Альтернативные источники энергии и оборудование.

Альтернативные источники энергии и оборудование.

Недоступность стандартных источников (газ, уголь, электричество, тепло), бешеные цены на подключения и традиционные источники энергии, ухудшение экологии и истощение природных ресурсов заставляет задумываться о том, как получать электричество и тепло из альтернативных /возобновляемых источников энергии.

Человечество получает энергию, в основном за счёт сжигания ископаемого топлива и работы атомных электростанций. Альтернативная энергетика – это методы, которые отдают энергию более экологичным способом и приносят меньше вреда. Она нужна не только для промышленных целей, но и в простых домах для отопления, горячей воды, освещения, работы электрооборудования/электроники. Важным фактором применения любых технологий является и сохранение тепла внутри помещения (эффективная и хорошая теплоизоляция, рекуперация тепла, установка энергосберегающих систем отопления), иначе просто бесполезно говорить об эффективности той или иной системы.

Виды основных альтернативных источников энергии:

• Солнечный свет и солнечные панели
• Водяные потоки и ГЭС
• тепловые насосы для отопления
• Ветер и ветрогенерация
• Приливы
• Биотопливо (топливо из растительного или животного сырья)
• Геотермальная теплота (недра Земли)

Для территории России актуальны практически все варианты, но мы остановимся только на самых распространенных: Биотопливо, Солнечная энергия, Ветрогенерация, Тепловые насосы и ГЭС. Остальные варианты очень локальные и не применяются повсеместно.

1. Биотопливо

Биоэнергетика получает электричество и тепло из топлива первого, второго и третьего поколений.

• Первое поколение – твёрдое, жидкое и газообразное биотопливо (газ от переработки отходов биогаз). Например, дрова, биодизель и метан.

• Второе поколение – топливо, полученное из биомассы (остатков растительного или животного материала, или специально выращенных культур).

• Третье поколение – биотопливо из водорослей.

Биотопливо первого поколения легко получить. Сельские жители могут применять биогазовые установки, где биомасса бродит под нужной температурой. Необходимо учитывать что бутан и пропан в 3 раза теплотворнее, чем биогаз. Из за специфики самого газа, горелки и оборудование стоит дороже, чем для отопления на традиционном магистральном или сжиженном. Но если выбора нет, то и это вариант.

Самый традиционный способ и древнейшее доступное биотопливо – это дрова. Сейчас для их производства сажают энергетические леса из быстрорастущих деревьев.

2. Солнечная энергия

Один из самых мощных видов альтернативных источников энергии. Чаще всего её преобразуют в электричество солнечными панелями. Всей планете на целый год хватит энергии, которую солнце посылает на Землю за день. Впрочем, от общего объёма годовая выработка электроэнергии на солнечных электростанциях не превышает 2%.

Основные недостатки – зависимость от погоды и времени суток. Для северных стран извлекать солнечную энергию невыгодно. Конструкции дорогие, за ними нужно «ухаживать» и вовремя утилизировать сами фотоэлементы, в которых содержатся ядовитые вещества (свинец, галлий, мышьяк). Для высокой выработки необходимы огромные площади, но эффективность постоянно растет с применением новых материалов и разработок.

Солнечное электричество распространено там, где оно дешевле обычного: отдалённые обитаемые острова и фермерские участки, космические и морские станции, пустыни. В тёплых странах с высокими тарифами на электроэнергию, оно может покрывать нужны обычного дома. Например, в Израиле 80% воды нагревается солнечной энергией.

Батареи также устанавливают на калькуляторы, дома, парковки, укрытия автострад, беспилотные автомобили, самолёты, дирижабли, поезда Hyperloop.

3. Ветрогенераторы

Запасов энергии ветра в 100 раз больше запасов энергии всех рек на планете. Ветровые станции помогают преобразовывать ветер в электрическую, тепловую и механическую энергию. Главное оборудование – ветрогенераторы (для образования электричества) и ветровые мельницы (для механической энергии).

Этот вид возобновляемой энергии хорошо развит – особенно в Дании, Португалии, Испании, Ирландии и Германии. К началу 2016 года мощность всех ветрогенераторов обогнала суммарную установленную мощность атомной энергетики.

