Потенциальная энергия
Потенциальная энергия тела также зависит от массы объекта.
Потенциальная энергия является другим основным типом энергии и связана с положением или состоянием объекта по отношению к другому.
Потенциальная энергия увеличивается, когда притягиваемые тела отделяются или когда отбрасываемые или отталкиваемые тела объединяются. Область, в которой объекты притягиваются или отталкиваются, называется силовым полем. Примерами силовых полей могут быть, например, гравитационное силовое поле Земли или магнитное силовое поле.
Потенциальная и кинетическая энергия
Потенциальная энергия преобразуется в кинетическую энергию, а также может быть найдена в других видах энергии, таких как потенциальная гравитационная энергия или упругая потенциальная энергия.
Гравитационная потенциальная энергия
В тот момент, когда спортсмен достигает высшей точки, он обладает большей потенциальной энергией.
Когда потенциальная энергия связана с гравитационной силой, она называется потенциальной гравитационной энергией. Гравитационное силовое поле вокруг нашей планеты притягивает объекты к ее центру. Когда мы поднимаем объекты, отделяя их от Земли, мы увеличиваем их гравитационную потенциальную энергию.
Существует потенциальная гравитационная энергия между Солнцем и планетами, а также между Луной и Землей. Фактически, приливы являются результатом притяжения, которое Луна создает на земных водоемах.
Эластичная потенциальная энергия — это то, что движет в пружине. Также в прыжках с шестом в легкой атлетике у нас есть пример того, как упругая потенциальная энергия превращается в гравитационную потенциальную энергию.
Аккумуляторов надолго не хватит
Интересно! Существует важное условие, целью которого является обеспечение страны энергией в течение двух месяцев. Для этого созданы специальные хранилища, где находятся запасы углеводородов
В сегодняшних условиях запасти в таких количествах электроэнергию невозможно. Так, в США все имеющиеся батареи, все аккумуляторы и миллион электромобилей могут обеспечивать спрос на электроэнергию лишь в течение двух часов.
Сейчас много говорят об аккумуляторах завода Tesla Gigafactory. Конечно, в течение года этих устройств производится очень много. Однако весь годовой выпуск в Соединенных Штатах обеспечит только 3 минуты потребностей на электроэнергию. Для того, чтобы создать запас аккумуляторов, с помощью которых можно обеспечить необходимой энергией Штаты в течение двух дней, Tesla Gigafactory должен работать тысячу лет.
Завод Tesla Gigafactory в Китае
Россия, как страна альтернативных источников энергии
Поскольку Россия входит в число одних из самых технически развитых стран мира, большое внимание уделяется добыче и использованию альтернативных источников энергии. На просторах больших территорий, к сожалению в настоящее время нет централизованных источников энергии
К том уже мы еще не втянуты в общемировую тенденциею, связанную с борьбой за экологию планеты и экономией традиционных видов топлива.
Россия
В каждом, отдельно взятом регионе нашей страны, применяются подходящие этому региону виды альтернативной энергетики. Это связано с географическим положением. А так же возможностью использования того или иного первоисточника получения энергии.
Солнечная энергетика
Солнечные электростанции в настоящее время, получают все большее распространение среди различных слоев населения, как альтернативный или резервный источник электрической и тепловой энергии.
Данный вид энергетики так же применяется в промышленности в нашей стране.
Наиболее крупными солнечными электростануциями, мощностью в 400,0 МВт являются:
- Орская им. А. А. Влазнева, установленной мощностью 40,0 МВт в Оренбургской области;
- Бурибаевская, мощностью 20,0 МВт и Бугульчанская, мощностью 15,0 МВт, в Республике Башкортостан;
- На полуострове Крым функционирует более десяти солнечных электростанций мощностью 20,0 МВт каждая.
Еще на стадии разработки можно насчитать более 50 объектов солнечной генерации на различных этапах строительства. Их место расположения от Дальнего Востока и Сибири, до центральных и южных областей нашей страны.
Общая мощность проектируемых и строящихся объектов составляет более 850,0 МВт.
Ветровая энергетика
Ветряки, работающие для получения электрической энергии в промышленных масштабах, в нашей стране не достигают таких больших масштабов, как солнечные электростанции.
