Energia przyszłości: rzeczywistość i fantazja. Alternatywne źródła energii

Dziś cały świat jest zaopatrywany w elektryczność dzięki spalaniu węgla i gazu (paliwa kopalne), wykorzystaniu przepływu wody i kontrolowaniu reakcji jądrowej. Te podejścia są dość skuteczne, ale w przyszłości będziemy musieli je porzucić, zwracając się w takim kierunku, jak energia alternatywna.

Duża część tej potrzeby wynika z faktu, że paliwa kopalne są ograniczone. Ponadto tradycyjne metody wytwarzania energii elektrycznej są jednym z czynników zanieczyszczenia środowiska. dlatego świat potrzebuje „zdrowej” alternatywy.

Proponujemy naszą wersję TOP nietradycyjnych sposobów wytwarzania energii, które w przyszłości mogą stać się zamiennikiem dla elektrowni konwencjonalnych.

7 miejsce. Energia rozproszona

Zanim rozważymy alternatywne źródła energii, przeanalizujmy jedną ciekawą koncepcję, która może zmienić strukturę systemu energetycznego w przyszłości.

Dziś energia elektryczna jest produkowana na dużych stacjach, przesyłana do sieci dystrybucyjnych i dostarczana do naszych domów. Podejście rozproszone oznacza stopniowe odrzucenie scentralizowanej produkcji energii elektrycznej. Można to osiągnąć poprzez budowę małych źródeł energii w bliskiej odległości od konsumenta lub grupy konsumenckiej.

Jako źródła energii można wykorzystać:

• elektrownie mikroturbinowe;
• elektrownie z turbiną gazową;
• kotły parowe;
• panele słoneczne;
• wiatraki;
• pompy ciepła itp.

Takie mini elektrownie do domu będą podłączone do wspólnej sieci. Tam popłyną nadwyżki energii, aw razie potrzeby sieć energetyczna będzie w stanie zrekompensować brak prądu np. gdy panele fotowoltaiczne będą spisywać się gorzej z powodu pochmurnej pogody.

Jednak realizacja tej koncepcji dzisiaj iw najbliższej przyszłości jest mało prawdopodobna, jeśli mówimy o skali globalnej. Wynika to przede wszystkim z wysokich kosztów przejścia ze scentralizowanej na rozproszoną energię.

6 miejsce. Energia burzy

Po co generować energię elektryczną, skoro można ją po prostu „złapać” znikąd? Jedno uderzenie pioruna to średnio 5 miliardów J energii, co odpowiada spaleniu 145 litrów benzyny. Teoretycznie elektrownie odgromowe czasami obniżą koszty energii elektrycznej.

Wszystko będzie wyglądać tak: stacje zlokalizowane w regionach o wzmożonej aktywności burzowej „zbierają” wyładowania i gromadzą energię. Następnie energia jest wprowadzana do sieci. Możesz złapać piorun za pomocą gigantycznych piorunochronów, ale główny problem pozostaje - zgromadzić jak najwięcej energii pioruna w ułamku sekundy. Na obecnym etapie superkondensatory i przetwornice napięcia są niezbędne, ale w przyszłości może pojawić się bardziej delikatne podejście.

Jeśli mówimy o elektryczności „z powietrza”, nie pamiętamy zwolenników tworzenia darmowej energii. Na przykład Nikola Tesla w pewnym momencie podobno zademonstrował urządzenie do pozyskiwania prądu elektrycznego z eteru do działania samochodu.

5 miejsce. Spalanie paliwa odnawialnego

Zamiast węgla elektrownie mogą spalać tzw. biopaliwo ". Są to przetworzone surowce roślinne i zwierzęce, produkty odpadowe organizmów oraz niektóre odpady przemysłowe pochodzenia organicznego. Przykłady obejmują konwencjonalne drewno opałowe, zrębki drzewne i biodiesel, który można znaleźć na stacjach benzynowych.

W energetyce najczęściej stosuje się zrębki drzewne. Pozyskuje się go podczas pozyskiwania drewna lub obróbki drewna. Po rozdrobnieniu jest sprasowywany w granulki paliwowe iw tej postaci wysyłany do elektrociepłowni.

Do 2019 roku w Belgii powinna zakończyć się budowa największej elektrowni, która będzie zasilana biopaliwami. Według prognoz będzie musiał wyprodukować 215 MW energii elektrycznej. To wystarczy dla 450 000 domów.

Interesujący fakt! W wielu krajach praktykuje się uprawę tzw. „lasu energetycznego” – drzew i krzewów, które najlepiej odpowiadają potrzebom energetycznym.

To, czy energetyka alternatywna będzie się rozwijać w kierunku biopaliw, jest wciąż mało prawdopodobne, ponieważ istnieją bardziej obiecujące rozwiązania.

