ЭНЕРГИИ
Блокировка транспортной сети (автомобили и грузовики )
Wing Lock Дефицит нефтяного топлива
Охрана окружающей среды 1.Загрязнение воздуха 2.
Шумовое загрязнение Новые рабочие места / новые технологии
43
НЕОБХОДИМОСТЬ В АЛЬТЕРНАТИВНОЙ ЭНЕРГИИ
Важность Энергия используется нами каждый день, все
дня и проявляется во многих формах. Поговорите со своими родителями
а / о бабушкой и дедушкой о том, сколько стоит управлять автомобилем
, обогревать дом или включать свет.
США и другие высокоразвитые общества
испытывают серьезные проблемы, когда речь идет о
потреблении мировых природных, невозобновляемых энергетических ресурсов
.Ученые и технологи
должны действовать сейчас, чтобы понять и разработать
альтернативных источников энергии.
44
Получение наибольшего количества миль до галлона

• Двигайтесь медленнее Чем быстрее автомобиль движется, тем выше аэродинамическое сопротивление на
  
• Двигайтесь с постоянной скоростью и ускоряйтесь, а
  медленно замедляйтесь
• Разрешите генератору перезарядить батареи
  при замедлении , не останавливайтесь быстро и позвольте
  тормозным колодкам украсть энергию.

45
Энергетические технологии и экономия топлива

• Только 18 единиц энергии, которые вы вкладываете в свой бензобак
  , перемещают вашу машину по дороге !!
• Современные двигатели внутреннего сгорания преобразуют только
  1/3 энергии топлива в полезную работу
• 62 потеряно из-за трения двигателя
• 17 потеряно из-за холостого хода
• еще 5 потеряно в трансмиссии
• Осталось 12,6 это к колесам
• Чуть больше 18 попадает в двигатель

46
Энергетические технологии и экономия топлива
47
Что такое гибридный автомобиль?

• Любое транспортное средство, использующее два или более источника энергии
• Газовый двигатель и электродвигатель

48
Примеры гибридных транспортных средств

• Автомобили
• Мопеды
• Локомотивы
• Автобусы
• Подводные лодки

Гибридная система

Бензиновый двигатель
• приводит в движение автомобиль на скоростях
  по шоссе, когда требуется минимальная мощность
  
• Электродвигатель работает с бензиновым двигателем
  при ускорении от остановки и в периоды
  , когда требуется дополнительное ускорение

50
Гибридные компоненты

• Генератор
• Используется только в качестве компонента для производства электроэнергии
• Батареи
• Хранение энергии для питания электродвигателя
• Трансмиссия
• Приводит в движение автомобиль напрямую от бензинового двигателя
  или электродвигателя
• Газ или Дизельный двигатель
• Электродвигатель

51
Электродвигатели
Машина, преобразующая электрическую энергию в механическую энергию
для выполнения работы.
52
Генератор

• Машина, которая преобразует механическую энергию в
  электрическую энергию
• Она должна вращаться или приводиться в действие внешним источником

53
Регенеративное торможение

• Традиционные автомобильные тормоза — тем быстрее автомобиль Идя
  , чем больше кинетической энергии он имеет, тормоза у
  отводят энергию и выделяют тепло.
• Гибридные автомобили используют электродвигатель для остановки
  автомобиля. Действуя как генератор, он улавливает энергию
  , потерянную при торможении, и использует ее для зарядки аккумуляторов
  .

54
Трансмиссия

• Возьмите мощность от двигателя или двигателя, и
  передает мощность на колеса.
• Механическое устройство, предназначенное для изменения скорости и крутящего момента ведущих колес транспортных средств
  в зависимости от скорости и крутящего момента двигателя
  . Крутящий момент — A
  поворотное или вращающее усилие

55
Honda Insight

• 61 миль на галлон / город
• 68 миль на галлон / шоссе
• 3 цилиндра VTEC-E
• Встроенный вспомогательный электродвигатель
• ЛУЧШЕЕ ТОПЛИВО В ПРОДАЖЕ ЛЮБОГО АВТОМОБИЛЯ THE U.S.
• 19080 Базовая цена

56
Toyota Prius

• 45 миль на галлон / город
• 52 мили на галлон / шоссе
• 4-цилиндровый VVT-I
• Toyota Hybrid System (THS)
• Разветвитель мощности соединяет двигатель и генератор
  вместе для постоянной переменной трансмиссии
• 20 480 Базовая цена

57
Техническое обслуживание гибридного автомобиля

• И Honda, и Toyota предлагают хорошие гарантии на гибридные автомобили
  .
• Insight предлагает гарантию 8 лет / 80 000 миль на силовую передачу
  , электродвигатель и батареи. Гарантия
  3 года / 36 000 миль на все остальное.
• Электродвигатели и аккумуляторы
  не требуют обслуживания в течение всего срока службы автомобиля.
  
