Енергия на бъдещето: реалност и фантазия. Алтернативни източници на енергия

Днес целият свят е снабден с електричество чрез изгаряне на въглища и газ (изкопаеми горива), използване на водния поток и контрол на ядрена реакция. Тези подходи са доста ефективни, но в бъдеще ще трябва да ги изоставим, обръщайки се към такава посока като алтернативна енергия.

Голяма част от тази нужда се дължи на факта, че изкопаемите горива са ограничени. В допълнение, традиционните методи за производство на електроенергия са един от факторите за замърсяване на околната среда. Ето защо светът се нуждае от "здравословна" алтернатива.

Предлагаме нашата версия на ТОП на нетрадиционните начини за генериране на енергия, която в бъдеще може да се превърне в заместител на конвенционалните електроцентрали.

7 място. Разпределена енергия

Преди да разгледаме алтернативните източници на енергия, нека анализираме една интересна концепция, която може да промени структурата на енергийната система в бъдеще.

Днес електричеството се произвежда в големи станции, прехвърля се към разпределителните мрежи и се доставя до домовете ни. Разпределеният подход предполага постепенен отказ от централизирано производство на електроенергия. Това може да се постигне чрез изграждане на малки енергийни източници в непосредствена близост до потребителя или потребителската група.

Като източници на енергия могат да се използват:

• микротурбинни електроцентрали;
• газотурбинни електроцентрали;
• парни котли;
• слънчеви панели;
• вятърни мелници;
• термопомпи и др.

Такива мини електроцентрали за дома ще бъдат свързани към обща мрежа. Там ще тече излишък от енергия и ако е необходимо, електрическата мрежа ще може да компенсира липсата на енергия, например, когато слънчевите панели работят по-лошо поради облачно време.

Въпреки това, прилагането на тази концепция днес и в близко бъдеще е малко вероятно, ако говорим за глобален мащаб. Това се дължи основно на високата цена на прехода от централизирана към разпределена енергия.

6-то място. Енергия на гръмотевична буря

Защо да генерирате електричество, когато можете просто да го "хванете" от нищото? Средно един удар на мълния е 5 милиарда J енергия, което е еквивалентно на изгаряне на 145 литра бензин. Теоретично електроцентралите с мълнии ще намалят разходите за електроенергия в пъти.

Всичко ще изглежда така:станциите са разположени в райони с повишена гръмотевична активност, "събират" разряди и акумулират енергия. След това енергията се подава в мрежата. Можете да хванете мълния с помощта на гигантски гръмоотводи, но основният проблем остава - да натрупате възможно най-много енергия на мълнията за част от секундата. На настоящия етап суперкондензаторите и преобразувателите на напрежение са незаменими, но в бъдеще може да се появи по-деликатен подход.

Ако говорим за електричество "от въздуха", не можем да си спомним привържениците на формирането на безплатна енергия. Например Никола Тесла по едно време по общо мнение демонстрираха устройство за получаване на електрически ток от етера за работа на автомобил.

5-то място. Изгаряне на възобновяемо гориво

Вместо въглища, централите могат да изгарят т.нар. биогориво ". Това са преработени растителни и животински суровини, отпадъчни продукти от организми и някои промишлени отпадъци от органичен произход. Примерите включват конвенционални дърва за огрев, дървесен чипс и биодизел, който се намира на бензиностанциите.

В енергетиката най-често се използва дървесен чипс. Събира се при дърводобив или дървообработване. След смилане се пресова в горивни пелети и се изпраща в топлоелектрическите централи в тази форма.

До 2019 г. в Белгия трябва да приключи изграждането на най-голямата електроцентрала, която ще работи на биогорива. Според прогнозите той ще трябва да произвежда 215 MW електроенергия. Това е достатъчно за 450 000 домове.

Интересен факт!Много страни практикуват отглеждането на така наречената „енергийна гора“ – дървета и храсти, които са най-подходящи за енергийни нужди.

Дали алтернативната енергетика ще се развие в посока биогорива все още е малко вероятно, защото има по-обещаващи решения.

4 място. Приливни и вълнови електроцентрали

Традиционните водноелектрически централи работят на следния принцип:

1. Водното налягане се подава към турбините.
2. Турбините започват да се въртят.
3. Ротацията се предава на генератори, които генерират електричество.

Изграждането на водноелектрическа централа е по-скъпо от ТЕЦ и е възможно само на места с големи запаси от водна енергия. Но основният проблем е увреждането на екосистемите поради необходимостта от изграждане на язовири.

Приливните електроцентрали работят на подобен принцип, но използвайте силата на приливите и отливите, за да генерирате енергия.

"Водните" видове алтернативна енергия включват такава интересна посока като вълновата енергия. Същността му се свежда до генериране на електроенергия чрез използване на енергията на океанските вълни, която е много по-висока от тази на приливите. Най-мощната вълнова електроцентрала днес е Pelamis P-750 , който генерира 2,25 MW електрическа енергия.

Люлеейки се на вълните, тези огромни конвектори ("змии") се огъват, в резултат на което хидравличните бутала започват да се движат вътре. Те изпомпват масло чрез хидравлични двигатели, които от своя страна въртят електрически генератори. Полученото електричество се доставя до брега чрез кабел, който е положен по дъното. В бъдеще броят на конвекторите ще бъде многократно увеличен и станцията ще може да генерира до 21 MW.

3-то място. Геотермални станции

Алтернативната енергетика е добре развита в геотермално направление. Геотермалните станции генерират електричество, като всъщност преобразуват енергията на земята или по-скоро топлинната енергия на подземни източници.

Има няколко вида такива електроцентрали, но във всички случаи те се основават на едно и също принцип на работа: парата от подземен източник се издига през кладенеца и върти турбина, свързана с електрически генератор. Днес често срещана практика е водата да се изпомпва в подземен резервоар на голяма дълбочина, където се изпарява под въздействието на високи температури и навлиза в турбините под формата на пара под налягане.

Райони с голям брой гейзери и открити термални извори, които се нагряват поради вулканична дейност, са най-подходящи за целите на геотермалната енергия.

