Nākotnes enerģija: realitāte un fantāzija. Alternatīvie enerģijas avoti

Mūsdienās visa pasaule tiek nodrošināta ar elektrību, sadedzinot ogles un gāzi (fosilo kurināmo), izmantojot ūdens plūsmu un kontrolējot kodolreakciju. Šīs pieejas ir diezgan efektīvas, taču nākotnē no tām būs jāatsakās, pievēršoties tādam virzienam kā alternatīvā enerģija.

Liela daļa šīs vajadzības ir saistīta ar to, ka fosilais kurināmais ir ierobežots. Turklāt tradicionālās elektroenerģijas ražošanas metodes ir viens no vides piesārņojuma faktoriem. Tāpēc pasaulei ir vajadzīga "veselīga" alternatīva.

Mēs piedāvājam savu versiju netradicionālo enerģijas ražošanas veidu TOPam, kas nākotnē var kļūt par aizvietotāju tradicionālajām elektrostacijām.

7. vieta. Sadalītā enerģija

Pirms apsvērt alternatīvos enerģijas avotus, analizēsim vienu interesantu koncepciju, kas nākotnē var mainīt energosistēmas struktūru.

Mūsdienās elektroenerģiju ražo lielajās stacijās, nodod sadales tīklos un piegādā mums mājās. Izkliedētā pieeja nozīmē pakāpenisku centralizētas elektroenerģijas ražošanas noraidīšana. To var panākt, veidojot mazus enerģijas avotus tiešā patērētāja vai patērētāju grupas tuvumā.

Kā enerģijas avotus var izmantot:

• mikroturbīnu spēkstacijas;
• gāzes turbīnu spēkstacijas;
• tvaika katli;
• saules paneļi;
• vējdzirnavas;
• siltumsūkņi utt.

Šādas mini elektrostacijas mājai tiks pieslēgtas kopējam tīklam. Tur plūdīs enerģijas pārpalikums, un nepieciešamības gadījumā elektrotīkls spēs kompensēt jaudas trūkumu, piemēram, kad mākoņainā laika dēļ saules paneļi darbosies sliktāk.

Taču šīs koncepcijas īstenošana šodien un tuvākajā nākotnē ir maz ticama, ja runājam par globālo mērogu. Tas galvenokārt ir saistīts ar augstajām izmaksām, pārejot no centralizētas uz sadalītu enerģiju.

6. vieta. Pērkona negaisa enerģija

Kāpēc ražot elektrību, ja to var vienkārši "noķert" no zila gaisa? Vidēji viens zibens spēriens ir 5 miljardi J enerģijas, kas atbilst 145 litru benzīna sadedzināšanai. Teorētiski zibens spēkstacijas dažkārt samazinās elektroenerģijas izmaksas.

Viss izskatīsies šādi: stacijas atrodas reģionos ar paaugstinātu pērkona negaisa aktivitāti, "vāc" izlādes un uzkrāj enerģiju. Pēc tam enerģija tiek ievadīta tīklā. Noķert zibeni var ar milzu zibensnovedēju palīdzību, taču galvenā problēma paliek – uzkrāt pēc iespējas vairāk zibens enerģijas sekundes daļā. Pašreizējā posmā superkondensatori un sprieguma pārveidotāji ir neaizstājami, taču nākotnē var parādīties smalkāka pieeja.

Ja mēs runājam par elektrību "no gaisa", mēs nevaram atcerēties brīvās enerģijas veidošanās piekritējus. Piemēram, Nikola Tesla savulaik it kā demonstrēja ierīci elektriskās strāvas iegūšanai no ētera automašīnas darbināšanai.

5. vieta. Atjaunojamās degvielas dedzināšana

Ogļu vietā spēkstacijās var sadedzināt tā saukto " biodegviela ". Tās ir pārstrādātas augu un dzīvnieku izejvielas, organismu atkritumi un daži organiskas izcelsmes rūpnieciskie atkritumi. Kā piemērus var minēt parasto malku, šķeldu un biodīzeļdegvielu, ko var atrast degvielas uzpildes stacijās.

Enerģētikas sektorā visbiežāk izmanto šķeldu. To savāc mežizstrādes vai kokapstrādes laikā. Pēc slīpēšanas to saspiež degvielas granulās un šādā veidā nosūta uz termoelektrostacijām.

Līdz 2019. gadam Beļģijā būtu jāpabeidz lielākās elektrostacijas, kas darbosies ar biodegvielu, celtniecība. Saskaņā ar prognozēm tai būs jāsaražo 215 MW elektroenerģijas. Tas ir pietiekami 450 000 māju.

Interesants fakts! Daudzās valstīs tiek kultivēts tā sauktais "enerģijas mežs" - koki un krūmi, kas vislabāk atbilst enerģijas vajadzībām.

Vai alternatīvā enerģija attīstīsies biodegvielas virzienā, pagaidām maz ticams, jo ir daudz perspektīvāki risinājumi.

4. vieta. Paisuma un viļņu spēkstacijas

Tradicionālās hidroelektrostacijas darbojas pēc šāda principa:

1. Ūdens spiediens tiek piegādāts turbīnām.
2. Turbīnas sāk griezties.
3. Rotācija tiek pārsūtīta uz ģeneratoriem, kas ražo elektroenerģiju.

Hidroelektrostacijas celtniecība ir dārgāka par termoelektrostaciju un iespējama tikai vietās ar lielām ūdens enerģijas rezervēm. Taču galvenā problēma ir ekosistēmu nodarītie bojājumi, ko rada nepieciešamība būvēt dambjus.

Paisuma spēkstacijas darbojas pēc līdzīga principa, bet izmantot bēgumu un plūsmu spēku, lai radītu enerģiju.

"Ūdens" alternatīvās enerģijas veidi ietver tādu interesantu virzienu kā viļņu enerģija. Tās būtība ir saistīta ar elektroenerģijas ražošanu, izmantojot okeāna viļņu enerģiju, kas ir daudz augstāka nekā plūdmaiņu enerģija. Mūsdienās jaudīgākā viļņu spēkstacija ir Pelamis P-750 , kas saražo 2,25 MW elektroenerģijas.

Šūpojoties uz viļņiem, šie milzīgie konvektori ("čūskas") izliecas, kā rezultātā iekšā sāk kustēties hidrauliskie virzuļi. Viņi sūknē eļļu caur hidrauliskajiem motoriem, kas savukārt ieslēdz elektriskos ģeneratorus. Iegūtā elektroenerģija tiek nogādāta krastā caur kabeli, kas ir novietots gar apakšā. Nākotnē konvektoru skaits tiks palielināts un stacija varēs ģenerēt līdz 21 MW.

3. vieta. Ģeotermālās stacijas

Alternatīvā enerģija ir labi attīstīta ģeotermālajā virzienā. Ģeotermālās stacijas ražo elektroenerģiju, faktiski pārveidojot zemes enerģiju vai, pareizāk sakot, pazemes avotu siltumenerģiju.

Ir vairāki šādu spēkstaciju veidi, taču visos gadījumos to pamatā ir viens un tas pats darbības princips: tvaiki no pazemes avota paceļas pa aku un rotē turbīnu, kas savienota ar elektrisko ģeneratoru. Mūsdienās izplatīta prakse ir, kad ūdens tiek iesūknēts pazemes rezervuārā lielā dziļumā, kur tas augstas temperatūras ietekmē iztvaiko un zem spiediena tvaika veidā nonāk turbīnās.

Ģeotermālās enerģijas vajadzībām vislabāk piemēroti apgabali ar lielu skaitu geizeru un atvērtiem termālajiem avotiem, kas tiek uzkarsēti vulkāniskās aktivitātes dēļ.