4 miejsce. Elektrownie pływowe i falowe

Tradycyjne elektrownie wodne działają zgodnie z następującą zasadą:

1. Woda pod ciśnieniem jest dostarczana do turbin.
2. Turbiny zaczynają się obracać.
3. Rotacja jest przekazywana do generatorów, które wytwarzają energię elektryczną.

Budowa elektrowni wodnej jest droższa niż elektrowni cieplnej i jest możliwa tylko w miejscach o dużych rezerwach energii wodnej. Ale głównym problemem są szkody w ekosystemach spowodowane koniecznością budowy tam.

Elektrownie pływowe działają na podobnej zasadzie, ale wykorzystać moc przypływów i odpływów do generowania energii.

„Wodne” rodzaje energii alternatywnej obejmują tak interesujący kierunek, jak energia fal. Jego istota sprowadza się do wytwarzania energii elektrycznej poprzez wykorzystanie energii fal oceanicznych, która jest znacznie większa niż energia pływów. Najpotężniejsza obecnie elektrownia falowa Pelamis P-750 , który wytwarza 2,25 MW energii elektrycznej.

Kołysząc się na falach, te ogromne konwektory ("węże") wyginają się, w wyniku czego tłoki hydrauliczne zaczynają się poruszać w środku. Pompują olej przez silniki hydrauliczne, które z kolei obracają generatory elektryczne. Powstała energia elektryczna jest dostarczana na brzeg kablem ułożonym wzdłuż dna. W przyszłości liczba konwektorów zostanie zwielokrotniona i stacja będzie mogła generować do 21 MW.

3 miejsce. Stacje geotermalne

Energia alternatywna jest dobrze rozwinięta w kierunku geotermalnym. Stacje geotermalne wytwarzają energię elektryczną faktycznie przetwarzając energię ziemi, a raczej energię cieplną źródeł podziemnych.

Istnieje kilka rodzajów takich elektrowni, ale we wszystkich przypadkach są one oparte na tym samym Zasada działania: para z podziemnego źródła unosi się przez studnię i obraca turbinę połączoną z generatorem elektrycznym. Obecnie powszechną praktyką jest pompowanie wody do zbiornika podziemnego na dużą głębokość, gdzie pod wpływem wysokich temperatur odparowuje i w postaci pary pod ciśnieniem dostaje się do turbin.

Obszary z dużą liczbą gejzerów i otwartych źródeł termalnych, które są ogrzewane w wyniku aktywności wulkanicznej, najlepiej nadają się do celów energii geotermalnej.

Tak więc w Kalifornii istnieje cały kompleks geotermalny o nazwie „ Gejzery ". Łączy 22 stacje o mocy 955 MW. Źródłem energii w tym przypadku jest komora magmowa o średnicy 13 km na głębokości 6,4 km.

2. miejsce. farmy wiatrowe

Energia wiatru jest jednym z najbardziej popularnych i obiecujących źródeł wytwarzania energii elektrycznej.

Zasada działania generatora wiatrowego jest prosta:

• łopaty obracają się pod wpływem siły wiatru;
• obrót jest przekazywany do generatora;
• generator wytwarza prąd przemienny;
• Powstała energia jest zwykle magazynowana w bateriach.

Moc generatora wiatrowego zależy od rozpiętości łopat i ich wysokości. Dlatego są instalowane na terenach otwartych, polach, wzgórzach iw strefie przybrzeżnej. Najwydajniej pracują instalacje z 3 łopatami i pionową osią obrotu.

Interesujący fakt! W rzeczywistości energia wiatru jest rodzajem energii słonecznej. Wyjaśnia to fakt, że wiatry powstają z powodu nierównomiernego ogrzewania ziemskiej atmosfery i powierzchni przez promienie słoneczne.

Aby zbudować wiatrak, nie jest potrzebna głęboka wiedza inżynierska. Tak więc wielu rzemieślników mogło sobie pozwolić na odłączenie się od ogólnej sieci energetycznej i przejście na alternatywne źródła energii.

Vestas V-164 to obecnie najpotężniejsza turbina wiatrowa. Generuje 8 MW.

Do produkcji energii elektrycznej na skalę przemysłową wykorzystywane są farmy wiatrowe, składające się z wielu wiatraków. Największa elektrownia jest Alta znajduje się w Kalifornii. Jego moc wynosi 1550 MW.

1 miejsce. Elektrownie słoneczne (SPP)

Największe perspektywy ma energia słoneczna. Technologia przetwarzania promieniowania słonecznego za pomocą fotokomórek rozwija się z roku na rok, stając się coraz bardziej wydajna.

W Rosji energia słoneczna jest stosunkowo słabo rozwinięta. Jednak niektóre regiony wykazują doskonałe wyniki w tej branży. Weźmy na przykład Krym, gdzie działa kilka potężnych elektrowni słonecznych.