И така, в Калифорния има цял геотермален комплекс, наречен " Гейзери ". Обединява 22 станции с мощност 955 MW. Източникът на енергия в случая е магмена камера с диаметър 13 км на дълбочина 6,4 км.

2-ро място. вятърни паркове

Вятърната енергия е един от най-популярните и обещаващи източници за производство на електроенергия.

Принципът на работа на вятърния генератор е прост:

• лопатките се въртят под въздействието на силата на вятъра;
• въртенето се предава на генератора;
• генераторът произвежда променлив ток;
• Получената енергия обикновено се съхранява в батерии.

Мощността на вятърния генератор зависи от обхвата на лопатките и височината му. Поради това те се монтират на открити площи, полета, хълмове и в крайбрежната зона. Инсталациите с 3 лопатки и вертикална ос на въртене работят най-ефективно.

Интересен факт!Всъщност вятърната енергия е вид слънчева енергия. Това се обяснява с факта, че ветровете възникват поради неравномерно нагряване на земната атмосфера и повърхност от слънчевите лъчи.

За да направите вятърна мелница, не са необходими задълбочени инженерни познания. Така че много занаятчии биха могли да си позволят да се изключат от общата електрическа мрежа и да преминат към алтернативна енергия.

Vestas V-164 е най-мощната вятърна турбина днес. Той генерира 8 MW.

За производството на електроенергия в индустриален мащаб се използват вятърни паркове, състоящи се от много вятърни мелници. Най-голямата електроцентрала е Алта разположен в Калифорния. Капацитетът му е 1550 MW.

1 място. Слънчеви електроцентрали (SPP)

Слънчевата енергия има най-големи перспективи. Технологията за преобразуване на слънчевата радиация с помощта на фотоклетки се развива от година на година, ставайки все по-ефективна.

В Русия слънчевата енергия е сравнително слабо развита. Някои региони обаче показват отлични резултати в тази индустрия. Да вземем например Крим, където работят няколко мощни слънчеви електроцентрали.

Може да се развие в бъдеще космическа енергия. В този случай слънчевите електроцентрали ще бъдат построени не на повърхността на земята, а в орбитата на нашата планета. Най-важното предимство на този подход е, че фотоволтаичните панели ще могат да получават много повече слънчева светлина, т.к. това няма да бъде възпрепятствано от атмосферата, времето и сезоните.

Заключение

Алтернативната енергия има няколко обещаващи направления. Постепенното му развитие рано или късно ще доведе до изместване на традиционните методи за производство на електроенергия. И не е необходимо само една от изброените технологии да се използва в целия свят. Вижте видеоклипа по-долу за повече информация.

През последните години алтернативната енергия стана обект на силен интерес и ожесточени дебати. Заплашени от изменението на климата и факта, че средните глобални температури продължават да се повишават всяка година, желанието да се намерят форми на енергия, които ще намалят зависимостта от изкопаеми горива, въглища и други замърсяващи процеси, естествено нарасна.

Въпреки че повечето от концепциите не са нови, едва през последните няколко десетилетия този въпрос най-накрая стана актуален. Благодарение на подобренията в технологията и производството, цената на повечето форми на алтернативна енергия намаля, докато ефективността се повиши. Какво е алтернативна енергия, на прости и разбираеми думи, и каква е вероятността тя да стане основната?

Очевидно остават някои спорове относно това какво означава „алтернативна енергия“ и към какво може да се приложи фразата. От една страна, този термин може да се припише на форми на енергия, които не водят до увеличаване на въглеродния отпечатък на човечеството. Следователно тя може да включва ядрени съоръжения, водноелектрически централи и дори природен газ и "чисти въглища".

От друга страна, терминът се използва и за означаване на това, което в момента се счита за неконвенционални енергийни методи - слънчева, вятърна, геотермална, биомаса и други скорошни допълнения. Този вид класификация изключва методи за извличане на енергия като водноелектрически централи, които съществуват от повече от сто години и са доста разпространени в някои региони на света.

Друг фактор е, че алтернативните източници на енергия трябва да бъдат "чисти", да не произвеждат вредни замърсители. Както вече беше отбелязано, това най-често означава въглероден диоксид, но може да се отнася и за други емисии - въглероден оксид, серен диоксид, азотен оксид и др. По тези параметри ядрената енергия не се счита за алтернативен източник на енергия, тъй като произвежда радиоактивни отпадъци, които са силно токсични и трябва да се съхраняват по подходящ начин.

Във всички случаи обаче терминът се използва за обозначаване на видовете енергия, които ще заменят изкопаемите горива и въглищата като доминираща форма на производство на енергия през следващото десетилетие.

Видове алтернативни енергийни източници
Строго погледнато, има много видове алтернативна енергия. Отново, това е мястото, където определенията попадат в задънена улица, тъй като в миналото „алтернативна енергия“ се използва за обозначаване на методи, които не се считат за съществени или разумни. Но ако приемете определението в широк смисъл, то ще включва някои или всички от тези точки:

Хидроенергия. Това е енергията, генерирана от водноелектрически язовири, когато падаща и течаща вода (в реки, канали, водопади) преминава през устройство, което завърта турбини и генерира електричество.

Ядрената енергия. Енергията, която се произвежда в процеса на забавени реакции на делене. Уранови пръти или други радиоактивни елементи загряват водата, превръщайки я в пара, а парата завърта турбини, генерирайки електричество.

Енергия, която се получава директно от Слънцето; (обикновено състоящи се от силиконов субстрат, подредени в големи масиви) преобразуват слънчевите лъчи директно в електрическа енергия. В някои случаи топлината, произведена от слънчевата светлина, се използва и за генериране на електричество, това е известно като слънчева топлинна енергия.

Вятърна енергия. Енергия, генерирана от въздушния поток; гигантските вятърни турбини се въртят под въздействието на вятъра и генерират електричество.

геотермална енергия. Тази енергия се генерира от топлина и пара, произведени от геоложка дейност в земната кора. В повечето случаи тръбите се поставят в земята над геоложки активни зони, преминавайки пара през турбини, като по този начин генерират електричество.