Общая установленная мощность ветровых генераторов составляет чуть больше чем 100,0 МВт. Самые мощные из них это:
- Зеленоградская ветровая установка, мощностью 5,1 МВт, расположенная в Калининградской области;
- Останинская (25,0 МВт), Тарханкутская (22,0 МВт) и Сакская (20,0 МВт) – на полуострове Крым.
Также на стадии проектирования и строительства у нас есть 22 ветровые энергетические установки. Их общая мощность более 2500,0 МВт.
Гидроэнергетика
Как раз самый распространенный вид альтернативной энергетики на территории России. На настоящее время доля вырабатываемой электрической энергии ГЭС в разных регионах страны на реках, превышает 20,0 %. Отчет идет от общей генерации всей энергосистемы РФ.
Геотермальная энергетика
Это энергия тепла недр всей планеты, широко используется в ряде стран, где присутствует вулканическая деятельность. У нас данный вид энергетики расположен на Дальнем Востоке, в меру особенностей этого региона.
Их мощность 80,1 МВт. В настоящее время успешно работает 5 геотермальных электрических станций. Из них три расположены на Камчатке (Мутновская, Паужетская и Верхне-Мунтовская), остальные две — на островах Кунашир (Менделеевская) и Итуруп (Океанская).
Использование биотоплива
Использование биотоплива
Наша страна числится в лидерах по экспорту биотоплива на европейский рынок
У нас же это не самый распространенный вид энергоресурсов, как традиционные виды топлива.Однако, в связи с развитием лесной и деревообрабатывающей промышленности, большие территории заняты под сельскохозяйственные культуры, что сподвигло обратить внимание на этот вид энергетики
Последние годы было построено большое количество заводов по переработке отходов древесины. Из них изготавливаются такие материалы, как топливные брикеты и гранулы (пеллеты).
Брикеты и пеллеты, в свою очередь, используются в качестве топлива для различного типа котлов в результате сжигания которых, вырабатывается тепловая и электрическая энергии.
А из отходов сельскохозяйственных культур производится биогаз и жидкое топливо. Оно подходит для применения в двигателях и дизельных установках, там их сжигают, в результате чего производится тепловая и электрическая энергия.
Хоть биотопливо пока не имеет широкого распространения в нашей стране, тем не менее перспективы его развития, достаточно обширны и успешны.
Геотермальные станции
Геотермальная энергетика базируется на использовании естественого тепла Земли и горячих источников в ее недрах. Добываемый пар поступает по трубам на поверхность и вращает турбины. Стоимость электроэнергии включает в себя затраты на бурение скважин и очистку от газов, вызывающих коррозию металла. Но благодаря отсутствию котла, систем удаления дыма и топки издержки относительно невелики.
К недостаткам таких электроустановок относится высокое содержание растворенных в горячей воде вредных газов, которые могут привести к заражению окружающей среды, а также необходимость учета геологических и сейсмологических ограничений для недопущения провала грунта вокруг скважины.
Это интересно: Как выбрать газовую колонку: какая лучше и почему + видео
Виды альтернативных источников энергии
Среди вариантов природных источников частного энергоснабжения следует отметить:
- солнечные батареи;
- солнечные коллекторы;
- тепловые насосы;
- ветрогенераторы;
- установки для поглощения энергии воды;
- 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 солнечных панелей, тепловых насосов и т. п. Однако их стоимость остается стабильно высокой. Такие устройства вполне можно сделать самостоятельно, сэкономив некоторое количество денег, но затратив больше времени и сил.
Солнечные коллекторы: тонкости применения
Чтобы понять принцип работы солнечных коллекторов, вспомните летний душ – устанавливаете металлический бак с водой над душевой кабиной и располагаете таким образом, чтобы он максимальное количество времени находился под прямыми солнечными лучами. Нагретую воду используете для купания.
Солнечные коллекторы – это современная вариация летнего душа. Устройства представляют собой систему труб, по которым циркулирует вода. Для лучшего нагрева жидкости трубы окрашивают в черный цвет, потому как он притягивает солнечные лучи.