Недостаток в том, что её нельзя контролировать (сила ветра непостоянна). Ещё ветроустановки могут вызывать радиопомехи и влиять на климат, потому что забирают часть кинетической энергии ветра – правда, учёные пока не знают хорошо это или плохо. Обслуживание и стоимость таких установок, тоже имеет много вопросов.

4. Тепловые насосы

Бытовой теплонасос работает по свойству, что тело, которое обладает температурой, выше или равной абсолютному нулю, несет в себе запасы энергии тепла. Запас можно легко подсчитать, если знать массу и теплоемкость тела.

И, если в этом ракурсе вернуться к морям, океанам, любым водам, которые обладают сумасшедшей массой, то можно понять очевиднейшую вещь, они содержат в себе великие запасы энергии тепла, которые можно начать использовать, не нанося ущерб окружающей среде.

Однако просто так забрать энергию не получиться, вначале нужно понизить ее температуру.

Виды тепловых насосов

Тепловые насосы разделяются на несколько видов. Первый вид (тип) в классификации по способу передачи тепловой энергии:

Компрессионный. Основными установочными элементами являются – компрессора, конденсаторы, расширители и испарители. Данный вид насосов очень качественный, доступный и эффективный, что обуславливает то, что он пользуется большой популярностью на рынке.

Абсорбционный. Новейшее поколение теплонасосов. Они используют в своей работе абсорбент-хладон. Благодаря этому, качество работы повышается в несколько раз.

Можно выделить виды тепловых насосов по источникам тепла, а именно:

• Энергия тепла созидается грунтом;
• Водой;
• Потоками воздуха;
• Повторное тепло. Добывают из стоков воды, грязного воздуха или канализационных стоков.

По типам входных—выходных контуров:

·                  air-to-air. Насос берёт холодный воздух, опускает его температуру, получает требуемое тепло, которое передает туда, где требуется отопление.

·                  water-to-water. Насос берёт тепло грунтовой воды, которое  отдает воде для обогрева помещения.

·                  water-to-air. Из воды в воздух. Характерно использование зондов и скважины для воды, а отопление происходит через систему воздушного отопления.

·                  air-to-water. Из воздуха в воду. Насосы этого типа используют тепло из атмосферы для отопления водой.

·                  soil-water. В этом виде, тепло берут из труб с водой, уложенных в землю. Забирается тепло с земли (грунта).

·                  ice-water. Интересный вид тепловых насосов. Чтобы нагреть воду для отопления помещения используется прием получения льда, при котором освобождается колоссальная тепловая энергия. Если заморозить до 200 литров воды, то можно получить энергию, способную обогреть средних размеров помещение в течение 40-60 минут.

Эффективность тепловых насосов для отопления

Чтобы разобраться в вопросе, эффективен ли тепловой насос, нужно рассчитать, сколько энергии он дает и сколько забирает.

Чтобы быть эффективным, он давать должен больше, чем забирать. Такое соотношение принято называть коэффициент преобразования.

Он меняется, если меняется разность температур входных и выходных контуров. Если снаружи температура будет опускаться, то насос будет становиться менее эффективным. Разные виды тепловых насосов получают разный коэффициент преобразования, который может быть в пределе от одного до пяти. Чтобы точно понять и выставить оценку нужно знать параметры эффективности за год.

Недостатки тепловых насосов.

Стоимость оборудования и обслуживание, стоят немалых затрат.

Для работы установок требуется электричество.

Если тепловой насос сделан типа soil-water, когда тепло забирается из земли, то в месте установки теплообменных трубопроводов ничего не растет.

Так же отрицательное свойство заключается в том, что они нагревают воду не сильно. Обычно температура достигает порядка 50-60 Со поэтому как теплоноситель можно использовать только для низкотемпературных систем отопления (теплых полов и конвекторов).

5. Гидроэнергетика

Чтобы преобразовать движение воды в электричество нужны гидроэлектростанции (ГЭС) с плотинами и водохранилищами. Их ставят на реках с сильным потоком, которые не пересыхают. Плотины строят для того, чтобы добиться определённого напора воды – он заставляет двигаться лопасти гидротурбины, а она приводит в действие электрогенераторы.

Строить ГЭС дороже и сложнее относительно обычных электростанций, но цена электричества (на российских ГЭС) в два раза ниже. Турбины могут работать в разных режимах мощности и контролировать выработку электричества.