Tātad Kalifornijā ir vesels ģeotermālais komplekss ar nosaukumu " Geizeri ". Tas apvieno 22 stacijas, kas ražo 955 MW. Enerģijas avots šajā gadījumā ir magmas kamera ar diametru 13 km 6,4 km dziļumā.

2. vieta. vēja ģeneratori

Vēja enerģija ir viens no populārākajiem un perspektīvākajiem elektroenerģijas ražošanas avotiem.

Vēja ģeneratora darbības princips ir vienkāršs:

• asmeņi griežas vēja spēka ietekmē;
• rotācija tiek pārsūtīta uz ģeneratoru;
• ģenerators ražo maiņstrāvu;
• Iegūtā enerģija parasti tiek uzkrāta baterijās.

Vēja ģeneratora jauda ir atkarīga no lāpstiņu laiduma un tā augstuma. Tāpēc tie tiek uzstādīti atklātās vietās, laukos, kalnos un piekrastes zonā. Visefektīvāk darbojas iekārtas ar 3 asmeņiem un vertikālu rotācijas asi.

Interesants fakts! Patiesībā vēja enerģija ir sava veida saules enerģija. Tas izskaidrojams ar to, ka vēji rodas zemes atmosfēras un virsmas nevienmērīgas sasilšanas dēļ ar saules stariem.

Lai izgatavotu vējdzirnavas, nav nepieciešamas dziļas zināšanas inženierzinātnēs. Tātad daudzi amatnieki varētu atļauties atslēgties no vispārējā elektrotīkla un pāriet uz alternatīvo enerģiju.

Vestas V-164 ir mūsdienu jaudīgākā vēja turbīna. Tas ģenerē 8 MW.

Elektroenerģijas ražošanai rūpnieciskā mērogā tiek izmantoti vēja parki, kas sastāv no daudzām vējdzirnavām. Lielākā spēkstacija ir Alta atrodas Kalifornijā. Tā jauda ir 1550 MW.

1 vieta. Saules elektrostacijas (SPP)

Saules enerģijai ir vislielākās izredzes. Saules starojuma pārveidošanas tehnoloģija ar fotoelementu palīdzību gadu no gada attīstās, kļūstot arvien efektīvāka.

Krievijā saules enerģija ir salīdzinoši vāji attīstīta. Tomēr daži reģioni uzrāda izcilus rezultātus šajā nozarē. Ņemsim, piemēram, Krimu, kur darbojas vairākas jaudīgas saules elektrostacijas.

Var attīstīties nākotnē kosmosa enerģija. Šajā gadījumā saules elektrostacijas tiks būvētas nevis uz zemes virsmas, bet gan mūsu planētas orbītā. Šīs pieejas svarīgākā priekšrocība ir tā, ka fotoelektriskie paneļi varēs saņemt daudz vairāk saules gaismas, jo. to netraucēs atmosfēra, laikapstākļi un gadalaiki.

Secinājums

Alternatīvajai enerģijai ir vairākas perspektīvas jomas. Tā pakāpeniska attīstība agrāk vai vēlāk novedīs pie tradicionālo elektroenerģijas ražošanas metožu aizstāšanas. Un nav obligāti, ka visā pasaulē tiks izmantota tikai viena no uzskaitītajām tehnoloģijām. Plašāku informāciju par to skatiet tālāk esošajā videoklipā.

Pēdējos gados alternatīvā enerģija ir kļuvusi par intensīvas intereses un sīvu diskusiju objektu. Apdraudot klimata pārmaiņas un fakts, ka vidējā globālā temperatūra turpina pieaugt katru gadu, dabiski ir pieaugusi vēlme atrast enerģijas veidus, kas samazinātu atkarību no fosilā kurināmā, oglēm un citiem piesārņojošiem procesiem.

Lai gan lielākā daļa jēdzienu nav jauni, tikai pēdējo desmitgažu laikā šis jautājums beidzot ir kļuvis aktuāls. Pateicoties tehnoloģiju un ražošanas uzlabojumiem, vairuma alternatīvās enerģijas veidu izmaksas ir samazinājušās, bet efektivitāte ir palielinājusies. Kas ir alternatīvā enerģija, vienkārši un saprotami izsakoties, un kāda ir iespējamība, ka tā kļūs par galveno?

Acīmredzot joprojām pastāv strīds par to, ko nozīmē "alternatīvā enerģija" un uz ko šī frāze var attiekties. No vienas puses, šo terminu var attiecināt uz enerģijas veidiem, kas neizraisa cilvēces oglekļa pēdas palielināšanos. Tāpēc tas var ietvert kodoliekārtas, hidroelektrostacijas un pat dabasgāzi un "tīras ogles".

No otras puses, šis termins tiek lietots arī, lai apzīmētu to, kas šobrīd tiek uzskatīts par netradicionālām enerģijas metodēm - saules, vēja, ģeotermālo, biomasu un citiem nesenajiem papildinājumiem. Šāda veida klasifikācija neietver tādas enerģijas ieguves metodes kā hidroelektrostacijas, kas pastāv jau vairāk nekā simts gadus un ir diezgan izplatītas dažos pasaules reģionos.

Vēl viens faktors ir tas, ka alternatīvajiem enerģijas avotiem jābūt "tīriem", neradot kaitīgus piesārņotājus. Kā jau minēts, tas visbiežāk nozīmē oglekļa dioksīdu, taču tas var attiekties arī uz citām emisijām - oglekļa monoksīdu, sēra dioksīdu, slāpekļa oksīdu un citiem. Pēc šiem parametriem kodolenerģija netiek uzskatīta par alternatīvu enerģijas avotu, jo tā rada radioaktīvos atkritumus, kas ir ļoti toksiski un ir atbilstoši jāuzglabā.

Tomēr visos gadījumos šis termins tiek lietots, lai apzīmētu enerģijas veidus, kas aizstās fosilo kurināmo un ogles kā dominējošo enerģijas ražošanas veidu nākamajā desmitgadē.

Alternatīvo enerģijas avotu veidi
Stingri sakot, ir daudz alternatīvās enerģijas veidu. Atkal, šeit definīcijas nonāca strupceļā, jo agrāk "alternatīvā enerģija" tika izmantota, lai apzīmētu metodes, kuras netika uzskatītas par būtiskām vai saprātīgām. Bet, ja uztverat definīciju plašā nozīmē, tā ietvers dažus vai visus no šiem punktiem:

Hidroenerģija. Tā ir enerģija, ko rada hidroelektrostaciju aizsprosti, kad krītošs un plūstošs ūdens (upēs, kanālos, ūdenskritumos) iet caur ierīci, kas griež turbīnas un ģenerē elektrību.

Kodolenerģija. Enerģija, kas rodas aizkavētu skaldīšanas reakciju procesā. Urāna stieņi vai citi radioaktīvie elementi uzsilda ūdeni, pārvēršot to tvaikā, un tvaiks pārvērš turbīnas, radot elektrību.

Enerģija, kas tiek iegūta tieši no Saules; (parasti sastāv no silīcija substrāta, kas sakārtots lielos blokos) pārvērš saules starus tieši elektroenerģijā. Dažos gadījumos saules gaismas radītais siltums tiek izmantots arī elektroenerģijas ražošanai, to sauc par saules siltumenerģiju.

Vēja enerģija. Gaisa plūsmas radītā enerģija; milzu vēja turbīnas griežas vēja ietekmē un ražo elektrību.

geotermāla enerģija. Šo enerģiju ģenerē siltums un tvaiks, kas rodas ģeoloģiskās darbības rezultātā zemes garozā. Vairumā gadījumu caurules tiek novietotas zemē virs ģeoloģiski aktīvām zonām, izlaižot tvaiku caur turbīnām, tādējādi radot elektroenerģiju.