Работа системы основана на способности воды к циркуляции при нагреве. Для этого бак теплообменника должен быть установлен выше труб коллектора. При нагревании вода поднимается в верхнюю часть теплообменника. Холодная жидкость опускается в нижнюю часть, где нагревается под солнечными лучами.
Такой принцип работы позволяет обойтись без дополнительного оборудования, сделать эксплуатацию системы экономнее без потери в производительности. И сразу отметим, что сконструировать ее можно самостоятельно. Но лучше отдавать предпочтение промышленному оборудованию, которое будет работать лучше, обеспечивая дом горячей водой круглый год. Цена вопроса в этой ситуации выше, но она полностью окупается во время эксплуатации системы.
На практике солнечные коллекторы часто применяют санатории, отели, базы отдыха, у которых наплыв посетителей приходится на теплое время года. Также они есть в частных домовладениях, где хозяева используют зимой другой способ отопления и подогрева воды.
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. После чего в вашем доме появляется электричество, которое зависит лишь от наличия топлива в баке генератора. Если продумать автоматическую систему подачи топлива, то вы получаете маленькую тепловую электростанцию, которая от вас будет требовать минимального присутствия.
К тому же электрогенераторы – это надежные и удобные установки, которые работают практически вечно, если правильно их эксплуатировать. Но тут есть один момент. В настоящее время на рынке присутствует два вида генераторов:
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.
Альтернатива углеводородному топливу
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
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.
Виды альтернативной энергетики
В зависимости от источника энергии, который в результате преобразования позволяет получать человеку электрическую и тепловую энергии, используемые в повседневной жизни, альтернативная энергетика классифицируется на несколько видов, определяющих способы ее генерации и типы установок служащих для этого.
Энергия солнца
Солнечная энергетика основана на преобразовании энергии солнца, в результате которого получается электрическая и тепловая энергии.
Получение электрической энергии основано на физических процессах, происходящих в полупроводниках под воздействием солнечных лучей, получение тепловой – на свойствах жидкостей и газов.
Для генерации электрической энергии комплектуются солнечные электростанции, основой которой служат солнечные батареи (панели), изготавливаемые на основе кристаллов кремния.
Основой тепловых установок — служат солнечные коллекторы, в которых энергия солнца преобразуется в тепловую энергию теплоносителя.
Мощность подобных установок зависит от количества и мощности отдельных устройств, входящих в состав тепловых и солнечных станций.
Энергия ветра
Ветровая энергетика основана на преобразовании кинетической энергии воздушных масс в электрическую энергию, используемую потребителями.
Основой ветровых установок служит ветровой генератор.Ветровые генераторы различаются по техническим параметрам, габаритным размерам и конструкции: с горизонтальной и вертикальной осью вращения, различным типом и количеством лопастей, а также по месту их расположения (наземное, морское и т.д.).
Сила воды
Гидроэнергетика основана на преобразовании кинетической энергии водных масс в электрическую энергию, которая также используемую человеком в своих целях.
К объектам данного вида относятся гидроэлектростанции различной мощности, устанавливаемых на реках и иных водных объектах. В таких установках, под воздействием естественного течения воды, или путем создания плотины, вода воздействует на лопасти турбины вырабатывающей электрический ток. Гидротурбина, является основой гидроэлектростанций.
Еще один способ получения электрической энергии путем преобразования энергии воды – это использование энергии приливов, посредством строительства приливных станций. Работа таких установок основана на использовании кинетической энергии морской воды в период приливов и отливов, происходящих в морях и океанах под воздействием объектов солнечной системы.
Тепло земли
Геотермальная энергетика, основана на преобразовании тепла, излучаемого поверхностью земли, как в местах выброса геотермальных вод (сейсмически опасные территории), так и в иных регионах нашей планеты.
Для использования геотермальных вод используются специальные установки, посредством которых внутреннее тепло земли преобразуется в тепловую и электрическую энергии.
Использования теплового насоса позволяет получать тепло из поверхности земли, вне зависимости от места его расположения. Его работа основана на свойствах жидкостей и газов, а также законах термодинамики.