• Но если батареи все же нужно будет заменить после гарантии
  , это будет стоить несколько тысяч долларов.
• Тормозные колодки могут прослужить дольше на гибридах
  из-за рекуперативного торможения.

58
Типы гибридных транспортных средств
59
Параллельно-гибридный

• Использует топливо для газового двигателя и батареи для
  электродвигателя.
• Электродвигатель и газовый двигатель подключаются к коробке передач
  .
• Оба источника питания могут приводить в действие трансмиссию
  одновременно или по отдельности.

60 Гибрид серии

• Бензиновый двигатель включает генератор, который
  может либо заряжать батареи, либо подавать питание на электродвигатель
  .
• Электродвигатель приводит в действие трансмиссию.
• Это означает, что газовый двигатель
  никогда не имеет прямого соединения с коробкой передач.

61
Транспортное средство на водородных топливных элементах

• Устройство, в котором водород и кислород объединены для получения
  химической энергии, которая преобразуется
  непосредственно в электрическую энергию, а затем эта энергия
  используется для питания электродвигателей транспортных средств.

Видео
62
Что такое топливный элемент?

• Альтернативный источник электроэнергии
• Топливный элемент — это устройство для электрохимического преобразования энергии
  .
• Топливный элемент преобразует химические соединения водорода и
  кислорода в воду, и в процессе он производит
  электроэнергии.

63
Выход на элемент

• Эта реакция в одном топливном элементе дает только
  около 0,7 вольт.
• Чтобы поднять это напряжение до разумного уровня,
  необходимо объединить несколько отдельных топливных элементов, чтобы сформировать
  батарею топливных элементов.

64
Как работает топливный элемент
Водород
Электроны
Углеродная пластина (анод)
Слой катализатора
Матрица (электролит)
Слой катализатора
Углеродная пластина (катод)
Кислород
Вода
65
Что такое сдерживает топливные элементы?

• Водород сложно производить, хранить
  и распространять
• Чтобы решить эту проблему, топливные элементы преобразуют
  легкодоступных видов топлива в водород.Этот процесс
  осуществляется устройством, называемым риформингом
  .

66
Что такое риформер

• Риформер превращает спиртовое топливо в водород.
• К сожалению, риформеры не очень эффективны.
• Они генерируют тепло и производят водород и другие
  нежелательные газы

67
Факты

• Один галлон бензина, сжигаемый в двигателе внутреннего сгорания
  , выделяет двадцать фунтов
  углекислого газа
• Топливные элементы транспортных средств могут работать с КПД
  составляет 40-80 по сравнению с 18 для
  «современных» двигателей с искровым зажиганием
• Первое «коммерческое» использование топливных элементов было в
  НАСА в 1960-х годах
• Компании надеются произвести свои первые
  коммерческих моделей автомобилей на топливных элементах от
  2003-2005 гг.

68
General Motors
EV-1
HydroGen 1
69
Ford
Converted Econo-line
Focus
70
Fords Focus Package
71
Chrysler
necar 4
72
Toyota
FCHV
73
Honda
FCXV 3
74
BMW
5 Series
75
Volkswagen
Hymotion
76
МАГНИТНО-ПОДВИЖНЫЕ ТРАНСПОРТНЫЕ СРЕДСТВА

• В поездах с магнитной левитацией используются мощные электромагниты
  для левитации автомобиля и
  для его движения.
• Им нужен большой источник электроэнергии на
  пробега. Может развивать скорость более 300 миль в час Япония
  и Германия являются мировыми лидерами в этой технологии