Приливна енергия. Приливните течения по крайбрежните линии също могат да се използват за генериране на електричество. Ежедневната промяна на приливите кара водата да тече през турбините напред-назад. Електричеството се генерира и пренася в електроцентрали на сушата.

биомаса.Това се отнася за горива, които се получават от растения и биологични източници - етанол, глюкоза, водорасли, гъбички, бактерии. Те биха могли да заменят бензина като източник на гориво.

Водород.Енергия, получена от процеси, включващи водороден газ. Те включват каталитични конвертори, в които водните молекули се разпадат и рекомбинират по време на електролиза; водородни горивни клетки, в които газът се използва за захранване на двигател с вътрешно горене или за завъртане на нагрята турбина; или ядрен синтез, при който водородните атоми се сливат при контролирани условия, освобождавайки невероятни количества енергия.

Алтернативни и възобновяеми енергийни източници
В много случаи алтернативните енергийни източници също са възобновяеми. Термините обаче не са напълно взаимозаменяеми, тъй като много форми на алтернативни енергийни източници разчитат на ограничен ресурс. Например ядрената енергия разчита на уран или други тежки елементи, които първо трябва да бъдат добити.

В същото време вятърната, слънчевата, приливната, геотермалната и водноелектрическата енергия разчитат на източници, които са напълно възобновяеми. Слънчевите лъчи са най-изобилният източник на енергия от всички и, въпреки че са ограничени от времето и времето на деня, са индустриално неизчерпаеми. Вятърът също не изчезва, благодарение на промените в налягането в нашата атмосфера и въртенето на Земята.

развитие
В момента алтернативната енергия все още изживява своята младост. Но тази картина бързо се променя под влиянието на процеси на политически натиск, световни екологични бедствия (суши, глад, наводнения) и подобрения в технологиите за възобновяема енергия.

Например към 2015 г. световните енергийни нужди все още се задоволяват предимно от въглища (41,3%) и природен газ (21,7%). Водноелектрическите централи и ядрената енергия са съответно 16,3% и 10,6%, докато „възобновяемите енергийни източници“ (слънчева, вятърна, биомаса и др.) – едва 5,7%.

Това се промени много от 2013 г., когато световното потребление на нефт, въглища и природен газ беше съответно 31,1%, 28,9% и 21,4%. Ядрената и водноелектрическата енергия представляват 4,8% и 2,45%, докато възобновяемите източници представляват едва 1,2%.

Освен това се увеличи броят на международните споразумения за ограничаване на използването на изкопаеми горива и развитието на алтернативни енергийни източници. Например Директивата за възобновяема енергия, подписана от Европейския съюз през 2009 г., която определя цели за използване на възобновяема енергия за всички държави-членки до 2020 г.

В основата си това споразумение предполага, че ЕС ще посрещне поне 20% от общите си енергийни нужди с възобновяема енергия до 2020 г. и поне 10% от транспортното гориво. През ноември 2016 г. Европейската комисия преразгледа тези цели и определи 27% минимално потребление на възобновяема енергия до 2030 г.

Някои страни станаха лидери в развитието на алтернативната енергия. Например в Дания вятърната енергия осигурява до 140% от нуждите на страната от електроенергия; излишъците се изпращат до съседните страни, Германия и Швеция.

Исландия, поради местоположението си в Северния Атлантик и активните си вулкани, постигна 100% зависимост от възобновяема енергия още през 2012 г. чрез комбинация от хидроенергия и геотермална енергия. През 2016 г. Германия прие политика за постепенно премахване на зависимостта от петрола и ядрената енергия.

Дългосрочните перспективи пред алтернативната енергия са изключително положителни. Според доклад от 2014 г. на Международната агенция по енергетика (IEA), фотоволтаичната слънчева енергия и слънчевата топлинна енергия ще представляват 27% от световното търсене до 2050 г., което я прави най-големият източник на енергия. Може би, благодарение на напредъка в синтеза, източниците на изкопаеми горива ще бъдат безнадеждно остарели до 2050 г.

Електроцентралите са свързани помежду си и доставят електроенергия на енергийната система на даден регион или държава. Потребители с различен състав, мощност, режим на работа и други показатели получават електричество от тази система. Такава интеграция в електроенергийната система позволява: да се намали общата инсталирана мощност на електроцентралите; резервна мощност поради възможното маневриране на станции от различен тип; намаляване на общия разход на гориво; повишаване на надеждността на захранването на потребителите чрез допълнителни връзки; повишаване на ефективността на производството на електроенергия чрез оптимално разпределение на електрическите товари между станции от различни типове.

Фиг.1.14.

Общият електрически товар на група потребители, свързани към електроенергийната система, зависи от много фактори: състав на потребителите, тяхната мощност, режим на работа, използвана технология и оборудване, време на деня и годината, климатични условия и др. Приблизителен дневен график на електрическото натоварване на промишлената зона е показан на фиг. 1.14. Характеризира се с постоянно дневно (базово) натоварване P3; слабо променливо (полупиково) натоварване от P3 до P2; пиково натоварване P1. Във всеки момент в електроенергийната система трябва да има баланс на генерираната и консумираната мощност (като се вземат предвид загубите). В противен случай режимът на работа на електроенергийната система като цяло и нейните отделни елементи може да стане авариен до "колапс", т.е. пълно изключване един от друг на всички източници и потребители на електроенергия. За да се поддържа балансът на мощностите, е необходимо да се регулира, променя мощността, генерирана в електроцентралите. Различната мощност и инерция на силовите агрегати определят определени модели на тяхното използване, както от техническа, така и от икономическа гледна точка. Базовият товар се носи от най-мощните и инерционни електроцентрали - атомни електроцентрали и големи топлоелектрически централи, държавни централи. Полупиковото натоварване се покрива от маневрените агрегати на водноелектрически централи, помпено-акумулиращи централи и топлоелектрически централи. Пиковото натоварване се осигурява от хидрогенератори, GTU, CCGT.