Paisuma enerģija. Elektrības ražošanai var izmantot arī plūdmaiņu straumes gar piekrasti. Ikdienas plūdmaiņu izmaiņas izraisa ūdens plūsmu caur turbīnām uz priekšu un atpakaļ. Elektroenerģija tiek ražota un nodota sauszemes elektrostacijām.

Biomasa. Tas attiecas uz degvielu, kas iegūta no augiem un bioloģiskiem avotiem – etanola, glikozes, aļģēm, sēnītēm, baktērijām. Tie varētu aizstāt benzīnu kā degvielas avotu.

Ūdeņradis. Enerģija, kas iegūta no procesiem, kuros iesaistīta ūdeņraža gāze. Tie ietver katalītiskos neitralizatorus, kuros ūdens molekulas tiek sadalītas un rekombinētas elektrolīzes laikā; ūdeņraža degvielas šūnas, kurās gāzi izmanto iekšdedzes dzinēja darbināšanai vai apsildāmas turbīnas pagriešanai; vai kodolsintēze, kurā ūdeņraža atomi saplūst kontrolētos apstākļos, atbrīvojot neticami daudz enerģijas.

Alternatīvie un atjaunojamie enerģijas avoti
Daudzos gadījumos arī alternatīvie enerģijas avoti ir atjaunojami. Tomēr termini nav pilnībā aizstājami, jo daudzi alternatīvo enerģijas avotu veidi ir atkarīgi no ierobežotiem resursiem. Piemēram, kodolenerģija balstās uz urānu vai citiem smagiem elementiem, kas vispirms ir jāiegūst.

Tajā pašā laikā vēja, saules, plūdmaiņu, ģeotermālā enerģija un hidroelektrostacija ir atkarīga no avotiem, kas ir pilnībā atjaunojami. Saules stari ir visbagātākais enerģijas avots no visiem, un, lai gan tos ierobežo laikapstākļi un diennakts laiks, tie ir rūpnieciski neizsmeļami. Arī vējš neatkāpjas, pateicoties spiediena izmaiņām mūsu atmosfērā un Zemes rotācijai.

Attīstība
Šobrīd alternatīvā enerģija vēl piedzīvo savu jaunību. Taču šī aina strauji mainās politiskā spiediena procesu, vispasaules vides katastrofu (sausums, bads, plūdi) un atjaunojamās enerģijas tehnoloģiju uzlabojumu ietekmē.

Piemēram, 2015. gadā pasaules vajadzības joprojām galvenokārt nodrošināja ogles (41,3%) un dabasgāze (21,7%). Hidroelektrostacijas un atomenerģija veidoja attiecīgi 16,3% un 10,6%, savukārt "atjaunojamie enerģijas avoti" (saules, vēja, biomasas u.c.) - tikai 5,7%.

Tas ir daudz mainījies kopš 2013. gada, kad naftas, ogļu un dabasgāzes patēriņš pasaulē bija attiecīgi 31,1%, 28,9% un 21,4%. Kodolenerģija un hidroelektrostacija veidoja 4,8% un 2,45%, bet atjaunojamie avoti veidoja tikai 1,2%.

Turklāt ir pieaudzis starptautisko līgumu skaits, lai ierobežotu fosilā kurināmā izmantošanu un alternatīvu enerģijas avotu attīstību. Piemēram, 2009. gadā Eiropas Savienības parakstītā Atjaunojamās enerģijas direktīva, kas nosaka atjaunojamās enerģijas izmantošanas mērķus visām dalībvalstīm līdz 2020. gadam.

Šis nolīgums būtībā paredz, ka ES līdz 2020. gadam apmierinās vismaz 20 % no kopējām enerģijas vajadzībām, izmantojot atjaunojamo enerģiju un vismaz 10 % no transporta degvielas. 2016. gada novembrī Eiropas Komisija pārskatīja šos mērķus un noteica 27% minimālo atjaunojamās enerģijas patēriņu līdz 2030. gadam.

Dažas valstis ir kļuvušas par līderiem alternatīvās enerģijas attīstībā. Piemēram, Dānijā vēja enerģija nodrošina līdz pat 140% no valsts vajadzības pēc elektroenerģijas; pārpalikumi tiek nosūtīti uz kaimiņvalstīm, Vāciju un Zviedriju.

Īslande, pateicoties tās atrašanās vietai Ziemeļatlantijā un aktīvajiem vulkāniem, jau 2012. gadā panāca 100% atkarību no atjaunojamās enerģijas, apvienojot hidroenerģiju un ģeotermālo enerģiju. 2016. gadā Vācija pieņēma politiku, lai pakāpeniski izbeigtu atkarību no naftas un kodolenerģijas.

Alternatīvās enerģijas ilgtermiņa perspektīvas ir ārkārtīgi pozitīvas. Saskaņā ar Starptautiskās Enerģētikas aģentūras (IEA) 2014. gada ziņojumu fotoelementu saules enerģija un saules siltumenerģija līdz 2050. gadam nodrošinās 27% no pasaules pieprasījuma, padarot to par lielāko enerģijas avotu. Iespējams, pateicoties sintēzes attīstībai, fosilā kurināmā avoti līdz 2050. gadam būs bezcerīgi novecojuši.

Elektrostacijas ir savstarpēji savienotas un piegādā elektroenerģiju reģiona vai valsts energosistēmai. No šīs sistēmas elektroenerģiju saņem dažāda sastāva, jaudas, darbības režīma un citu rādītāju patērētāji. Šāda integrācija energosistēmā ļauj: samazināt elektrostaciju kopējo uzstādīto jaudu; rezerves jauda dažādu veidu staciju iespējamās manevrēšanas dēļ; samazināt kopējo degvielas patēriņu; palielināt elektroapgādes drošumu patērētājiem, pateicoties papildu starpsavienojumiem; palielināt elektroenerģijas ražošanas efektivitāti, optimāli sadalot elektriskās slodzes starp dažāda veida stacijām.

1.14.att.

Elektroenerģijas sistēmai pieslēgtas patērētāju grupas kopējā elektriskā slodze ir atkarīga no daudziem faktoriem: patērētāju sastāva, to jaudas, darbības režīma, izmantotās tehnoloģijas un aprīkojuma, diennakts un gada laika, klimatiskajiem apstākļiem u.c. Aptuvenais rūpnieciskās zonas elektriskās slodzes dienas grafiks ir parādīts 1.14. attēlā. To raksturo nemainīga diennakts (pamata) slodze P3; nedaudz mainīga (puspīķa) slodze no P3 līdz P2; maksimālā slodze P1. Elektroenerģijas sistēmā katrā laika momentā ir jābūt saražotās un patērētās jaudas līdzsvaram (ņemot vērā zudumus). Pretējā gadījumā energosistēmas darbības režīms kopumā un tās atsevišķie elementi var kļūt avārijas stāvoklī līdz pat "sabrukumam", t.i. pilnīga visu elektroenerģijas avotu un patērētāju atvienošana viens no otra. Lai saglabātu spēku līdzsvaru, nepieciešams regulēt, mainīt elektrostacijās saražoto jaudu. Jaudas agregātu dažādā jauda un inerce nosaka noteiktus to izmantošanas modeļus gan no tehniskā, gan ekonomiskā viedokļa. Bāzes slodzi nes jaudīgākās un inerciālākās elektrostacijas - atomelektrostacijas un lielās termoelektrostacijas, valsts rajonu elektrostacijas. Puspīķa slodzi sedz hidroelektrostaciju, sūkņu akumulācijas elektrostaciju un termoelektrostaciju manevrējamie agregāti. Maksimālo slodzi nodrošina hidroģeneratori, GTU, CCGT.