77
ЭЛЕКТРОМАГНИТЫ
Пример электромагнита Электромагниты
можно сделать сильнее, увеличив мощность источника
или увеличив количество витков провода.
Магнитное поле вокруг провода.
78
MAGLEV TRACK
Характеристики Металлические катушки выравнивают направляющую
или путь Большие направляющие магниты, прикрепленные к
нижней части поезда Магнитное поле
толкает / тянет поезд вдоль направляющей
79
Flex-fuel Technology

• Создано Ford Motor Company в середине 1980-х годов
• Работает на неэтилированном бензине и спиртовом топливе
  (обычно этаноле) в любой смеси
• Двигатель и топливная система автомобиля
  , работающего на гибком топливе, должны быть немного адаптированы для работы на спирте топлива
  , потому что они коррозийные
• Специальный датчик в топливной магистрали для анализа топливной смеси
  и контроля впрыска топлива и синхронизации
  для настройки различных топливных составов
• Ford, GM и Daimler-Chrysler

80
Ссылка

• Отопление дровами, DOE, 2000
• U.S. Dept. Of Energy, 2000
• www.iowastateuniv.edu
• The Value of Benefits of US Biomass Power,
  1999

Электричество

Электричество — это альтернативное топливо, которое можно использовать для питания полностью электрических и подключаемых к сети гибридных автомобилей. Электроэнергия для транспортных средств может быть рентабельной и может иметь значительные преимущества в области энергетической безопасности и выбросов.

Стоимость

Обычно заправлять автомобиль электричеством дешевле, чем бензин или дизельное топливо.Однако автомобили обычно дороже, чем их бензиновые аналоги.

Федеральные налоговые льготы в размере до 7 500 долларов доступны для новых автомобилей с подзарядкой от сети, чтобы помочь компенсировать эти расходы. Также доступны государственные и местные льготы.

Информация о годовой стоимости топлива на нашем сайте может помочь вам определить, может ли автомобиль с подзарядкой от сети сэкономить вам деньги.

Наличие (зарядка)

В США есть разветвленная электросеть, и владельцы автомобилей с подзарядкой от электросети могут заряжать свои автомобили дома, на работе или на любой из более чем 16 тысяч общественных зарядных станций по всей стране.Министерство транспорта также устанавливает альтернативные топливные коридоры на участках системы автомобильных дорог США.

Посетите Зарядка вашего электромобиля для получения дополнительной информации о вариантах зарядки.

Производство

Производство электроэнергии в США по источникам, 2016 г .: уголь 23%, природный газ 38%, атомная энергия 20%, возобновляемые источники энергии 17%, прочие 1%

Возобновляемые источники энергии включают гидроэнергетику, ветер, солнце, биомассу и геотермальную энергию.

Источник: EIA. Электроэнергетика ежемесячно . Таблица 1.1. Апрель 2020.

В США электричество почти полностью производится за счет внутренних ресурсов. Около двух третей вырабатывается из ископаемых видов топлива, таких как уголь, природный газ и нефть. Остальное производится за счет ядерной энергии и возобновляемых источников энергии, таких как гидроэнергетика, солнечная энергия и ветер.

Выбросы

Приведение в действие автомобиля электричеством не вызывает выбросов из выхлопной трубы, но загрязняющие вещества и парниковые газы (ПГ) могут выбрасываться электростанциями, производящими электричество.

При производстве электроэнергии из ископаемого топлива образуется больше загрязнителей воздуха и парниковых газов, чем при производстве электроэнергии из ядерной, гидроэлектрической, ветровой или солнечной энергии.

Наш калькулятор выбросов за пределы выхлопной трубы может помочь вам определить, сколько выбросов загрязняющих веществ и парниковых газов будет выделять электромобиль в вашем районе.

Многие потребители, проживающие в районах, где электричество производится в основном из ископаемого топлива, все еще могут покупать Green Power, чтобы уменьшить воздействие своих транспортных средств на окружающую среду.

Преимущества и недостатки электроэнергии

Произведено почти полностью за счет внутренних ресурсов Обычно более экономичный и более стабильный по цене, чем бензин Транспортные средства можно заряжать дома Доступность общественных зарядных станций быстро растет Электродвигатели более эффективны, чем двигатели внутреннего сгорания Федеральные налоговые льготы для автомобилей со штепсельной вилкой; государственные и местные льготы доступны в некоторых областях Потребители могут приобрести Green Power во многих частях США.С.