Специфичният състав на електроцентралите в региона може частично да промени разглеждания вариант за разпределение на натоварването, но общите принципи остават непроменени.

Използване на алтернативни източници на енергия

Нарастването на населението, индустриалното и социалното развитие на обществото изискват значително увеличаване на производството на енергия. В същото време до средата на двадесет и първи век остър недостиг на органични енергийни носители, които днес осигуряват около 80% от цялата необходима енергия, ще стане съвсем реален. Разходите за добив и транспорт на гориво непрекъснато нарастват и този процес ще продължи, т.к. новите находища често се намират в отдалечени, труднодостъпни райони, на значителна дълбочина. Поскъпването на горивата се дължи и на факта, че нефтът, газът, въглищата са важна суровина за много индустрии и твърдението „да гориш с петрол е същото като да гориш с банкноти“ не губи своята актуалност.

Затова се работи за намиране на нови, алтернативни видове енергийни източници, включително възобновяеми и екологични. Някои от тези разработки са обсъдени по-долу.

Магнитохидродинамични (МХД) инсталации. Принципът на работа на тези инсталации ви позволява директно да преобразувате топлинната енергия в електрическа енергия (фиг. 1.15). Между металните пластини 1, намиращи се в силно магнитно поле, се пропуска струя 2 йонизиран газ. В съответствие със закона за електромагнитната индукция се индуцира ЕМП, което води до протичане на електрически ток между електродите в канала на генератора и във външната верига. Липсата на движещи се части в MHD генератора позволява да се постигне температура на работния флуид от 2550...2600 0C на входа и да се осигури ефективност на термичния цикъл от 70...75%.

MHD инсталациите могат да работят по различни схеми. Един от вариантите е с ядрен реактор в затворен цикъл (фиг. 1.15.б.). Работната течност (аргон или хелий с добавка на цезий) се нагрява в ядрен реактор или във високотемпературен топлообменник 3 и навлиза в MHD канала 4, където топлинната енергия на движещата се плазма се преобразува в електрическа енергия. Отработените в МГД канала газове с температура около 1500 0С постъпват в парогенератора 5, който осигурява работата на паротурбинната инсталация 6. МГД цикълът се затваря чрез компресора 7, който връща газа в реактора. или към топлообменника 3.

Фиг.1.15.

a - принципът на работа на MHD генератора; b - MHD-инсталация с ядрен реактор.

Мощността на пилотната MHD инсталация е 25 MW. В етап на техническо развитие е централа с мощност 500 MW. Има редица трудности в този процес, които възпрепятстват темповете на въвеждане на MHD генератори: създаване на магнитни полета с висока индукция; постигане на висока плазмена проводимост при температури до 2400…2500 0С; създаване на топлоустойчиви материали; получаване на променлив ток, който трябва да бъде обърнат от постоянния ток, генериран от MHD инсталацията. Въпреки това, разработването и внедряването на MHD генератори има доста добри перспективи.

термоядрени инсталации. Създаването на промишлени инсталации от този тип може почти напълно да реши проблема с получаването на необходимото количество енергия. Запасите от изотопи на деутерий и тритий, оригиналното гориво за термоядрени реактори, са практически неограничени на Земята. В процеса на термоядрена реакция се освобождава огромна енергия. Това се случва на Слънцето, както и при експлозия на водородна бомба. За контролиране на такъв процес трябва да се осигурят редица условия: плътност на горивото най-малко 1015 ядра на 1 cm3; температура 100 ... 500?106 градуса. Това състояние на горивото трябва да се поддържа за части от секундата.

Работата по създаването на термоядрен реактор се извършва интензивно в СССР, САЩ и Япония. Бяха получени някои положителни резултати, например инсталацията TOKOMAK в Института по атомна енергия. И. В. Курчатов. Техническите и научни проблеми обаче все още не са направили възможно създаването на истинска промишлена термоядрена инсталация.

Слънчеви електроцентрали. Земята получава годишно 1017 W енергия от Слънцето, което е 20 000 пъти повече от настоящото ниво на потребление. Естествено е преобразуването на слънчевата енергия в топлинна енергия. Такива инсталации са използвани от човека от древни времена. Известен е и доста прост начин за преобразуване на слънчевата енергия в електрическа - с помощта на фотоклетки. Поради това работата по създаването на слънчеви електроцентрали (SPP) се извършва в много страни. От особено значение е екологичната чистота и възобновяемостта на такъв енергиен ресурс. В резултат на това през последните 50 години са построени десетки SELS в САЩ, Австралия, Италия, Океания и други климатично подходящи региони. В СССР е построена Кримската SPP с мощност 5 MW, проектирана е станция в Централна Азия с обща мощност 200 MW.

Съществуват обаче значителни трудности при създаването и използването на слънчеви електроцентрали, които все още не позволяват на слънчевите електроцентрали да се конкурират напълно с топлоелектрическите централи и водноелектрическите централи. Това е несъответствието на слънчевата радиация по време на деня, годината и в зависимост от метеорологичните условия; ниска радиационна плътност в близост до повърхността на Земята; недостатъчни технически характеристики на съществуващите фотоклетки и сложността на тяхното обезвреждане. Ефективността на инсталациите SELS в момента е около 15%, а получаването на значителни мощности е свързано с разполагането на оборудване на големи площи от десетки квадратни километри и съответния разход на материали. Работата по подобряване на SELS обаче продължава.

Геотермални станции (ГеоТЕС). Такива станции използват топлината на земните недра като източник на енергия. Основните видове геотермални електроцентрали работят с гореща вода под налягане, с вода с пара, със суха пара или газ (петротермална енергия).

Средно на всеки 30 ... 40 m дълбочина в Земята температурата се повишава с 1 0С и на дълбочина 10 ... 15 километра достига 1000 - 1200 0С. В някои части на планетата температурата е доста висока в непосредствена близост до повърхността. В тези места бият мощни горещи подпочвени води, пара, газ. ГеоТЕЦ могат да бъдат поставени тук. Например в Долината на гейзерите в САЩ общият капацитет на GeoTPP е 900 MW, Lardello GeoTPP в Италия с капацитет 420 MW, а станцията Wairaket в Нова Зеландия е 290 MW. Доста мощни геоТЕЦ работят в Мексико, Япония, Исландия и други страни. Руската ГеоТЕЦ в Камчатка е с мощност 5 MW.