Może rozwinąć się w przyszłości energia kosmiczna. W tym przypadku elektrownie słoneczne powstaną nie na powierzchni ziemi, ale na orbicie naszej planety. Najważniejszą zaletą takiego podejścia jest to, że panele fotowoltaiczne będą w stanie odbierać znacznie więcej światła słonecznego, bo. nie będzie temu przeszkadzać atmosfera, pogoda i pory roku.

Wniosek

Energia alternatywna ma kilka obiecujących obszarów. Jej stopniowy rozwój prędzej czy później doprowadzi do zastąpienia tradycyjnych metod wytwarzania energii elektrycznej. I nie jest konieczne, aby tylko jedna z wymienionych technologii była używana na całym świecie. Zobacz wideo poniżej, aby uzyskać więcej informacji na ten temat.

W ostatnich latach energia alternatywna stała się przedmiotem intensywnego zainteresowania i zaciekłej debaty. Zagrożeni zmianami klimatycznymi i faktem, że średnie globalne temperatury co roku rosną, naturalnie wzrosło pragnienie znalezienia form energii, które zmniejszą zależność od paliw kopalnych, węgla i innych procesów zanieczyszczających środowisko.

Chociaż większość koncepcji nie jest nowa, dopiero w ciągu ostatnich kilku dekad kwestia ta stała się ostatecznie aktualna. Dzięki ulepszeniom w technologii i produkcji koszty większości form energii alternatywnej spadły, a wydajność wzrosła. Czym jest energia alternatywna, w prostych i zrozumiałych słowach, i jakie jest prawdopodobieństwo, że stanie się ona główną?

Oczywiście pozostają pewne kontrowersje co do tego, co oznacza „energia alternatywna” i do czego może odnosić się to wyrażenie. Z jednej strony termin ten można przypisać formom energii, które nie prowadzą do wzrostu śladu węglowego ludzkości. Może więc obejmować obiekty jądrowe, elektrownie wodne, a nawet gaz ziemny i „czysty węgiel”.

Z drugiej strony termin ten jest również używany w odniesieniu do tego, co obecnie uważa się za niekonwencjonalne metody pozyskiwania energii - energię słoneczną, wiatrową, geotermalną, biomasę i inne niedawne dodatki. Tego rodzaju klasyfikacja wyklucza metody pozyskiwania energii, takie jak elektrownie wodne, które istnieją od ponad stu lat i są dość powszechne w niektórych regionach świata.

Innym czynnikiem jest to, że alternatywne źródła energii muszą być „czyste”, nie wytwarzające szkodliwych zanieczyszczeń. Jak już wspomniano, najczęściej oznacza to dwutlenek węgla, ale może również odnosić się do innych emisji - tlenku węgla, dwutlenku siarki, tlenku azotu i innych. Biorąc pod uwagę te parametry, energia jądrowa nie jest uważana za alternatywne źródło energii, ponieważ wytwarza odpady radioaktywne, które są wysoce toksyczne i muszą być odpowiednio składowane.

Jednak we wszystkich przypadkach termin ten jest używany w odniesieniu do rodzajów energii, które zastąpią paliwa kopalne i węgiel jako dominującą formę produkcji energii w następnej dekadzie.

Rodzaje alternatywnych źródeł energii
Ściśle mówiąc, istnieje wiele rodzajów energii alternatywnej. Ponownie, w tym miejscu definicje utknęły w ślepym zaułku, ponieważ w przeszłości termin „energia alternatywna” był używany w odniesieniu do metod, które nie były uważane za niezbędne lub rozsądne. Ale jeśli przyjmiesz definicję w szerokim znaczeniu, będzie ona zawierać niektóre lub wszystkie z tych punktów:

Energia wodna. Jest to energia generowana przez tamy hydroelektryczne, gdy spadająca i płynąca woda (w rzekach, kanałach, wodospadach) przepływa przez urządzenie, które obraca turbiny i wytwarza energię elektryczną.

Energia atomowa. Energia, która powstaje w procesie opóźnionych reakcji rozszczepienia. Pręty uranowe lub inne pierwiastki radioaktywne podgrzewają wodę, zamieniając ją w parę, która napędza turbiny, wytwarzając energię elektryczną.

Energia pozyskiwana bezpośrednio ze Słońca; (zwykle składające się z krzemowego podłoża, ułożonego w duże układy) przekształcają promienie słoneczne bezpośrednio w energię elektryczną. W niektórych przypadkach ciepło wytwarzane przez światło słoneczne jest również wykorzystywane do wytwarzania energii elektrycznej, co jest znane jako słoneczna energia cieplna.

Energia wiatrowa. Energia generowana przez przepływ powietrza; gigantyczne turbiny wiatrowe obracają się pod wpływem wiatru i wytwarzają energię elektryczną.

energia geotermalna. Energia ta jest generowana przez ciepło i parę wytwarzaną w wyniku aktywności geologicznej w skorupie ziemskiej. W większości przypadków rury są umieszczane w ziemi powyżej stref aktywnych geologicznie, przepuszczając parę przez turbiny, wytwarzając w ten sposób energię elektryczną.