Меньшие экологические преимущества в районах, где электроэнергия производится из ископаемого топлива Транспортные средства обычно дороже Дальность полета у автомобилей обычно меньше, чем у автомобилей с бензиновым и дизельным двигателем Зарядка длится значительно дольше, чем заправка другим топливом

Дополнительная информация

Электричество

Объяснение электричества: Электричество в США (EIA)

Расположение станций зарядки электромобилей

Департамент транспорта Альтернативные топливные коридоры

АЛЬТЕРНАТИВНЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ

Всем известно, какое влияние на нашу землю оказывают производство парниковых газов и глобальное потепление.Мы считаем, что для отдельных лиц, и особенно для правительств, жизненно важно начать серьезно относиться к этим проблемам; пока не стало слишком поздно. Несмотря на то, что за последнее десятилетие технологии значительно продвинулись вперед, в большинстве стран мира все еще используются методы производства энергии на основе ископаемого топлива. Использование этих видов топлива имеет две основные проблемы; это истощает естественные запасы, и в конце концов мы исчерпаемся; а сжигание топлива (например, угля) создает огромное загрязнение в виде парниковых газов (парниковых газов, таких как окись и двуокись углерода и двуокись серы).Именно эти газы приводят к глобальному потеплению и медленно разрушают нашу планету. Только за счет использования альтернативных источников энергии (которые практически не загрязняют окружающую среду) мы можем замедлить это разрушение и спасти нашу планету.

Выше вы увидите восемь ссылок, которые переведут вас на страницу, посвященную каждому из различных способов производства альтернативной энергии. На каждой из этих страниц вы найдете подзаголовки, в которых кратко описывается, что это такое, а также все преимущества и недостатки. Это также дает точку зрения Южной Африки и другую интересную информацию.

ЧТО ТАКОЕ СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГИЯ?

Солнечная энергия — это жизнеспособная альтернатива ископаемому топливу и некоторым альтернативным источникам энергии, поскольку она не выделяет углекислый газ и использует естественную энергию нашего солнца для производства электроэнергии. По истечении срока службы панели материалы, которые использовались для ее изготовления, можно было переработать, поскольку в процессе выработки энергии материал не используется. Также есть много возможностей для использования солнечной энергии в развитии экономики стран третьего мира, поскольку в долгосрочной перспективе это чрезвычайно рентабельно.

КАК ЭТО РАБОТАЕТ?

Солнечные панели всегда считались очень дорогими, поскольку раньше их делали только из чистейшего кремния. Солнечная энергия во многих отношениях была исключена как жизнеспособный вариант из-за ее высоких производственных затрат. Но недавний прорыв в поисках альтернативы кремнию резко снизил стоимость солнечной энергии, а также повысил ее эффективность. Это достижение было сделано профессором Южной Африки Вивиан Альбертс из Йоханнесбургского университета и его группой физиков, которые сформулировали новую процедуру изготовления солнечных панелей с использованием диселенида меди, индия, галлия (CIGS).

Производство солнечных панелей CIGS очень сложное, и любое небольшое отклонение от самых чистых, высококачественных элементов может привести к неэффективному солнечному элементу.

Три металла: медь (Cu), галлий (Ga) и индий (In) должны быть образованы из чрезвычайно чистого сплава.

1. Затем сформированный сплав необходимо превратить в такой же чистый полупроводник. Это делается путем добавления в сплав селена (Se). Это создает совершенно новую кристаллическую структуру, формирующую слой CIGS ячейки.
2. Затем на слой CIGS осторожно укладывают буферный слой из других полупроводников.
3. Затем элемент завершается присоединением токопроводящих электрических контактов (обычно молибденовых) с обеих сторон

ВОЗОБНОВЛЯЕТСЯ ЛИ ЭТО?

Солнечная энергия — один из наиболее возобновляемых способов производства энергии. Солнце как источник энергии, по крайней мере, в обозримом будущем, бесконечен и будет продолжать обеспечивать нас энергией. У нас нет возможности использовать солнце, и нам даже не нужно его восстанавливать.Поэтому солнечная энергия определенно является возобновляемым средством производства энергии.

ПРИМЕНЕНИЕ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ

Использование CIGS в производстве солнечных панелей в качестве альтернативы кремнию и газу исследуется с 1974 года, но ученые изо всех сил пытались найти надежные, воспроизводимые, коммерчески доступные процессы для производства этого типа солнечных панелей.