Екологичната чистота, възобновяемостта на топлинната енергия на Земята, достатъчната простота на дизайна са безспорните предимства на GeoTPP.

Недостатъците на геотермалните станции са твърда връзка с мястото на отделяне на топлина към земната повърхност и ограничени параметри на работния флуид по отношение на налягане и температура.

Приливни електроцентрали (ТЕЦ). Съвременните ПЕС използват фазата на прилив и отлив, техните агрегати (турбини) са обратими и работят, когато водата се движи от морето към залива и обратно (фиг. 1.16). Такива инсталации могат да работят в турбинен и помпен режим.

ТЕЦ работят в Русия (Кислогубская, 400 kW), Япония, Франция и други страни. Най-мощната ТЕЦ се намира на устието на река Ранс във Франция - 240 MW.

Фиг.1.16.

а - изглед отгоре; b - изрязване

VGP - най-високият хоризонт на прилива; VGO - най-високият хоризонт на отлива

Енергията на приливите е екологична, възобновяема, непроменена в годишни и дългосрочни периоди, но варира значително през лунния месец и може да се използва само в определени географски точки по бреговете на моретата и океаните, ако е налице необходимото облекчение.

Електроцентрали, които използват морска енергия. Енергията на вълните, теченията, градиентите на температурата и солеността на моретата и океаните може да се преобразува в електрическа енергия. Проектирани и тествани са няколко вида конверторни инсталации. Например 80 MW турбина на Кориолис е предназначена за инсталации, използващи океански течения.

Вятърни електроцентрали (ВЕЦ). Човекът винаги е използвал енергията на вятъра. Преобразуването на тази енергия в електрическа е принципно много просто. Още през 20-те години на миналия век в СССР е построена ВЕЦ Курск с мощност 8 kW. Най-голямата в света инсталация с мощност 1050 kW в един блок работи в САЩ от 1941 г.

Въпреки това, с определени предимства (екологична чистота, възобновяемост, простота и ниска цена на използване), вятърната енергия има и значителни недостатъци, които ограничават изграждането на вятърни паркове. Това е голяма неравномерна плътност на вятърната енергия, зависимост от географски, климатични, метеорологични фактори и др. Следователно, в момента вятърните паркове с ограничен капацитет за местно използване са икономически оправдани.

Перспективи за динамиката на развитие на електроцентралите

Динамиката на развитието на световната и вътрешната енергетика показва, че в близко бъдеще съществуващият баланс между топлоелектрически централи, атомни електроцентрали и водноелектрически централи приблизително ще се запази. Приоритет ще бъде стратегията газ-въглища, а използването на мазут в ТЕЦ ще намалява. Световните цени на енергията, които се влияят от множество фактори, са в състояние да коригират тази стратегия в различна степен и на различни интервали от време.

CCGT и GTU ще бъдат доразвити. От относително новите области с приоритет са MHD инсталациите.

Ще се развива нетрадиционна енергия (слънчева, приливна, геотермална), като се използват екологично чисти възобновяеми природни ресурси. Ще продължи научноизследователската и развойна дейност по създаването и развитието на термоядрени инсталации, термоелектрически, радиоизотопни, термоелектронни, електрохимични генератори и други агрегати. Отделна и много важна област на работа е енергоспестяването на всички видове горива и енергийни ресурси, топлина и електроенергия.

Защо да плащате на енергийните компании за електроенергия всеки месец, когато можете да си осигурите собствена енергия? Все повече хора по света разбират тази истина. И така днес ще говорим за 8 необичайни алтернативни източника на енергия за дома, офиса и свободното време.

Слънчеви панели в прозорци

Слънчевите панели са най-широко използваният алтернативен източник на енергия в дома днес. Традиционно те се монтират на покривите на частни къщи или в дворове. Но наскоро стана възможно тези елементи да се поставят директно в прозорците, което прави възможно използването на такива батерии дори за собственици на обикновени апартаменти във високи сгради.

В същото време вече се появиха решения, които позволяват създаването на слънчеви панели с високо ниво на прозрачност. Именно тези енергийни елементи трябва да се монтират в прозорците на жилищните помещения.

Например прозрачни слънчеви панели са разработени от специалисти от Мичиганския държавен университет. Тези елементи пропускат 99 процента от светлината, преминаваща през тях, но в същото време имат ефективност от 7%.

Uprise създаде необичайна вятърна турбина с висока мощност, която може да се използва както у дома, така и в индустриален мащаб. Тази вятърна мелница се намира в ремарке, което може да движи SUV или кемпер.

Когато сте сгънати с турбината Uprise, можете да шофирате по обществени пътища. Но когато се разгъне, тя се превръща в пълноценна вятърна мелница с височина петнадесет метра и мощност 50 kW.

Uprise може да се използва, докато пътувате в кемпер, за да осигурите захранване на отдалечени обекти или обикновени частни жилища. Инсталирайки тази турбина в двора си, нейният собственик може дори да продава излишната електроенергия на съседите.

Makani Power е проект на едноименната компания, която наскоро премина под контрола на полусекретна лаборатория за иновации. Идеята на тази технология е едновременно проста и гениална. Говорим за малко хвърчило, което може да лети на височина до един километър и да генерира електричество.

Самолетът Makani Power е оборудван с вградени вятърни турбини, които ще работят активно на височина, където скоростта на вятъра е значително по-голяма, отколкото на нивото на земята. Получената енергия в този случай се предава по кабела, свързващ хвърчилото с базовата станция.

Енергията ще се генерира и от движенията на самия самолет Makani Power. Издърпвайки кабела под силата на вятъра, това хвърчило ще завърти динамото, вградено в базовата станция.

С помощта на Makani Power е възможно да се осигури енергия както за частни домове, така и за отдалечени съоръжения, където е непрактично да се инсталира традиционен електропровод.