Energia pływów. Prądy pływowe wzdłuż wybrzeży mogą być również wykorzystywane do wytwarzania energii elektrycznej. Codzienne zmiany pływów powodują, że woda przepływa przez turbiny tam iz powrotem. Energia elektryczna jest wytwarzana i przesyłana do elektrowni lądowych.

Biomasa. Dotyczy to paliw, które pozyskiwane są ze źródeł roślinnych oraz biologicznych – etanolu, glukozy, alg, grzybów, bakterii. Mogą zastąpić benzynę jako źródło paliwa.

Wodór. Energia pochodząca z procesów z udziałem gazowego wodoru. Należą do nich katalizatory, w których cząsteczki wody są rozbijane i rekombinowane podczas elektrolizy; wodorowe ogniwa paliwowe, w których gaz jest wykorzystywany do napędzania silnika spalinowego lub do obracania ogrzewanej turbiny; lub fuzja jądrowa, w której atomy wodoru łączą się w kontrolowanych warunkach, uwalniając niewiarygodne ilości energii.

Alternatywne i odnawialne źródła energii
W wielu przypadkach alternatywne źródła energii są również odnawialne. Jednak warunki nie są całkowicie zamienne, ponieważ wiele form alternatywnych źródeł energii opiera się na ograniczonych zasobach. Na przykład energia jądrowa opiera się na uranu lub innych ciężkich pierwiastkach, które należy najpierw wydobyć.

Jednocześnie energia wiatrowa, słoneczna, pływowa, geotermalna i wodna opiera się na źródłach całkowicie odnawialnych. Promienie słoneczne są najbardziej obfitym źródłem energii ze wszystkich i chociaż są ograniczone przez pogodę i porę dnia, są niewyczerpalne w przemyśle. Wiatr też nie słabnie dzięki zmianom ciśnienia w naszej atmosferze i obrotowi Ziemi.

Rozwój
Obecnie energia alternatywna wciąż przeżywa swoją młodość. Jednak obraz ten szybko się zmienia pod wpływem procesów nacisków politycznych, światowych katastrof ekologicznych (susze, głód, powodzie) oraz ulepszeń technologii energii odnawialnej.

Na przykład od 2015 r. Światowe potrzeby energetyczne nadal były zaspokajane głównie przez węgiel (41,3%) i gaz ziemny (21,7%). Elektrownie wodne i energetyka jądrowa stanowiły odpowiednio 16,3% i 10,6%, podczas gdy „odnawialne źródła energii” (słońce, wiatr, biomasa itp.) tylko 5,7%.

To się bardzo zmieniło od 2013 r., kiedy światowe zużycie ropy naftowej, węgla i gazu ziemnego wynosiło odpowiednio 31,1%, 28,9% i 21,4%. Energia jądrowa i wodna stanowiły 4,8% i 2,45%, podczas gdy źródła odnawialne stanowiły zaledwie 1,2%.

Ponadto nastąpił wzrost liczby międzynarodowych porozumień ograniczających wykorzystanie paliw kopalnych i rozwój alternatywnych źródeł energii. Na przykład dyrektywa w sprawie energii odnawialnej, podpisana przez Unię Europejską w 2009 roku, która wyznacza cele w zakresie wykorzystania energii odnawialnej dla wszystkich państw członkowskich do 2020 roku.

Zasadniczo porozumienie to zakłada, że ​​do 2020 r. UE zaspokoi co najmniej 20% swojego całkowitego zapotrzebowania na energię energią odnawialną i co najmniej 10% paliwa transportowego. W listopadzie 2016 r. Komisja Europejska zrewidowała te cele i wyznaczyła minimalne zużycie energii odnawialnej na poziomie 27% do 2030 r.

Niektóre kraje stały się liderami w rozwoju alternatywnych źródeł energii. Na przykład w Danii energia wiatrowa pokrywa do 140% krajowego zapotrzebowania na energię elektryczną; nadwyżki są wysyłane do krajów sąsiednich, Niemiec i Szwecji.

Islandia, ze względu na swoje położenie na północnym Atlantyku i aktywne wulkany, już w 2012 roku osiągnęła 100% zależność od energii odnawialnej dzięki połączeniu energii wodnej i energii geotermalnej. W 2016 r. Niemcy przyjęły politykę stopniowego uniezależniania się od ropy naftowej i energii jądrowej.

Długoterminowe perspektywy alternatywnych źródeł energii są niezwykle pozytywne. Według raportu Międzynarodowej Agencji Energii (IEA) z 2014 r. fotowoltaiczna energia słoneczna i słoneczna energia cieplna będą stanowić 27% światowego zapotrzebowania do 2050 r., co czyni ją największym źródłem energii. Być może dzięki postępowi w syntezie źródła paliw kopalnych będą beznadziejnie przestarzałe do 2050 roku.