Konkrētais spēkstaciju sastāvs reģionā var daļēji mainīt izskatīto slodzes sadales variantu, taču vispārējie principi paliek nemainīgi.

Alternatīvu enerģijas avotu izmantošana

Iedzīvotāju skaita pieaugums, sabiedrības industriālā un sociālā attīstība prasa būtisku enerģijas ražošanas pieaugumu. Tajā pašā laikā līdz divdesmit pirmā gadsimta vidum akūts organisko enerģijas nesēju trūkums, kas mūsdienās nodrošina aptuveni 80% no visas nepieciešamās enerģijas, kļūs diezgan reāls. Degvielas ieguves un transportēšanas izmaksas nepārtraukti aug, un šis process turpināsies, jo. jaunas atradnes bieži atrodas attālos, grūti sasniedzamos apgabalos, ievērojamā dziļumā. Degvielas cenu kāpums ir saistīts arī ar to, ka nafta, gāze, ogles ir svarīga izejviela daudzām nozarēm, un apgalvojums “dedzināt ar naftu ir tas pats, kas dedzināt ar banknotēm” nezaudē savu aktualitāti.

Tāpēc notiek darbs pie jaunu, alternatīvu enerģijas avotu, tostarp atjaunojamo un videi draudzīgu, veidu atrašanas. Daži no šiem notikumiem ir aplūkoti turpmāk.

Magnetohidrodinamiskās (MHD) iekārtas. Šo iekārtu darbības princips ļauj tieši pārvērst siltumenerģiju elektroenerģijā (1.15. att.). Starp metāla plāksnēm 1, kas atrodas spēcīgā magnētiskajā laukā, tiek izlaista jonizētas gāzes strūkla 2. Saskaņā ar elektromagnētiskās indukcijas likumu tiek inducēts EML, izraisot elektriskās strāvas plūsmu starp elektrodiem ģeneratora kanāla iekšpusē un ārējā ķēdē. Kustīgo daļu neesamība MHD ģeneratorā ļauj sasniegt darba šķidruma temperatūru 2550...2600 0C pie ieplūdes un nodrošināt termiskā cikla efektivitāti 70...75%.

MHD iekārtas var darboties saskaņā ar dažādām shēmām. Viens no variantiem ir ar kodolreaktoru slēgtā ciklā (1.15.b. att.). Darba šķidrums (argons vai hēlijs ar cēzija piedevu) tiek uzkarsēts kodolreaktorā vai augstas temperatūras siltummainī 3 un nonāk MHD kanālā 4, kur kustīgās plazmas siltumenerģija tiek pārvērsta elektroenerģijā. MHD kanālā izvadītās gāzes, kuru temperatūra ir aptuveni 1500 0С, nonāk tvaika ģeneratorā 5, kas nodrošina tvaika turbīnas iekārtas 6 darbību. MHD cikls tiek slēgts caur kompresoru 7, kas atdod gāzi atpakaļ reaktorā. vai uz siltummaini 3.

1.15.att.

a - MHD ģeneratora darbības princips; b - MHD iekārta ar kodolreaktoru.

MHD izmēģinājuma stacijas jauda ir 25 MW. Tehniskās izstrādes stadijā atrodas stacija ar jaudu 500 MW. Šajā procesā ir vairākas grūtības, kas kavē MHD ģeneratoru ieviešanas tempu: magnētisko lauku radīšana ar augstu indukciju; augstas plazmas vadītspējas sasniegšana temperatūrā līdz 2400…2500 0С; karstumizturīgu materiālu izveide; iegūstot maiņstrāvu, kas ir jāapgriež no līdzstrāvas, ko rada MHD iekārta. Neskatoties uz to, MHD ģeneratoru izstrādei un ieviešanai ir diezgan labas izredzes.

kodoltermiskās iekārtas. Šāda veida rūpniecisko iekārtu izveide var gandrīz pilnībā atrisināt vajadzīgā enerģijas daudzuma iegūšanas problēmu. Deitērija un tritija izotopu, sākotnējās kodoltermisko reaktoru degvielas, piegāde uz Zemes ir praktiski neierobežota. Kodoltermiskās reakcijas procesā izdalās milzīga enerģija. Tas notiek uz Saules, kā arī ūdeņraža bumbas sprādzienā. Lai kontrolētu šādu procesu, jāparedz vairāki nosacījumi: degvielas blīvums vismaz 1015 serdeņi uz 1 cm3; temperatūra 100 ... 500? 106 grādi. Šis degvielas stāvoklis ir jāsaglabā sekundes daļās.

PSRS, ASV un Japānā intensīvi tika strādāts pie termokodolreaktora izveides. Atsevišķi pozitīvi rezultāti tika iegūti, piemēram, TOKOMAK instalācija Atomenerģijas institūtā. I. V. Kurčatovs. Tomēr tehniskas un zinātniskas problēmas vēl nav ļāvušas izveidot reālu rūpniecisku kodoltermisko iekārtu.

Saules elektrostacijas. Zeme ik gadu no Saules saņem 1017 W enerģijas, kas ir 20 000 reižu vairāk nekā pašreizējais patēriņa līmenis. Dabisks ir saules enerģijas pārvēršana siltumenerģijā. Šādas iekārtas cilvēki ir izmantojuši kopš seniem laikiem. Ir zināms arī diezgan vienkāršs veids, kā saules enerģiju pārvērst elektroenerģijā - izmantojot fotoelementus. Tāpēc darbs pie saules elektrostaciju (SPP) izveides tiek veikts daudzās valstīs. Īpaši svarīga ir šāda energoresursa ekoloģiskā tīrība un atjaunojamība. Rezultātā pēdējo 50 gadu laikā ASV, Austrālijā, Itālijā, Okeānijā un citos klimatiski piemērotos reģionos ir uzbūvēti desmitiem SELS. PSRS tika uzbūvēta Krimas SPP ar jaudu 5 MW, projektēta stacija Vidusāzijā ar kopējo jaudu 200 MW.

Taču būtiskas grūtības ir saules elektrostaciju izveidē un izmantošanā, kas vēl neļauj saules elektrostacijām pilnībā konkurēt ar termoelektrostacijām un hidroelektrostacijām. Tā ir saules starojuma nekonsekvence pēc diennakts laika, gada un atkarībā no laika apstākļiem; zems radiācijas blīvums Zemes virsmas tuvumā; esošo fotoelementu nepietiekamie tehniskie parametri un to iznīcināšanas sarežģītība. SELS instalāciju efektivitāte šobrīd ir aptuveni 15%, un ievērojamu jaudu iegūšana ir saistīta ar iekārtu izvietošanu lielās desmitiem kvadrātkilometru platībās un atbilstošu materiālu patēriņu. Tomēr darbs pie SELS uzlabošanas turpinās.

Ģeotermālās stacijas (GeoTES). Šādas stacijas kā enerģijas avotu izmanto zemes iekšpuses siltumu. Galvenie ģeotermālo spēkstaciju veidi darbojas ar karstu ūdeni zem spiediena, uz ūdens ar tvaiku, ar sausu tvaiku vai gāzi (petrotermiskā enerģija).

Vidēji uz katriem 30 ... 40 m dziļi Zemē temperatūra paaugstinās par 1 0С un 10 ... 15 kilometru dziļumā sasniedz 1000 - 1200 0С. Dažās planētas daļās tiešā virsmas tuvumā temperatūra ir diezgan augsta. Šajās vietās spēcīgi karstie pazemes ūdeņi, tvaiki, gāzes pukst. Šeit var ievietot GeoTPP. Piemēram, ASV Geizeru ielejā GeoTPP kopējā jauda ir 900 MW, Lardello GeoTPP Itālijā ar jaudu 420 MW, bet Wairaket stacijas Jaunzēlandē – 290 MW. Diezgan jaudīgi GeoTPP darbojas Meksikā, Japānā, Islandē un citās valstīs. Krievijas GeoTPP Kamčatkā ir 5 MW jauda.