Съвременните слънчеви панели все още имат много ниска ефективност. Следователно, за да се получат високи нива на производство от тях, е необходимо да се покрият доста големи пространства с панели. Но технологията, наречена Betaray, ви позволява да увеличите ефективността около три пъти.

Betaray е малка инсталация, която може да се постави в двора на частна къща или на покрива на многоетажна сграда. Базира се на прозрачна стъклена сфера с диаметър малко по-малък от един метър. Той акумулира слънчева светлина и я фокусира върху сравнително малък фотоволтаичен панел. Максималната ефективност на тази технология има зашеметяващо високо шоу от 35 процента.

В същото време самата инсталация на Betaray е динамична. Той автоматично се настройва спрямо позицията на слънцето в небето, за да работи с максимален капацитет по всяко време. И дори през нощта тази батерия генерира електричество, като преобразува светлината от луната, звездите и уличните светлини.

Датско-исландският художник Олафур Елиасон стартира необичаен проект, наречен Little Sun, който съчетава креативност, технологии и социалната ангажираност на успешните хора към хората в неравностойно положение. Говорим за малко устройство под формата на слънчогледово цвете, което през деня се изпълва с енергия от слънчева светлина, за да донесе светлина в най-тъмните кътчета на планетата вечер.

Всеки може да дари пари, за да се появи соларната лампа Малкото слънце в живота на семейство от страна от Третия свят. Лампите Little Sun позволяват на децата от бедните квартали и отдалечените села да посвещават вечерите на учене или четене, без които успехът в съвременното общество е невъзможен.

Малките слънчеви лампи можете да закупите и за себе си, което ги прави част от собствения ви живот. Тези устройства могат да се използват при излизане сред природата или за създаване на невероятна вечерна атмосфера на открито.

Много скептици се смеят на спортистите, като твърдят, че силите, изразходвани от тях по време на тренировка, могат да се използват за генериране на електричество. Създателите продължиха с това мнение и създадоха първия в света набор от външни симулатори, всеки от които е малка електроцентрала.

Първата спортна площадка Green Heart се появи през ноември 2014 г. в Лондон. Електричеството, което любителите на упражненията генерират на него, може да се използва за зареждане на мобилни устройства: смартфони или таблети.

Сайтът Green Heart изпраща излишната енергия към местните електрически мрежи.

Парадоксално е, че дори децата могат да бъдат принудени да произвеждат „зелена“ енергия. В края на краищата те никога не са склонни да правят нещо, някак да играят и да се забавляват. Ето защо холандски инженери създадоха необичайна люлка, наречена Giraffe Street Lamp, която използва неспокойствието на децата в процеса на генериране на електричество.

Люлката Giraffe Street Lamp генерира енергия, когато се използва по предназначение. Люлеейки се в седалката, деца или възрастни стимулират динамото, вградено в този дизайн.

Разбира се, получената електроенергия не е достатъчна за пълното функциониране на частна жилищна сграда. Но енергията, натрупана през деня на игрите, е напълно достатъчна, за да работи с не много мощна улична лампа за няколко часа след здрач.

Мобилният оператор Vodafone осъзнава, че печалбата му се увеличава, когато телефоните на клиентите работят денонощно, а самите им собственици не се притесняват къде да намерят контакт, за да заредят батериите на джаджата си. Ето защо тази компания спонсорира разработването на необичайна технология, наречена Power Pocket.

Устройствата, базирани на технологията Power Pocket, трябва да са възможно най-близо до човешкото тяло, за да използват топлината му за генериране на електричество за битови нужди.

В момента на базата на технологията Power Pocket са създадени два практични продукта: шорти и спален чувал. Те бяха тествани за първи път по време на фестивала на остров Уайт през 2013 г. Опитът се оказа успешен, една нощ на човек в такъв спален чувал беше достатъчна, за да зареди батерията на смартфона с около 50 процента.

В този преглед говорихме само за онези алтернативни източници на енергия, които могат да се използват за битови нужди: у дома, в офиса или по време на почивка. Но все още има много необикновени съвременни „зелени“ технологии, разработени за използване в индустриален мащаб. Можете да прочетете за тях в ревюто.

Ограничените запаси от изкопаеми горива и глобалното замърсяване на околната среда принудиха човечеството да търси възобновяеми алтернативни източници на такава енергия, така че вредата от нейната преработка да е минимална при приемлива цена на производство, преработка и транспорт на енергийните ресурси.

Съвременните технологии позволяват използването на налични алтернативни енергийни ресурси, както в планетарен мащаб, така и в рамките на електрическата мрежа на апартамент или частна къща.

Бурното развитие на живота в продължение на няколко милиарда години ясно доказва снабдяването на Земята с енергийни източници. Слънчевата светлина, топлината на вътрешността и химическият потенциал позволяват на живите организми да извършват множество енергийни обмени, съществуващи в среда, създадена от физични фактори - температура, налягане, влажност, химичен състав.

Кръговратът на материята и енергията в природата

Икономически критерии за алтернативни енергийни източници

От древни времена човекът използва енергията на вятъра като двигател за кораби, което позволява развитието на търговията. Възобновяемите горива, произведени от мъртви растения и човешки отпадъци, са били източник на топлина за готвене и получаване на първите метали. Енергията на водната капка задвижваше воденичните камъни. В продължение на хиляди години това са основните видове енергия, които днес наричаме алтернативни източници.

С развитието на геологията и технологиите за добив на подпочвените земи стана по-икономически изгодно да се извличат въглеводороди и да се изгарят, за да се генерира енергия според нуждите, вместо буквално да се чака времето край морето, надявайки се на успешно съвпадение на течения, посока на вятъра и облачност.

Нестабилността и променливостта на метеорологичните условия, както и относителната евтиност на двигателите с изкопаеми горива, наложиха напредък към използването на енергия от недрата на земята.