Elektrownie są ze sobą połączone i dostarczają energię elektryczną do systemu energetycznego regionu lub kraju. Odbiorcy o różnym składzie, mocy, trybie działania i innych wskaźnikach otrzymują energię elektryczną z tego systemu. Taka integracja z systemem elektroenergetycznym pozwala na: zmniejszenie całkowitej mocy zainstalowanej elektrowni; rezerwa mocy dzięki możliwości manewrowania stacjami różnego typu; zmniejszyć ogólne zużycie paliwa; zwiększyć niezawodność zasilania odbiorców dzięki dodatkowym połączeniom; zwiększenie efektywności wytwarzania energii elektrycznej poprzez optymalny rozkład obciążeń elektrycznych pomiędzy stacjami różnego typu.

Ryc.1.14.

Całkowite obciążenie elektryczne grupy odbiorców przyłączonych do systemu elektroenergetycznego zależy od wielu czynników: składu odbiorców, ich mocy, trybu pracy, zastosowanej technologii i urządzeń, pory dnia i roku, warunków klimatycznych itp. Przybliżony dzienny harmonogram obciążenia elektrycznego obszaru przemysłowego pokazano na ryc. 1.14. Charakteryzuje się stałym dobowym (podstawowym) obciążeniem P3; lekko zmienne (półszczytowe) obciążenie od P3 do P2; obciążenie szczytowe P1. W każdym momencie czasu w systemie elektroenergetycznym musi istnieć bilans mocy wytwarzanej i pobieranej (z uwzględnieniem strat). W przeciwnym razie tryb pracy systemu elektroenergetycznego jako całości i jego poszczególnych elementów może stać się awaryjny aż do „załamania”, tj. całkowite odłączenie od siebie wszystkich źródeł i odbiorców energii elektrycznej. Aby zachować równowagę mocy, konieczna jest regulacja, zmiana mocy wytwarzanej w elektrowniach. Zróżnicowana moc i bezwładność jednostek napędowych determinują określone schematy ich wykorzystania, zarówno z technicznego, jak i ekonomicznego punktu widzenia. Obciążenie podstawowe przenoszą najpotężniejsze i inercyjne elektrownie - elektrownie jądrowe i duże elektrociepłownie, państwowe elektrownie okręgowe. Obciążenie półszczytowe pokrywają jednostki manewrowe elektrowni wodnych, elektrowni szczytowo-pompowych i elektrociepłowni. Obciążenie szczytowe zapewniają hydrogeneratory, GTU, CCGT.

Specyficzny skład elektrowni w regionie może częściowo zmienić rozważany wariant rozkładu obciążenia, ale ogólne zasady pozostają niezmienione.

Wykorzystanie alternatywnych źródeł energii

Wzrost liczby ludności, rozwój przemysłowy i społeczny społeczeństwa wymagają znacznego wzrostu produkcji energii. Jednocześnie w połowie XXI wieku dotkliwy niedobór organicznych nośników energii, które dziś dostarczają około 80% całego zapotrzebowania na energię, stanie się całkiem realny. Koszt wydobycia i transportu paliwa stale rośnie, a proces ten będzie postępował, bo. nowe złoża są często zlokalizowane w odległych, trudno dostępnych obszarach, na znacznej głębokości. Wzrost cen paliw wynika również z faktu, że ropa, gaz, węgiel są ważnym surowcem dla wielu gałęzi przemysłu, a stwierdzenie „spalanie ropą to to samo, co palenie banknotami” nie traci na aktualności.

Dlatego trwają prace nad znalezieniem nowych, alternatywnych rodzajów źródeł energii, w tym odnawialnych i przyjaznych dla środowiska. Niektóre z tych zmian omówiono poniżej.

Instalacje magnetohydrodynamiczne (MHD). Zasada działania tych instalacji pozwala na bezpośrednią konwersję energii cieplnej na energię elektryczną (ryc. 1.15). Pomiędzy metalowymi płytkami 1, znajdującymi się w silnym polu magnetycznym, przepuszczany jest strumień 2 zjonizowanego gazu. Zgodnie z prawem indukcji elektromagnetycznej indukowane jest pole elektromagnetyczne powodujące przepływ prądu elektrycznego pomiędzy elektrodami wewnątrz kanału generatora oraz w obwodzie zewnętrznym. Brak części ruchomych w generatorze MHD pozwala na osiągnięcie temperatury płynu roboczego na wlocie 2550...2600 0C i zapewnienie sprawności obiegu cieplnego na poziomie 70...75%.