Биотопливо
Виды биотоплива различаются по способам его получения, его агрегатному состоянию (жидкое, твердое, газообразное) и видам использования. Объединяющим все виды биотоплива показателем, служит то, что основой для их производства служат органические продукты, посредством переработки которых получается электрическая и тепловая энергии.
Твердые виды биотоплива — это дрова, топливные брикеты или пеллеты, газообразные – это биогаз и биоводород, а жидкие – биоэтанол, биометанол, биобутанол, диметиловый эфир и биодизель.
Использование энергии ветра
Если ветер способен гонять стаи туч, почему бы не использовать его энергию на другие полезные дела? Поиски ответа на этот вопрос привели инженеров к созданию ветрогенератора. Это устройство обычно состоит из:
- генератора;
- высокой башни;
- лопастей, которые вращаются, улавливая ветер;
- батареи;
- системы электронного управления.
Принцип действия ветрогенератора довольно прост. Лопасти, вращаясь от сильного ветра, вращают валы трансмиссии( в простонародье – коробку передач). Они соединены с генератором переменного тока. Трансмиссия и генератор расположены в люльке или, по-другому, гондоле. Она может иметь поворотный механизм. Генератор подключен к управляющей автоматике и повышающему напряжение трансформатору. После трансформатора напряжение, увеличившее своё значение, отдается в общую систему электроснабжения.
Ветрогенераторы подходят для местности, где постоянно дует ветер
Поскольку вопросы создания ветрогенераторов изучаются довольно давно, существуют проекты самых разнообразных конструкций этих устройств. Модели с горизонтальной осью вращения занимают довольно большое пространство, а вот ветрогенераторы с вертикальной осью вращения гораздо компактнее. Разумеется, для эффективной работы устройства требуется достаточно сильный ветер.
Достоинства:
- отсутствие выбросов;
- автономность;
- использование одного из возобновляемых ресурсов;
Недостатки:
- необходимость в постоянстве ветра;
- высокая начальная цена;
- шум, издаваемый при вращении, и электромагнитное излучение;
- занимают большие площади.
Ветрогенератор необходимо разместить как можно выше, чтобы его работа была эффективной. Модели, которые имеют вертикальную ось вращения, компактнее, чем при горизонтальном вращении
Технологии альтернативной энергии для бизнеса
На глобальном уровне для развития альтернативной энергетики в России есть объективные препятствия. Малая альтернативная энергетика, привязанная к конечному потребителю (предприятие, завод, цех, ЦОД), может быть интересна в плане снижения операционных затрат.
1. Солнечные электростанции
Солнечные электростанции — это набор фотоэлектрических элементов. которые под воздействием солнца способны генерировать электроэнергию. Принцип их работы одинаковый для объектов любого размера: будь то дачный участок или крупный завод. Отличаются лишь их размеры.
В определенных случаях, если центральная энергосеть расположена далеко, то предпринимателю выгоднее установить солнечную батареи, чем прокладывать линии электропередач. Конечно, если на участке объекта солнце светит не раз в году.
В России солнечные батареи наиболее распространены на небольших предприятиях, например, на фермах. Еще солнечные батареи можно встретить:
- на очистных сооружениях;
- на автозаправках;
- на складах и телекоммуникационном оборудовании;
- на системах катодной защиты в газовой и нефтяной промышленности;
- на железных дорогах.
В случае принятия в России закона о микрогенерации, который уже прошел первое чтение, излишки солнечной энергии можно будет продавать государству. В таком случае мощности электростанций не должна превышать 15 кВт. Правда, заработать на продаже солнечной энергии, по мнению экспертов, вряд ли получится. Зато, если установка будет мощностью 3–5 кВт, можно будет сэкономить 12–23 тыс. рублей в год на оплате счетов.
2. Энергия ветра
Ветрогенераторы доступны в интернете, их стоимость начинается от 15 тыс. рублей.
Все ветрогенераторы работают так: ветер вращает лопасти, вращение передается ротору, который вырабатывает ток. Накапливается энергия в аккумуляторах, составляющих около 50% стоимости генератора. Правда, на подключенном к сети централизованного электроснабжения предприятии можно обойтись и без них.