Ekoloģiskā tīrība, Zemes siltumenerģijas atjaunojamība, pietiekama dizaina vienkāršība ir neapšaubāmas GeoTPP priekšrocības.

Ģeotermālo staciju trūkumi ir stingra saistība ar siltuma izdalīšanas vietu uz Zemes virsmu un ierobežoti darba šķidruma parametri spiediena un temperatūras ziņā.

Paisuma spēkstacijas (TPP). Mūsdienu PES izmanto paisuma un bēguma fāzi, to vienības (turbīnas) ir atgriezeniskas un darbojas, kad ūdens virzās no jūras uz līci un otrādi (1.16. att.). Šādas iekārtas var darboties turbīnas un sūknēšanas režīmā.

TES darbojas Krievijā (Kislogubskaya, 400 kW), Japānā, Francijā un citās valstīs. Jaudīgākā TES atrodas Ransas upes grīvā Francijā - 240 MW.

1.16.att.

a - skats no augšas; b - sagriezts

VGP - plūdmaiņas augstākais horizonts; VGO - bēguma augstākais horizonts

Paisuma un bēguma enerģija ir videi draudzīga, atjaunojama, nemainīga gada un ilgtermiņā, tomēr Mēness mēneša laikā tā ievērojami atšķiras un izmantojama tikai noteiktos ģeogrāfiskos punktos jūru un okeānu piekrastē, ja ir pieejams nepieciešamais atvieglojums.

Spēkstacijas, kas izmanto jūras enerģiju. Jūru un okeānu viļņu, straumju, temperatūras un sāļuma gradientu enerģiju var pārvērst elektriskajā enerģijā. Ir izstrādāti un pārbaudīti vairāku veidu pārveidotāju instalācijas. Piemēram, 80 MW Coriolis turbīna ir paredzēta iekārtām, kas izmanto okeāna straumes.

Vēja elektrostacijas (VES). Cilvēks vienmēr ir izmantojis vēja enerģiju. Šīs enerģijas pārvēršana elektroenerģijā būtībā ir ļoti vienkārša. Jau pagājušā gadsimta 20. gados PSRS tika uzbūvēta Kurskas VES ar jaudu 8 kW. Pasaulē lielākā iekārta ar 1050 kW jaudu vienā blokā ASV darbojas kopš 1941. gada.

Tomēr ar zināmām priekšrocībām (vides tīrība, atjaunojamība, vienkāršība un zemas izmantošanas izmaksas) vēja enerģijai ir arī būtiski trūkumi, kas ierobežo vēja parku būvniecību. Tas ir liels nevienmērīgs vēja enerģijas blīvums, atkarība no ģeogrāfiskiem, klimatiskajiem, meteoroloģiskajiem faktoriem uc Līdz ar to šobrīd ierobežotas jaudas vēja parki vietējai lietošanai ir ekonomiski pamatoti.

Elektrostaciju attīstības dinamikas perspektīvas

Pasaules un iekšzemes enerģētikas attīstības dinamika liecina, ka tuvākajā nākotnē esošais līdzsvars starp termoelektrostacijām, atomelektrostacijām un hidroelektrostacijām aptuveni saglabāsies. Prioritāte tiks dota gāzes-ogļu stratēģijai, un mazuta izmantošana TEC samazināsies. Pasaules enerģijas cenas, kuras ietekmē daudzi faktori, spēj pielāgot šo stratēģiju dažādās pakāpēs un dažādos laika intervālos.

CCGT un GTU tiks tālāk attīstīti. No salīdzinoši jaunajām prioritārajām jomām ir MHD instalācijas.

Tiks attīstīta netradicionālā enerģija (saules, plūdmaiņu, ģeotermālā), izmantojot videi draudzīgus atjaunojamos dabas resursus. Turpināsies izpētes un izstrādes darbs pie kodoltermisko iekārtu, termoelektrisko, radioizotopu, termoelektrisko, elektroķīmisko ģeneratoru un citu agregātu izveides un attīstības. Atsevišķa un ļoti svarīga darba joma ir visu veidu kurināmā un energoresursu, siltuma un elektrības enerģijas taupīšana.

Kāpēc maksāt energokompānijām par elektrību katru mēnesi, ja jūs varat nodrošināt savu enerģiju? Arvien vairāk cilvēku pasaulē saprot šo patiesību. Un šodien mēs par to runāsim 8 neparasti alternatīvi enerģijas avoti mājām, birojam un atpūtai.

Saules paneļi logos

Saules paneļi mūsdienās ir visplašāk izmantotais alternatīvais enerģijas avots mājās. Tradicionāli tos uzstāda uz privātmāju jumtiem vai pagalmos. Bet nesen ir kļuvis iespējams šos elementus novietot tieši logos, kas ļauj izmantot šādas baterijas pat parasto dzīvokļu īpašniekiem daudzstāvu ēkās.

Tajā pašā laikā jau ir parādījušies risinājumi, kas ļauj izveidot saules paneļus ar augstu caurspīdīguma līmeni. Tieši šie enerģijas elementi būtu jāuzstāda dzīvojamo telpu logos.

Piemēram, caurspīdīgus saules paneļus izstrādāja Mičiganas štata universitātes speciālisti. Šie elementi pārraida 99 procentus no gaismas, kas iet caur tiem, bet tajā pašā laikā to efektivitāte ir 7%.

Uprise ir radījis neparastu lieljaudas vēja turbīnu, ko var izmantot gan mājās, gan rūpnieciskā mērogā. Šīs vējdzirnavas atrodas piekabē, ar kuru var pārvietot SUV vai dzīvojamo māju.

Saliekot ar Uprise turbīnu, varat braukt pa koplietošanas ceļiem. Bet atlocītā veidā tas pārvēršas par pilnvērtīgām piecpadsmit metru augstām un 50 kW vējdzirnavām.

Uprise var izmantot, ceļojot ar dzīvojamo māju, lai nodrošinātu elektroenerģiju attālās vietās vai parastās privātās dzīvesvietās. Uzstādot šo turbīnu savā pagalmā, tās īpašnieks var pat pārdot lieko elektroenerģiju kaimiņiem.

Makani Power ir tāda paša nosaukuma uzņēmuma projekts, kas nesen nonāca pusslepenas inovāciju laboratorijas pārziņā. Šīs tehnoloģijas ideja ir gan vienkārša, gan ģeniāla. Runa ir par mazu pūķi, kas spēj lidot līdz viena kilometra augstumā un ražot elektrību.

Makani Power lidmašīna ir aprīkota ar iebūvētām vēja turbīnām, kas aktīvi darbosies augstumā, kur vēja ātrums ir ievērojami lielāks nekā zemes līmenī. Saņemtā enerģija šajā gadījumā tiek pārraidīta pa vadu, kas savieno pūķi ar bāzes staciju.

Enerģija tiks ražota arī no pašas Makani Power lidmašīnas kustībām. Velkot kabeli zem vēja spēka, šis pūķis griezīs bāzes stacijā iebūvēto dinamo.

Ar Makani Power palīdzību ir iespējams nodrošināt enerģiju gan privātmājām, gan attālinātām iekārtām, kur tradicionālo elektropārvades līniju ierīkot nav praktiski.