Instalacje MHD mogą działać według różnych schematów. Jedną z opcji jest reaktor jądrowy w obiegu zamkniętym (rys. 1.15.b.). Ciecz robocza (argon lub hel z dodatkiem cezu) jest podgrzewana w reaktorze jądrowym lub w wysokotemperaturowym wymienniku ciepła 3 i wchodzi do kanału MHD 4, gdzie energia cieplna poruszającej się plazmy jest zamieniana na energię elektryczną. Gazy odprowadzane w kanale MHD o temperaturze około 1500 0С wchodzą do generatora pary 5, który zapewnia działanie turbiny parowej 6. Cykl MHD jest zamykany przez sprężarkę 7, która zawraca gaz do reaktora lub do wymiennika ciepła 3.

Ryc.1.15.

a - zasada działania generatora MHD; b - instalacja MHD z reaktorem jądrowym.

Moc pilotażowej elektrowni MHD wynosi 25 MW. Elektrownia o mocy 500 MW jest na etapie rozwoju technicznego. Istnieje szereg trudności w tym procesie, które hamują tempo wprowadzania generatorów MHD: tworzenie pól magnetycznych o wysokiej indukcji; osiągnięcie wysokiej przewodności plazmy w temperaturach do 2400…2500 0С; tworzenie materiałów żaroodpornych; uzyskanie prądu przemiennego, który należy odwrócić od prądu stałego generowanego przez instalację MHD. Niemniej jednak rozwój i wdrażanie generatorów MHD ma całkiem dobre perspektywy.

instalacje termojądrowe. Tworzenie instalacji przemysłowych tego typu może niemal całkowicie rozwiązać problem pozyskania wymaganej ilości energii. Zasoby izotopów deuteru i trytu, pierwotnego paliwa do reaktorów termojądrowych, są na Ziemi praktycznie nieograniczone. W procesie reakcji termojądrowej uwalniana jest ogromna energia. Dzieje się tak na Słońcu, a także podczas wybuchu bomby wodorowej. Aby sterować takim procesem należy spełnić szereg warunków: gęstość paliwa co najmniej 1015 rdzeni na 1 cm3; temperatura 100 ... 500? 106 stopni. Ten stan paliwa musi być utrzymany, ułamki sekundy.

Prace nad stworzeniem reaktora termojądrowego były intensywnie prowadzone w ZSRR, USA i Japonii. Uzyskano pewne pozytywne wyniki, na przykład instalacja TOKOMAK w Instytucie Energii Atomowej. IV Kurczatow. Jednak problemy techniczne i naukowe nie pozwoliły jeszcze na stworzenie prawdziwej przemysłowej instalacji termojądrowej.

Elektrownie słoneczne. Ziemia otrzymuje rocznie 1017 W energii ze Słońca, czyli 20 000 razy więcej niż obecny poziom zużycia. Naturalne jest przekształcanie energii słonecznej w energię cieplną. Takie instalacje były używane przez człowieka od czasów starożytnych. Znany jest również dość prosty sposób zamiany energii słonecznej na energię elektryczną - za pomocą fotokomórek. Dlatego w wielu krajach prowadzone są prace nad tworzeniem elektrowni słonecznych (SPP). Szczególne znaczenie ma czystość ekologiczna i odnawialność takiego zasobu energetycznego. W rezultacie w ciągu ostatnich 50 lat zbudowano dziesiątki SELS w USA, Australii, Włoszech, Oceanii i innych odpowiednich klimatycznie regionach. W ZSRR zbudowano krymską SPP o mocy 5 MW, zaprojektowano stację w Azji Środkowej o łącznej mocy 200 MW.

Istnieją jednak znaczne trudności w tworzeniu i użytkowaniu elektrowni słonecznych, które nie pozwalają jeszcze elektrowniom słonecznym w pełni konkurować z elektrowniami cieplnymi i elektrowniami wodnymi. Jest to niespójność promieniowania słonecznego w zależności od pory dnia, roku i warunków pogodowych; niska gęstość promieniowania w pobliżu powierzchni Ziemi; niewystarczające parametry techniczne istniejących fotokomórek i złożoność ich utylizacji. Sprawność instalacji SELS wynosi obecnie około 15%, a uzyskanie znacznych mocy wiąże się z rozmieszczeniem urządzeń na dużych obszarach o powierzchni kilkudziesięciu kilometrów kwadratowych i odpowiednim zużyciem materiałów. Jednak prace nad udoskonaleniem SELS trwają.

Stacje geotermalne (GeoTES). Takie stacje wykorzystują ciepło wnętrza Ziemi jako źródło energii. Główne typy elektrowni geotermalnych działają na gorącą wodę pod ciśnieniem, na wodę z parą wodną, ​​na parę suchą lub gaz (energia petrotermalna).