Основное преимущество ветроэнергетических установок: по сравнению с солнечной энергией ветровые ресурсы распределены достаточно равномерно в течение года и в течение дня. По расчетам, ветрогенераторы все же лучше всего устанавливать в местности, где средняя скорость ветра превышает 8 м/с.
Из недостатков: высокий уровень шума, воздействие электромагнитных полей и сложность установки.
3. Биотопливо
Основа биотоплива — спирт, изготавливаемый из сельскохозяйственной продукции, например, из кукурузы или сахарного тростника.
О широком использовании биотоплива в работе предприятий говорить пока рано. Возможно, вскоре автопаркам использование биотоплива покажется разумным, ведь это позволит им в разу сократить расходы на дорожающий с каждым годом бензин. Уже сегодня разработаны около 40 моделей автомобилей, так называемых Flexible-Fuel Vehicle (FFV), в баки которых можно заливать бензин и этанол.
Также биотопливом можно будет заправлять электрогенераторы, бензопилы и прочие моторы, но пока об этом приходится только мечтать.
4. Сжигание биоотходов
С помощью специального оборудования (мусоросжигательных печей, метан-танков) можно не только добывать электроэнергию, но и отапливать помещения. Таким образом, например, могут поступать многие производства с большим количеством биоотходов. Например, бумажные фабрики или животноводческие фермы.
В России на агропредприятиях производится ежегодно около 800 млн тонн отходов. Из них можно получить около 70 млрд кубометров биометана, при сжигании которого вырабатывается около 110 миллиардов кВт-ч электричества. Метан-танки уже сегодня устанавливают на свалках, очистных сооружениях пищевых производств.
Виды источников энергии в будущем
Термоядерная энергетика
Альтернативные источники энергии полученные из природных ресурсов очень эффективны. Однако все-таки самые мощные энергетические источники будут созданы человеком. Например, это касается нового научного проекта, который предполагает создание термоядерного реактора, который будет способен воссоздавать процесс, происходящий внутри звезды. По всем прогнозам это будет наиболее мощный источник энергии, когда-либо созданный человеком.
Изначально запуск реактора был на 2016 год. Однако сложность используемых технологических решений потребовала отсрочки запуска проекта. Сейчас специалисты говорят о том, что он может быть введен в действие не раньше 30-40 годов двадцать первого века.
Антивещество как источник энергии
Данный способ получения энергии еще не так давно можно было отнести к разряду фантастики. Однако современные технологии, по мнению многих специалистов, позволят использовать антивещество в качестве источника энергии уже в ближайшем будущем.
Как известно антивещество представляет собой материю, состоящую из античастиц. Она имеет такую же массу, как и обыкновенная материя но при этом обладает противоположным атомным свойством (процесс известен как заряд и спин).
Получать энергию из антивещества можно путем сталкивания разных частиц, что приводит высвобождению огромного количества энергии. Это процесс был описан и просчитан известным физиком Альбертом Эйнштейном.
Виды нетрадиционных источников
На самом деле альтернатива электроэнергии для дома окружает нас всегда и везде, она заключена в солнце, ветре, воде и земле. Главная задача — добыть и преобразовать её. Учёные и специалисты много лет посвятили этому вопросу и достигли хороших результатов.
Сегодня с помощью природных источников питания в дом может поступать тепло, электроэнергия, газ и тёплая вода. Причём для этого не нужны промышленные технологии и сверх знания, всё возможно сделать своими руками. А использование конкретного вида альтернативного источника зависит от наиболее подходящих для этого окружающих условий.
Выбрать можно из следующего списка:
- Использование солнечной энергии, обеспечивающей генерацию электричества, подгорев воды и низкотемпературное отопление (с помощью солнечных батарей и коллекторов).
- Преобразование энергии ветра с использованием ветрогенераторов.
- Обогревание жилья тепловыми насосами, аккумулирующими тепло трёх природных источников (воздух, земля и вода).
- Применение биогазовых установок, источником энергии для которых являются отходы жизнедеятельности домашнего скота.