Диаграма, показваща съотношението на потреблението на изкопаеми и възобновяеми енергийни източници

Усвоен и преработен от живите организми, въглеродният диоксид, който е бил в дълбините в продължение на милиони години, отново се връща в атмосферата при изгарянето на изкопаеми въглеводороди, което е източник на парниковия ефект и глобалното затопляне. Благосъстоянието на бъдещите поколения и крехкият баланс на екосистемата принуждават човечеството да преразгледа икономическите показатели и да използва алтернативни форми на енергияЗащото здравето е най-ценното нещо.

Съзнателното използване на възобновяеми от природата алтернативни енергийни източници става популярно, но както и преди преобладават икономическите приоритети. Но в селска къща или селска къща използването на алтернативни източници на електричество и топлина може да бъде единственият рентабилен вариант за получаване на енергия, ако инсталирането, свързването и инсталирането на захранващи линии се окажат твърде скъпи.

Осигуряване на къща, отдалечена от цивилизацията, с минимално необходимо количество електроенергия чрез слънчеви панели и вятърен генератор

Възможности за използване на алтернативни форми на енергия

Докато учените изследват нови посоки и разработват технологии за студен синтез, домашните майстори могат да използват следните алтернативни източници на енергия за дома:

• Слънчева светлина;
• Вятърна енергия;
• биологичен газ;
• температурна разлика;

Според алтернативните видове възобновяема енергия има готови решения, които са успешно въведени в масово производство. Например слънчеви панели, вятърни турбини, инсталации за биогаз и термопомпи с различен капацитет могат да бъдат закупени заедно с доставка и монтаж, за да имате свои собствени алтернативни източници на електроенергия и топлина за частен дом.

Комерсиално произведен слънчев панел, монтиран на покрива на частна къща

Всеки отделен случай трябва да има собствен план за осигуряване на битови електроуреди с източници на алтернативна електрическа енергия, съобразно нуждите и възможностите. Например, за захранване на лаптоп, таблет, зареждане на телефон, можете да използвате източник на 12 V и преносими адаптери. Това напрежение, с достатъчно количество енергия на батерията, ще бъде достатъчно за светене.

Слънчевите панели и вятърните турбини трябва да зареждат батериите поради променливостта на осветлението и силата на вятърната енергия. С увеличаване на мощността на алтернативните източници на електроенергия и обема на батериите, енергийната независимост на автономното захранване се увеличава. Ако е необходимо да свържете електрически уреди, работещи от 220 V към алтернативен източник на електроенергия, тогава приложете преобразуватели на напрежение.

Диаграма, илюстрираща захранването на домакински електроуреди от батерии, заредени от вятърен генератор и слънчеви панели

Алтернативна слънчева енергия

У дома е почти невъзможно да се създадат слънчеви клетки, така че дизайнерите на алтернативни източници на енергия използват готови компоненти, сглобявайки генериращи структури, постигайки необходимата мощност. Свързването на фотоклетките последователно увеличава изходното напрежение на получения източник на електричество, а свързването на сглобените вериги паралелно дава по-голям общ ток на сглобяване.

Схема на свързване на фотоклетки в монтажа

Можете да се съсредоточите върху интензивността на енергията на слънчевата радиация - това е около един киловат на квадратен метър. Трябва да вземете предвид и ефективността на слънчевите панели - в момента тя е приблизително 14%, но тече интензивна разработка за повишаване на ефективността на слънчевите генератори. Изходната мощност зависи от интензитета на излъчване и ъгъла на падане на лъчите.

Можете да започнете с малко - да закупите един или повече малки слънчеви панели и да имате източник на алтернативна електроенергия в страната в количество, необходимо за зареждане на смартфон или лаптоп, за да имате достъп до глобалния интернет. Чрез измерване на ток и напрежение те изучават обема на потреблението на енергия, като отчитат перспективата за по-нататъшно разширяване на използването на алтернативни източници на енергия.

Монтаж на допълнителни соларни панели на покрива на къщата

Трябва да се помни, че слънчевата светлина също е източник на топлинно (инфрачервено) лъчение, което може да се използва за загряване на охлаждащата течност без допълнително преобразуване на енергия в електричество. Този алтернативен принцип се прилага в слънчеви колектори, където с помощта на рефлектори инфрачервеното лъчение се концентрира и прехвърля от охлаждащата течност към отоплителната система.

Слънчев колектор като част от отоплителна система на дома

Алтернативна вятърна енергия

Най-лесният начин да изградите сами вятърна турбина е да използвате автомобилен генератор. За да се увеличи скоростта и напрежението на източника на алтернативна електроенергия (ефективността на генерирането на електрическа енергия), трябва да се използва скоростна кутия или ремъчно задвижване. Обяснението на всички видове технологични нюанси е извън обхвата на тази статия - трябва да изучите принципите на аеродинамиката, за да разберете процеса на преобразуване на скоростта на потока от въздушни маси в алтернативно електричество.

В началния етап на проучване на перспективите за преобразуване на възобновяеми източници на алтернативна вятърна енергия в електричество, трябва да изберете дизайна на вятърната мелница. Най-често срещаните конструкции са витлото с хоризонтална ос, роторът на Savonius и турбината на Darrieus. Витлото с три остриета като източник на алтернативна енергия е най-често срещаният вариант за домашно приготвяне.

Разновидности на турбини Darier

При проектирането на лопатките на витлото ъгловата скорост на въртене на вятърната мелница е от голямо значение. Съществува така нареченият КПД на витлото, който зависи от скоростта на въздушния поток, както и от дължината, сечението, броя и ъгъла на атака на лопатките.

Като цяло тази концепция може да се разбира по следния начин - при слаб вятър дължината на лопатките с най-успешния ъгъл на атака няма да бъде достатъчна за постигане на максимална ефективност на генерирането на енергия, но с многократно усилване на потока и увеличаване в ъгловата скорост ръбовете на лопатките ще изпитват прекомерно съпротивление, което може да ги повреди.