Średnio na każde 30 ... 40 m w głąb Ziemi temperatura wzrasta o 1 0 ° C, a na głębokości 10 ... 15 kilometrów osiąga 1000 - 1200 0 ° C. W niektórych częściach planety temperatura jest dość wysoka w bezpośrednim sąsiedztwie powierzchni. W tych miejscach biją potężne gorące wody podziemne, para, gaz. GeoTPP można umieścić tutaj. Na przykład w Dolinie Gejzerów w USA łączna moc GeoTPP wynosi 900 MW, Lardello GeoTPP we Włoszech o mocy 420 MW, a stacja Wairaket w Nowej Zelandii to 290 MW. Dość potężne GeoTPP działają w Meksyku, Japonii, Islandii i innych krajach. Rosyjski GeoTPP na Kamczatce ma moc 5 MW.

Ekologiczna czystość, odnawialność energii cieplnej Ziemi, wystarczająca prostota konstrukcji to niewątpliwe zalety GeoTPP.

Wadami stacji geotermalnych jest sztywne wiązanie z miejscem oddawania ciepła do powierzchni Ziemi oraz ograniczone parametry czynnika roboczego w zakresie ciśnienia i temperatury.

Elektrownie pływowe (TPP). Nowoczesne PSZ wykorzystują fazę przypływu i odpływu, ich jednostki (turbiny) są odwracalne i działają, gdy woda przemieszcza się z morza do zatoki i odwrotnie (ryc. 1.16). Takie instalacje mogą pracować w trybie turbinowym i pompowym.

TPP działają w Rosji (Kislogubskaya, 400 kW), Japonii, Francji i innych krajach. Najpotężniejszy TPP znajduje się u ujścia rzeki Rance we Francji - 240 MW.

Ryc.1.16.

a - widok z góry; b - cięcie

VGP - najwyższy horyzont przypływu; VGO - najwyższy horyzont odpływu

Energia pływów jest przyjazna dla środowiska, odnawialna, niezmienna w okresach rocznych i długoterminowych, jednak zmienia się znacznie w ciągu miesiąca księżycowego i może być wykorzystywana tylko w określonych punktach geograficznych na wybrzeżach mórz i oceanów, jeśli dostępna jest niezbędna ulga.

Elektrownie wykorzystujące energię morską. Energię fal, prądów, gradientów temperatury i zasolenia mórz i oceanów można przekształcić w energię elektryczną. Zaprojektowano i przetestowano kilka typów instalacji przetwornic. Na przykład turbina Coriolisa o mocy 80 MW jest przeznaczona dla elektrowni wykorzystujących prądy oceaniczne.

Elektrownie wiatrowe (WPP). Człowiek od zawsze wykorzystywał energię wiatru. Przekształcenie tej energii w energię elektryczną jest zasadniczo bardzo proste. Już w latach dwudziestych XX wieku w ZSRR zbudowano Elektrownię Kursk o mocy 8 kW. Największa na świecie instalacja o mocy 1050 kW w jednym urządzeniu działa w USA od 1941 roku.

Jednak przy pewnych zaletach (czystość środowiska, odnawialność, prostota i niski koszt użytkowania) energetyka wiatrowa ma również istotne wady, które ograniczają budowę farm wiatrowych. Jest to duże nierównomierne zagęszczenie energii wiatrowej, zależność od czynników geograficznych, klimatycznych, meteorologicznych itp. Dlatego w chwili obecnej farmy wiatrowe o ograniczonej mocy do użytku lokalnego są ekonomicznie uzasadnione.

Perspektywy dynamiki rozwoju elektrowni

Dynamika rozwoju światowej i krajowej energetyki wskazuje, że w najbliższej przyszłości zachowana zostanie w przybliżeniu dotychczasowa równowaga pomiędzy elektrowniami cieplnymi, jądrowymi i wodnymi. Priorytetowo zostanie potraktowana strategia gazowo-węglowa, a zużycie oleju opałowego w TPP będzie się zmniejszać. Światowe ceny energii, na które ma wpływ wiele czynników, są w stanie dostosować tę strategię w różnym stopniu iw różnych odstępach czasu.

CCGT i GTU będą dalej rozwijane. Wśród stosunkowo nowych obszarów priorytetowych są instalacje MHD.

Rozwijana będzie energia nietradycyjna (słoneczna, pływowa, geotermalna), wykorzystująca przyjazne dla środowiska odnawialne zasoby naturalne. Kontynuowane będą prace badawczo-rozwojowe nad tworzeniem i rozwojem instalacji termojądrowych, termoelektrycznych, radioizotopowych, termojonowych, generatorów elektrochemicznych i innych jednostek. Odrębnym i bardzo ważnym obszarem pracy jest energooszczędność wszelkiego rodzaju paliw i surowców energetycznych, cieplnych i elektrycznych.

Po co co miesiąc płacić firmom energetycznym za prąd, skoro można dostarczać własną energię? Coraz więcej ludzi na świecie rozumie tę prawdę. I tak dzisiaj porozmawiamy o 8 niezwykłych alternatywnych źródeł energii dla domu, biura i wypoczynku.