Поэтому сегодня разумным компромиссом является выбор комбинированной системы, когда альтернативные виды энергии для дома выступают основными, но при их нехватке привлекаются централизованные сети.
https://youtube.com/watch?v=PqOnp5FbWkE
Ветрогенераторы
История развития ветрогенераторов на просторах бывшего СССР весьма трагична. Учитывая обширные районы, в которых почти постоянно дуют ветры, активные попытки обуздать энергию ветра предпринимались еще в начале 20 века. Но, к сожалению, к концу 60-х гг. производство «ветряков» и строительство ВЭС было прекращено.
Еще совсем недавно (с 1988 по 1992 гг.) производилась «домашняя» версия ветромеханического водоподъемного агрегата (ветряного насоса) АВВП-1,2 «Ромашка». Он предназначался для забора жидкости из любых водоемов на глубине до 8 м и использовался как в домашних, так и в коллективных хозяйствах. Это был простой, дешевый и удобный автоматический прибор.
Теперь ветроэнергоустановки используются индивидуальными пользователями для получения электроэнергии. Вырабатываемой «ветряком» мощности в 50 кВт вполне хватает для обслуживания небольшого коттеджа.
Система призвана накапливать электричество. Чем чаще и сильнее дует ветер, тем быстрее заряжаются аккумуляторы и энергией можно пользоваться. Бытовые ветрогенераторы в областях с умеренным преобладанием ветров вполне способны дополнительно обеспечивать здание светом.
Основой ветрогенератора выступает ветроколесо. Под действием силы ветра оно вращается, создавая крутящий момент и передавая его через механизм передач на водяной насос или вал электрогенератора. Ветрогенераторы обычно крепят на высоких мачтах не для того «чтобы все видели», а потому что интенсивность и скорость ветра над поверхностью земли выше, чем на «нулевой отметке».
Ветрогенераторы для дома бывают трех видов:
Карусельного типа (роторные) – оснащены ветроколесом (ротором), которое движется в направлении ветра. Ось вращения – вертикальная. Коэффициент полезного действия не выше 20%.
Крыльчатые ветрогенераторы – имеют вид классического пропеллера с числом лопастей от 2 до 24. Чем меньше лопастей, тем выше должна быть скорость ветра «для раскрутки». Ветряк с числом лопастей до 4 называется малолопастным, если лопастей более 4 – многолопастными. Ось вращения параллельна ветру, КПД довольно высок – 40-50%.
Барабанные ветрогенераторы – похожи на роторные ветряки, только лопасти расположены в горизонтальной проекции. Ось вращения находится под углом 90 градусов к направлению ветра, что, как следствие, формирует низкий КПД – до 10%.
Итак, в отличие от солнечных коллекторов и батарей, ветрогенераторы лучше устанавливать в северных районах с сильными, частыми и порывистыми ветрами. Чаще всего они дуют вблизи водоемов, в горах и на открытых участках в соответствующей области.
Главный минус — затраты на внедрение альтернативных источников энергии
Для трансформации экономики на новую энергетику потребуются огромные затраты. Это можно сравнить с ситуацией, при которой всех жителей земли нужно отправить на Луну.
Если говорить об увеличении установок, получающих энергию от солнца, то следует помнить о физическом пределе. Максимумом преобразования фотонов в электроны является только 33%. Коммерческие установки обеспечивают и того меньше, только 26%. Что касается ветровых установок, то пределом для них является 60% той энергии, которую обеспечивает движущийся воздух. Показатель коммерческих турбин – 45%.
В фунте нефти содержится столько энергии, что она намного превышает возможное хранение энергии в фунте батареи, созданной для хранения электроэнергии. Сравнение здесь такое – эквивалентом одного фунта углеводородного горючего являются 60 фунтов батарей. При этом для создания одного фунта такой батареи необходимо 100 фунтов добытых, перемещенных, переработанных материалов. Чтобы хранить энергетический эквивалент барреля нефти, нужно 20 тысяч фунтов батарей. Общая их стоимость – 200 тысяч долларов.
Виды альтернативных источников энергии.
Энергия ветра, солнца, воды, биотопливо, тепло Земли относительно неисчерпаемы и возобновимы. Преимущества альтернативных источников энергии неоспоримы, поскольку они сохраняют природные ресурсы. Кроме того, они в гораздо большей мере соответствуют требованиям экологической безопасности.