Mūsdienu saules paneļiem joprojām ir ļoti zema efektivitāte. Tāpēc, lai no tiem iegūtu augstus ražošanas rādītājus, ir nepieciešams nosegt diezgan lielas telpas ar paneļiem. Bet tehnoloģija ar nosaukumu Betaray ļauj palielināt efektivitāti aptuveni trīs reizes.

Betaray ir neliela instalācija, ko var novietot privātmājas pagalmā vai uz daudzstāvu ēkas jumta. Tā pamatā ir caurspīdīga stikla sfēra, kuras diametrs ir nedaudz mazāks par vienu metru. Tas uzkrāj saules gaismu un fokusē to uz diezgan mazu fotoelektrisko paneli. Šīs tehnoloģijas maksimālajai efektivitātei ir satriecoši augsts rādītājs – 35 procenti.

Tajā pašā laikā Betaray instalācija pati par sevi ir dinamiska. Tas automātiski pielāgojas Saules pozīcijai debesīs, lai jebkurā laikā strādātu ar maksimālu jaudu. Un pat naktī šis akumulators ģenerē elektrību, pārveidojot gaismu no mēness, zvaigznēm un ielu apgaismojuma.

Dāņu-īslandiešu mākslinieks Olafurs Eliasons ir uzsācis neparastu projektu Mazā saule, kas apvieno radošumu, tehnoloģijas un veiksmīgu cilvēku sociālās saistības pret maznodrošinātajiem. Mēs runājam par nelielu ierīci saulespuķu zieda formā, kas dienas laikā tiek piepildīta ar saules gaismas enerģiju, lai vakaros ienestu apgaismojumu planētas tumšākajos nostūros.

Ikviens var ziedot naudu, lai Saules saules lampiņa parādītos kādas trešās pasaules valsts ģimenes dzīvē. Mazās saules lampiņas ļauj bērniem no graustiem un attāliem ciemiem vakarus veltīt mācībām vai lasīšanai, bez kā panākumi mūsdienu sabiedrībā nav iespējami.

Little Sun lampas var iegādāties arī sev, padarot tās par daļu no jūsu dzīves. Šīs ierīces var izmantot, dodoties dabā vai radot pārsteidzošu vakara atmosfēru atklātās vietās.

Daudzi skeptiķi smejas par sportistiem, apgalvojot, ka spēkus, ko viņi iztērē slodzes laikā, var izmantot elektrības ražošanai. Radītāji turpināja šo viedokli un izveidoja pasaulē pirmo āra simulatoru komplektu, no kuriem katrs ir neliela spēkstacija.

Pirmais Green Heart sporta laukums parādījās 2014. gada novembrī Londonā. Elektroenerģiju, ko tajā ģenerē vingrošanas entuziasti, var izmantot mobilo ierīču uzlādēšanai: viedtālruņiem vai planšetdatoriem.

Vietne Green Heart nosūta lieko enerģiju vietējiem elektrotīkliem.

Paradoksāli, bet pat bērnus var piespiest ražot "zaļo" enerģiju. Galu galā viņi nekad nevēlas kaut ko darīt, kaut kā spēlēties un izklaidēties. Tāpēc nīderlandiešu inženieri radījuši neparastas šūpoles ar nosaukumu Giraffe Street Lamp, kas elektrības ģenerēšanas procesā izmanto bērnu nemierīgumu.

Giraffe Street Lamp šūpoles ģenerē enerģiju, kad tās tiek izmantotas paredzētajam mērķim. Šūpojoties sēdeklī, bērni vai pieaugušie stimulē šajā dizainā iebūvēto dinamo.

Protams, ar saņemto elektrību nepietiek privātās dzīvojamās ēkas pilnvērtīgai funkcionēšanai. Taču spēļu dienā uzkrātās enerģijas pietiek, lai pāris stundas pēc krēslas iestāšanās darbinātu ne pārāk jaudīgu ielas lampu.

Mobilo sakaru operators Vodafone apzinās, ka tā peļņa pieaug, kad klientu tālruņi strādā visu diennakti, un paši to īpašnieki neuztraucas par to, kur atrast kontaktligzdu, kur uzlādēt sava sīkrīka akumulatorus. Tāpēc šis uzņēmums sponsorēja neparastas tehnoloģijas, ko sauc par Power Pocket, izstrādi.

Ierīcēm, kuru pamatā ir Power Pocket tehnoloģija, ir jāatrodas pēc iespējas tuvāk cilvēka ķermenim, lai tā siltumu izmantotu elektroenerģijas ražošanai sadzīves vajadzībām.

Šobrīd, pamatojoties uz Power Pocket tehnoloģiju, ir radīti divi praktiski izstrādājumi: šorti un guļammaiss. Pirmo reizi tie tika pārbaudīti Vaitas salas festivāla laikā 2013. gadā. Pieredze izrādījās veiksmīga, ar vienu cilvēka nakti šādā guļammaisā pietika, lai viedtālruņa akumulatoru uzlādētu par aptuveni 50 procentiem.

Šajā pārskatā mēs runājām tikai par tiem alternatīvajiem enerģijas avotiem, kurus var izmantot sadzīves vajadzībām: mājās, birojā vai atpūšoties. Bet joprojām ir daudz neparastu mūsdienu "zaļo" tehnoloģiju, kas izstrādātas izmantošanai rūpnieciskā mērogā. Par tiem varat lasīt pārskatā.

Fosilā kurināmā ierobežotās rezerves un globālais vides piesārņojums ir licis cilvēcei meklēt alternatīvus atjaunojamus šādas enerģijas avotus, lai tās pārstrādes radītais kaitējums būtu minimāls par pieņemamām energoresursu ražošanas, pārstrādes un transportēšanas izmaksām.

Mūsdienu tehnoloģijas ļauj izmantot pieejamos alternatīvos energoresursus gan planētas mērogā, gan dzīvokļa vai privātmājas elektrotīklā.

Vardarbīgā dzīvības attīstība vairāku miljardu gadu garumā skaidri pierāda Zemes nodrošinājumu ar enerģijas avotiem. Saules gaisma, iekštelpu siltums un ķīmiskais potenciāls ļauj dzīviem organismiem veikt daudzkārtēju enerģijas apmaiņu, pastāvot vidē, ko rada fizikāli faktori – temperatūra, spiediens, mitrums, ķīmiskais sastāvs.

Vielas un enerģijas cirkulācija dabā

Ekonomiskie kritēriji alternatīviem enerģijas avotiem

Kopš seniem laikiem cilvēks vēja enerģiju izmantojis kā kuģu dzinējspēku, kas ļāva attīstīties tirdzniecībai. Atjaunojamā degviela, kas izgatavota no mirušiem augiem un cilvēku atkritumiem, bija siltuma avots ēdiena gatavošanai un pirmo metālu iegūšanai. Ūdens piliena enerģija darbināja dzirnakmeņus. Tūkstošiem gadu tie ir bijuši galvenie enerģijas veidi, kurus tagad saucam par alternatīviem avotiem.

Attīstoties ģeoloģijai un zemes dzīļu ieguves tehnoloģijām, ir kļuvis ekonomiski izdevīgāk iegūt ogļūdeņražus un tos sadedzināt enerģijas iegūšanai pēc vajadzības, nevis burtiski gaidīt laikapstākļus pie jūras, cerot uz veiksmīgu straumju, vēja virziena un mākoņu sega.

Laika apstākļu nestabilitāte un mainīgums, kā arī fosilā kurināmā dzinēju relatīvais lētums ir piespiedis virzību uz enerģijas izmantošanu no zemes zarnām.