Сложният профил на перката на вятърна мелница

Следователно дължината на лопатките се изчислява въз основа на средната скорост на вятъра, плавно променяйки ъгъла на атака спрямо разстоянието от центъра на витлото. За да се предотврати счупване на лопатките при бурен вятър, проводниците на генератора са съединени накъсо, което не позволява на витлото да се върти. За приблизителни изчисления, един киловат алтернативно електричество може да се вземе от трилопатно витло с диаметър 3 метра при средна скорост на вятъра 10m/s.

За създаване на оптимален профил на острието е необходимо компютърно моделиране и CNC машина. У дома занаятчиите използват импровизирани материали и инструменти, опитвайки се да пресъздадат чертежите на алтернативни източници на вятърна енергия възможно най-точно. Като материали се използват дърво, метал, пластмаса и др.

Домашно витло на вятърна турбина, изработено от дърво и метална плоча

За генериране на електричество мощността на автомобилен генератор може да не е достатъчна, така че занаятчиите правят генериращи електрически машини със собствените си ръце или преработват електрически двигатели. Най-популярният дизайн на алтернативен източник на електроенергия е ротор с редуващи се неодимови магнити и статор с намотки.

Домашни генераторни ротори
Статор с намотки за домашен генератор

Алтернативна енергия Биогаз

Биогазът като източник на енергия се получава основно по два начина – това е пиролизаи анаеробно (без кислород) разлагане на органични вещества. Пиролизата изисква ограничено снабдяване с кислород за поддържане на реакционната температура, докато се отделят горими газове: метан, водород, въглероден оксид и други съединения: въглероден диоксид, оцетна киселина, вода, остатъци от пепел. Като източник за пиролиза горивата с високо съдържание на смола са най-подходящи. Видеото по-долу показва визуална демонстрация на отделянето на горими газове от дървесината при нагряване.

За синтеза на биогаз от отпадъчни продукти на организми се използват метанетанки с различни конструкции. Има смисъл да инсталирате метантанк у дома със собствените си ръце, ако в домакинството има кокошарник, кочина и говеда. Основният изходен газ е метан, но голямото количество сероводород и други примеси от органични съединения изисква използването на пречиствателни системи за отстраняване на миризми и предотвратяване на запушване на горелките в топлинните генератори или замърсяване на пътищата за гориво на двигателя.

Необходимо е задълбочено проучване на енергията на химичните процеси, технологиите с постепенен набор от опит, преминали през пътя на проба и грешка, за да се получи горим биологичен газ с приемливо качество на изхода на източника.

Независимо от произхода, след почистване сместа от газове се подава в генератор на топлина (котел, печка, горелка на печка) или в карбуратора на бензинов генератор - по този начин се получава пълноценна алтернативна енергия със собствена ръце. С достатъчна мощност на газовите генератори е възможно не само да се осигури къщата с алтернативна енергия, но и да се осигури работата на малко производство, както е показано във видеото:

Топлинни машини за пестене и получаване на алтернативна енергия

Термопомпинамират широко приложение в хладилници и климатици. Беше забелязано, че отнема няколко пъти по-малко енергия за преместване на топлина, отколкото за нейното генериране. Следователно студената вода от кладенец има топлинен потенциал спрямо мразовито време. Понижавайки температурата на течаща вода от кладенец или от дълбините на незамръзващо езеро, термопомпите отнемат топлината и я пренасят към отоплителната система, като същевременно постигат значителни икономии на електроенергия.

Пестене на енергия с термопомпа

Друг вид топлинен двигател е двигателят на Стърлинг, задвижван от енергията на температурната разлика в затворена система от цилиндри и бутала, разположени на коляновия вал под ъгъл от 90º. Въртенето на коляновия вал може да се използва за генериране на електричество. В мрежата има много материали от надеждни източници, които обясняват подробно принципа на работа на двигателя на Стърлинг и дори дават примери за домашно направени проекти, както във видеото по-долу:

За съжаление домашните условия не ви позволяват да създадете двигател на Стърлинг с параметри на енергийна мощност, по-високи от тези на забавна играчка или демонстрационен стенд. За да се получи приемлива мощност и ефективност, се изисква работният газ (водород или хелий) да бъде под високо налягане (200 атмосфери или повече). Подобни топлинни двигатели вече се използват в слънчеви и геотермални електроцентрали и започват да се въвеждат в частния сектор.

Стърлингов двигател във фокуса на параболично огледало

За да получите най-стабилното и независимо електричество в селска къща или в частна къща, ще трябва да комбинирате няколко алтернативни източника на енергия.

Иновативни идеи за създаване на алтернативни източници на енергия

Нито един познавач няма да може да обхване напълно целия набор от възможности на възобновяемата алтернативна енергия. Алтернативни източници на енергия има буквално във всяка жива клетка. Например водораслите хлорела отдавна са известни като източник на протеин в храната за риби.

Провеждат се експерименти за отглеждане на хлорела в безтегловност, за използване като храна за астронавти по време на дълги космически полети в бъдеще. Енергийният потенциал на водорасли и други прости организми се изучава за синтеза на горими въглеводороди.

Натрупване на слънчева светлина в живи клетки на хлорела, отглеждани в промишлени предприятия

Трябва да се има предвид, че все още не е изобретен преобразувател и акумулатор на слънчева светлина, по-добър от флуоропластиката на жива клетка. Следователно потенциални възобновяеми източници на алтернативно електричество са налични във всеки зелен лист, който внедрява фотосинтеза.

Основната трудност е да се събере органичен материал, като се използват химични и физични процеси, за да се получи енергия от там и да се преобразува в електричество. Още сега големи площи земеделска земя са разпределени за отглеждане на алтернативни енергийни култури.

Прибиране на Мискантус - енергийна земеделска култура

Атмосферното електричество може да служи като друг колосален източник на алтернативна енергия. Енергията на мълнията е огромна и има разрушителни ефекти, а за защита срещу тях се използват гръмоотводи.

alt Трудностите при ограничаването на енергийния потенциал на мълнията и атмосферното електричество са във високото напрежение и ток на разряда за много кратко време, което налага създаването на многостъпални системи от кондензатори за натрупване на заряд и след това използване на съхранената енергия. Статичното атмосферно електричество също има добри перспективи.