Ветровая энергетика.
Принцип использования силы ветра заключается в превращении кинетической энергии в электрическую, тепловую, механическую. Для получения электрической энергии используют ветровые генераторы. Они могут иметь различные технические параметры, размеры, конструкции, горизонтальную или вертикальную ось вращения. Паруса – классический пример использования силы ветра в морском транспорте, а ветряная мельница – преобразования в механическую энергию.
Диаметр лопастей и высота их расположения определяют мощность ветрогенератора. При силе ветра от 3 м/с генератор начинает вырабатывать ток и достигает максимальной величины при 15 м/с. Сила ветра свыше 25 м/с является критической – генератор отключается.
Гелиоэнергетика — дар Солнца.
Солнечная энергия как альтернативный источник энергии – естественное продолжение жизнетворящей миссии Солнца на нашей планете. Но пока человечество не научилось использовать ее напрямую. В настоящее время в качестве преобразователей солнечной энергии в электрическую применяют солнечные батареи, а для тепловой – солнечные коллекторы. Кроме того, в некоторых случаях используют совмещение двух видов.
Гелиотехнология заключается в нагреве поверхности солнечными лучами и в использовании нагретой воды для горячего водоснабжения, отопления или использования в паровых электрогенераторах. Для преобразования энергии солнца в тепловую используют солнечные коллекторы. Их общая мощность зависит от количества и мощности отдельных устройств, которые включены в систему солнечной или тепловой станции.
Солнечные батареи подразделяют на:
- кремниевые
- пленочные
Наибольшим спросом в настоящее время пользуются батареи с использованием кристаллов кремния, а самые удобные – пленочные. Кремниевые панели являются одним из лучших вариантов для частного дома.
ГЭС — использование силы воды.
Принцип действия турбин на гидроэлектростанциях заключается в воздействии силы воды на лопасти гидротурбины, которая вырабатывает электричество. Иногда к альтернативным видам энергии относят лишь те ГЭС, где не использованы мощные плотины, а выработка тока происходит под влиянием естественного течения воды. Это связано со значительным негативным воздействием мощных ГЭС на природные речные ландшафты, их обмелением и катастрофическими наводнениями.
Не вызывает возражений экологов использование естественной энергии морских и океанических приливов. Преобразование кинетической энергии в электрическую в этом случае происходит на специальных приливных станциях.
Геотермальная энергетика — тепло Земли.
Поверхность Земли излучает тепло не только в местах выброса горячих сейсмических источников, как, например, на Камчатке, но и практически во всех регионах планеты. Для извлечения тепла земли используют специальные тепловые насосы, а затем его преобразуют в электрическую энергию или используют как тепловую. Принцип действия установок базируется на законах термодинамики и физических законах поведения жидкостей и газа, в частности, фреона.
Тип конструкции насоса определяет первичный источник энергии, например, « грунт- воздух» или «грунт — вода».
Биотопливо.
Принцип получения биотоплива основан на переработке органических продуктов с помощью специальных установок. В ходе переработки вырабатывается тепловая или электрическая энергия. Виды биотоплива могут иметь жидкое, твердое или газообразное состояние. К твердым, например, относятся топливные брикеты, жидким – биоэтанол, к газообразным – биогаз. К его разновидностям относится свалочный газ, который образуется на свалках. Использование биогаза старых свалок помогает решить проблемы переработки отходов.
Когда может возникнуть необходимость в альтернативном отоплении
- Участок, на котором расположен дом, не подключен к газовой магистрали.
- Газ поставляется с перебоями.
- Владелец дома хочет сэкономить на отоплении.
- Подключение к газовой магистрали невозможно ввиду высокой стоимости.
Отопление дома альтернативными источниками условно можно разделить на два вида:
- Оборудование, которое работает в дополнение к газовому котлу. Оно не способно полноценно обеспечить жилище теплом, поэтому используется для поддержки работы котла в пиковые нагрузки.
- Оборудование, которое заменяет газовый котел. Вырабатывает достаточную отопительную мощность для обогрева здания.