Diagramma, kas parāda fosilo un atjaunojamo enerģijas avotu patēriņa attiecību

Dzīvu organismu asimilēts un pārstrādāts oglekļa dioksīds, kas dzīlēs atrodas miljoniem gadu, degot fosilos ogļūdeņražus, atkal tiek atgriezts atmosfērā, kas ir siltumnīcas efekta un globālās sasilšanas avots. Nākamo paaudžu labklājība un trauslais ekosistēmas līdzsvars liek cilvēcei pārskatīt ekonomiskos rādītājus un izmantošanu alternatīvas enerģijas formas Jo veselība ir visdārgākā lieta.

Populāra kļūst apzināta pēc dabas atjaunojamo alternatīvo enerģijas avotu izmantošana, taču tāpat kā līdz šim dominē ekonomiskās prioritātes. Bet lauku mājā vai lauku mājā alternatīvu elektrības un siltuma avotu izmantošana var būt vienīgais ekonomiski izdevīgais enerģijas iegūšanas variants, ja elektroapgādes līniju ierīkošana, pieslēgšana un uzstādīšana izrādīsies pārāk dārga.

No civilizācijas attālinātas mājas nodrošināšana ar minimāli nepieciešamo elektroenerģijas daudzumu, izmantojot saules paneļus un vēja ģeneratoru

Alternatīvu enerģijas veidu izmantošanas iespējas

Kamēr zinātnieki pēta jaunus virzienus un izstrādā aukstās kodolsintēzes tehnoloģijas, mājas meistari var izmantot šādus alternatīvus enerģijas avotus mājām:

• Saules gaisma;
• Vēja enerģija;
• bioloģiskā gāze;
• temperatūras starpība;

Atbilstoši alternatīvajiem atjaunojamās enerģijas veidiem ir gatavi risinājumi, kas veiksmīgi ieviesti masveida ražošanā. Piemēram, saules paneļus, vēja turbīnas, biogāzes stacijas un dažādas jaudas siltumsūkņus var iegādāties kopā ar piegādi un uzstādīšanu, lai privātmājai būtu savi alternatīvi elektroenerģijas un siltuma avoti.

Komerciāli ražots saules panelis, kas uzstādīts uz privātmājas jumta

Katram atsevišķam gadījumam jābūt savam plānam, kā nodrošināt sadzīves elektroierīces ar alternatīvās elektroenerģijas avotiem atbilstoši vajadzībām un iespējām. Piemēram, lai darbinātu klēpjdatoru, planšetdatoru, uzlādētu tālruni, varat izmantot 12 V avotu un portatīvos adapterus. Ar šo spriegumu ar pietiekamu akumulatora enerģijas daudzumu pietiks, lai apgaismotu.

Saules paneļiem un vēja turbīnām ir jāuzlādē akumulatori apgaismojuma nepastāvības un vēja enerģijas stipruma dēļ. Palielinoties alternatīvo elektroenerģijas avotu jaudai un akumulatoru tilpumam, palielinās autonomā barošanas avota enerģētiskā neatkarība. Ja elektroierīces, kas darbojas no 220 V, ir nepieciešams pieslēgt alternatīvam elektroenerģijas avotam, piesakieties sprieguma pārveidotāji.

Diagramma, kas ilustrē sadzīves elektroierīču barošanu no akumulatoriem, ko lādē vēja ģenerators un saules paneļi

Alternatīvā saules enerģija

Mājās ir gandrīz neiespējami izveidot saules baterijas, tāpēc alternatīvo enerģijas avotu dizaineri izmanto gatavus komponentus, montējot ģenerējošās konstrukcijas, panākot nepieciešamo jaudu. Fotoelementu savienošana virknē palielina iegūtā elektroenerģijas avota izejas spriegumu, un, paralēli savienojot saliktās ķēdes, tiek iegūta lielāka kopējā montāžas strāva.

Fotoelementu savienošanas shēma montāžā

Varat koncentrēties uz saules starojuma enerģijas intensitāti - tas ir aptuveni viens kilovats uz kvadrātmetru. Jāņem vērā arī saules paneļu efektivitāte - šobrīd tā ir aptuveni 14%, taču notiek intensīva attīstība, lai palielinātu saules ģeneratoru efektivitāti. Izejas jauda ir atkarīga no starojuma intensitātes un staru krišanas leņķa.

Jūs varat sākt ar mazumiņu - iegādājieties vienu vai vairākus mazus saules paneļus un iegūstiet alternatīvu elektroenerģijas avotu valstī tādā apjomā, kas nepieciešams viedtālruņa vai klēpjdatora uzlādei, lai piekļūtu globālajam internetam. Mērot strāvu un spriegumu, viņi pēta enerģijas patēriņa apjomu, apsverot iespēju vēl vairāk paplašināt alternatīvo enerģijas avotu izmantošanu.

Papildu saules paneļu uzstādīšana uz mājas jumta

Jāatceras, ka saules gaisma ir arī termiskā (infrasarkanā) starojuma avots, ko var izmantot dzesēšanas šķidruma uzsildīšanai bez turpmākas enerģijas pārvēršanas elektroenerģijā. Šis alternatīvais princips tiek piemērots saules kolektori, kur ar reflektoru palīdzību infrasarkanais starojums tiek koncentrēts un ar dzesēšanas šķidrumu pārnes to uz apkures sistēmu.

Saules kolektors kā daļa no mājas apkures sistēmas

Alternatīvā vēja enerģija

Vienkāršākais veids, kā pašam uzbūvēt vēja turbīnu, ir izmantot automašīnas ģeneratoru. Lai palielinātu alternatīvās elektroenerģijas avota ātrumu un spriegumu (elektroenerģijas ražošanas efektivitāti), jāizmanto pārnesumkārba vai siksnas piedziņa. Visādu tehnoloģisko nianšu skaidrojums ir ārpus šī raksta tvēriena - jāizpēta aerodinamikas principi, lai izprastu gaisa masu plūsmas ātruma pārvēršanas procesu alternatīvā elektroenerģijā.

Sākotnējā posmā, pētot perspektīvas alternatīvās vēja enerģijas atjaunojamos avotus pārveidot elektroenerģijā, jums jāizvēlas vējdzirnavu dizains. Visizplatītākie modeļi ir horizontālās ass dzenskrūve, Savonius rotors un Darrieus turbīna. Trīs lāpstiņu dzenskrūve kā alternatīvās enerģijas avots ir visizplatītākā mājās gatavotā iespēja.

Darier turbīnu šķirnes

Projektējot dzenskrūves lāpstiņas, liela nozīme ir vējdzirnavu griešanās leņķiskajam ātrumam. Ir tā sauktais dzenskrūves lietderības koeficients, kas ir atkarīgs no gaisa plūsmas ātruma, kā arī no lāpstiņu garuma, sekcijas, skaita un uzbrukuma leņķa.

Kopumā šo jēdzienu var saprast šādi - mazā vējā lāpstiņu garums ar visveiksmīgāko uzbrukuma leņķi nebūs pietiekams, lai sasniegtu maksimālu enerģijas ražošanas efektivitāti, bet gan ar daudzkārtēju plūsmas pastiprināšanu un palielināšanu. leņķiskā ātrumā asmeņu malas piedzīvos pārmērīgu pretestību, kas var tās sabojāt.

Vējdzirnavu lāpstiņas kompleksais profils

Tāpēc lāpstiņu garums tiek aprēķināts, pamatojoties uz vidējo vēja ātrumu, vienmērīgi mainot uzbrukuma leņķi attiecībā pret attālumu no dzenskrūves centra. Lai novērstu lāpstiņu lūzumu vētrainā vējā, ģeneratora vadi ir īssavienoti, kas neļauj dzenskrūvei griezties. Aptuveniem aprēķiniem vienu kilovatu alternatīvās elektroenerģijas var ņemt no trīs lāpstiņu dzenskrūves ar diametru 3 metri pie vidējā vēja ātruma 10m/s.

Lai izveidotu optimālu asmens profilu, ir nepieciešama datormodelēšana un CNC iekārta. Mājās amatnieki izmanto improvizētus materiālus un instrumentus, cenšoties pēc iespējas precīzāk atveidot alternatīvo vēja enerģijas avotu rasējumus. Kā materiāli tiek izmantoti koka, metāla, plastmasas u.c.

Pašdarināts vēja turbīnas dzenskrūves no koka un metāla plāksnes

Elektroenerģijas ražošanai var nepietikt ar automašīnu ģeneratora jaudu, tāpēc amatnieki ar savām rokām izgatavo ģenerējošās elektromašīnas vai pārtaisa elektromotorus. Vispopulārākais alternatīvā elektroenerģijas avota dizains ir rotors ar pārmaiņus novietotiem neodīma magnētiem un stators ar tinumiem.

Pašdarināti ģeneratoru rotori
Stators ar tinumiem paštaisītam ģeneratoram

Alternatīvās enerģijas biogāze

Biogāzi kā enerģijas avotu iegūst galvenokārt divos veidos – tas ir pirolīze un organisko vielu anaerobā (bez skābekļa) sadalīšanās. Pirolīzei ir nepieciešams ierobežots skābekļa padeve, lai uzturētu reakcijas temperatūru, savukārt izdalās degošas gāzes: metāns, ūdeņradis, oglekļa monoksīds un citi savienojumi: oglekļa dioksīds, etiķskābe, ūdens, pelnu atliekas. Kā pirolīzes avots vislabāk piemērotas degvielas ar augstu sveķu saturu. Zemāk esošajā videoklipā ir vizuāli demonstrēts degošu gāzu izdalīšanās no koksnes karsēšanas laikā.

Biogāzes sintēzei no organismu atkritumiem tiek izmantotas dažādas konstrukcijas metāna tvertnes. Methanetanku mājās ar savām rokām ir jēga uzstādīt, ja mājsaimniecībā ir vistu kūts, cūku kūts un liellopi. Galvenā izvadgāze ir metāns, bet lielam sērūdeņraža un citu organisko savienojumu piemaisījumu daudzumam ir nepieciešams izmantot attīrīšanas sistēmas, lai novērstu smakas un novērstu degļu aizsērēšanu siltuma ģeneratoros vai dzinēja degvielas ceļu piesārņojumu.

Nepieciešama rūpīga ķīmisko procesu enerģijas izpēte, tehnoloģijas ar pakāpenisku pieredzes kopumu, izejot izmēģinājumu un kļūdu ceļu, lai avota izejā iegūtu pieņemamas kvalitātes degošu bioloģisko gāzi.

Neatkarīgi no izcelsmes, pēc tīrīšanas gāzu maisījumu ievada siltuma ģeneratorā (katlā, plītī, plīts deglī) vai benzīna ģeneratora karburatorā - tādā veidā tiek iegūta pilnvērtīga alternatīva enerģija ar savu. rokas. Ar pietiekamu gāzes ģeneratoru jaudu ir iespējams ne tikai nodrošināt māju ar alternatīvo enerģiju, bet arī nodrošināt mazās ražošanas darbību, kā parādīts video:

Termiskās iekārtas alternatīvās enerģijas taupīšanai un iegūšanai

Siltumsūkņi tiek plaši izmantoti ledusskapjos un gaisa kondicionieros. Tika novērots, ka siltuma pārvietošanai nepieciešams vairākas reizes mazāk enerģijas nekā tā ģenerēšanai. Tāpēc aukstam ūdenim no akas ir termiskais potenciāls attiecībā pret salnu laiku. Pazeminot tekošā ūdens temperatūru no akas vai no neaizsalstoša ezera dzīlēm, siltumsūkņi uzņem siltumu un nodod to apkures sistēmai, vienlaikus panākot ievērojamu elektroenerģijas ietaupījumu.

Enerģijas taupīšana ar siltumsūkni

Cits siltumdzinēja veids ir Stirlinga dzinējs, ko darbina temperatūras starpības enerģija slēgtā cilindru un virzuļu sistēmā, kas novietoti uz kloķvārpstas 90º leņķī. Kloķvārpstas rotāciju var izmantot elektroenerģijas ražošanai. Tīklā ir daudz materiālu no uzticamiem avotiem, kas detalizēti izskaidro Stirlinga dzinēja darbības principu un pat sniedz mājās gatavotu dizainu piemērus, kā parādīts tālāk esošajā videoklipā:

Diemžēl mājas apstākļi neļauj izveidot Stirlinga dzinēju ar enerģijas izvades parametriem, kas ir augstāki nekā jautrai rotaļlietai vai demonstrācijas stendam. Lai iegūtu pieņemamu jaudu un efektivitāti, darba gāzei (ūdeņradim vai hēlijam) jābūt zem augsta spiediena (200 atmosfēras vai vairāk). Līdzīgi siltumdzinēji jau tiek izmantoti saules un ģeotermālajās elektrostacijās, un tos sāk ieviest arī privātajā sektorā.

Stirlinga dzinējs paraboliskā spoguļa fokusā

Lai iegūtu visstabilāko un neatkarīgāko elektroenerģiju lauku mājā vai privātmājā, jums būs jāapvieno vairāki alternatīvi enerģijas avoti.

Inovatīvas idejas alternatīvu enerģijas avotu radīšanai

Ne viens vien zinātājs nespēs pilnībā aptvert visu atjaunojamās alternatīvās enerģijas iespēju klāstu. Alternatīvi enerģijas avoti ir pieejami burtiski katrā dzīvā šūnā. Piemēram, hlorellas aļģes jau sen ir zināmas kā olbaltumvielu avots zivju barībā.

Notiek eksperimenti, lai audzētu hlorellu bezsvara stāvoklī, lai nākotnē to izmantotu kā pārtiku astronautiem lielos attālumos kosmosa lidojumos. Tiek pētīts aļģu un citu vienkāršu organismu enerģētiskais potenciāls degošu ogļūdeņražu sintēzei.

Saules gaismas uzkrāšanās rūpnieciskajos uzņēmumos audzētās hlorellas dzīvās šūnās

Jāpatur prātā, ka saules gaismas enerģijas pārveidotājs un akumulators, kas būtu labāks par dzīvas šūnas fluoroplastu, vēl nav izgudrots. Tāpēc potenciālie atjaunojamie alternatīvās elektroenerģijas avoti ir pieejami katrā zaļajā lapā, kas tiek īstenota fotosintēze.

Galvenās grūtības rada organisko materiālu savākšana, izmantojot ķīmiskos un fizikālos procesus, lai no turienes iegūtu enerģiju un pārvērstu to elektrībā. Jau šobrīd lielas lauksaimniecības zemes platības tiek atvēlētas alternatīvās enerģijas kultūru audzēšanai.

Ražas novākšana Miscanthus - enerģētiskā lauksaimniecības kultūra

Atmosfēras elektrība var kalpot kā vēl viens kolosāls alternatīvās enerģijas avots. Zibens enerģija ir milzīga un tai ir postoša ietekme, un aizsardzībai pret tiem tiek izmantoti zibens stieņi.

altGrūtības ierobežot zibens un atmosfēras elektrības enerģētisko potenciālu ir izlādes augstajā spriegumā un strāvā ļoti īsā laikā, kas prasa daudzpakāpju kondensatoru sistēmas izveidi lādiņa uzkrāšanai un pēc tam uzkrātās enerģijas izmantošanai. Labas izredzes ir arī statiskajai atmosfēras elektrībai.