Panele fotowoltaiczne w oknach

Panele słoneczne są obecnie najczęściej stosowanym alternatywnym źródłem energii w domu. Tradycyjnie montuje się je na dachach prywatnych domów lub na dziedzińcach. Ale ostatnio stało się możliwe umieszczanie tych elementów bezpośrednio w oknach, co umożliwia korzystanie z takich baterii nawet właścicielom zwykłych mieszkań w wieżowcach.

Jednocześnie pojawiły się już rozwiązania pozwalające na tworzenie paneli fotowoltaicznych o wysokim stopniu przezroczystości. To właśnie te elementy energetyczne należy montować w oknach lokali mieszkalnych.

Na przykład przezroczyste panele słoneczne zostały opracowane przez specjalistów z Michigan State University. Elementy te przepuszczają 99 procent przechodzącego przez nie światła, ale jednocześnie mają sprawność na poziomie 7%.

Firma Uprise stworzyła niezwykłą turbinę wiatrową dużej mocy, która może być wykorzystywana zarówno w warunkach domowych, jak i na skalę przemysłową. Ten wiatrak znajduje się w przyczepie, którą można przewieźć SUV-a lub kampera.

Po złożeniu z turbiną Uprise można jeździć po drogach publicznych. Ale po rozłożeniu zamienia się w pełnoprawny wiatrak o wysokości piętnastu metrów i mocy 50 kW.

Uprise może być używany podczas podróży kamperem, do zasilania odległych miejsc lub zwykłych prywatnych rezydencji. Instalując tę ​​turbinę na swoim podwórku, jej właściciel może nawet sprzedawać nadwyżki energii elektrycznej sąsiadom.

Makani Power to projekt firmy o tej samej nazwie, który niedawno znalazł się pod kontrolą na wpół tajnego laboratorium innowacji. Idea tej technologii jest zarówno prosta, jak i genialna. Mowa o małym latawcu, który potrafi latać na wysokości do jednego kilometra i generować prąd.

Samolot Makani Power jest wyposażony we wbudowane turbiny wiatrowe, które będą aktywnie pracować na wysokości, gdzie prędkość wiatru jest znacznie większa niż przy ziemi. Otrzymana energia w tym przypadku jest przekazywana wzdłuż przewodu łączącego latawiec ze stacją bazową.

Energia będzie również generowana z ruchów samego samolotu Makani Power. Ciągnąc linkę pod wpływem wiatru, ten latawiec będzie obracał dynamo wbudowane w stację bazową.

Z pomocą Makani Power możliwe jest dostarczenie energii zarówno do domów prywatnych, jak i odległych obiektów, gdzie instalacja tradycyjnej linii energetycznej jest niepraktyczna.

Nowoczesne panele fotowoltaiczne wciąż charakteryzują się bardzo niską wydajnością. Dlatego, aby uzyskać z nich wysokie wskaźniki produkcyjne, konieczne jest pokrycie panelami dość dużych przestrzeni. Ale technologia o nazwie Betaray pozwala zwiększyć wydajność około trzykrotnie.

Betaray to niewielka instalacja, którą można umieścić na podwórku prywatnego domu lub na dachu wieżowca. Jego podstawą jest przeźroczysta szklana kula o średnicy nieco mniejszej niż jeden metr. Akumuluje światło słoneczne i skupia je na dość małym panelu fotowoltaicznym. Maksymalna wydajność tej technologii ma oszałamiająco wysoki wskaźnik 35 proc.

Jednocześnie sama instalacja Betaray jest dynamiczna. Automatycznie dostosowuje się do położenia Słońca na niebie, aby w każdej chwili pracować z maksymalną wydajnością. Nawet w nocy ta bateria wytwarza energię elektryczną, przekształcając światło księżyca, gwiazd i latarni ulicznych.

Duńsko-islandzki artysta Olafur Eliasson rozpoczął niezwykły projekt o nazwie Little Sun, który łączy w sobie kreatywność, technologię i społeczne zaangażowanie ludzi sukcesu na rzecz upośledzonych. Mowa o niewielkim urządzeniu w postaci kwiatu słonecznika, które w ciągu dnia napełnia się energią ze światła słonecznego, by wieczorami rozświetlać najciemniejsze zakątki planety.

Każdy może wpłacić pieniądze, aby lampa solarna Little Sun pojawiła się w życiu rodziny z Kraju Trzeciego Świata. Lampki Little Sun pozwalają dzieciom ze slumsów i odległych wiosek poświęcić wieczory na naukę lub czytanie, bez których sukces we współczesnym społeczeństwie jest niemożliwy.

Lampy Little Sun można również kupić dla siebie, czyniąc je częścią własnego życia. Urządzenia te można wykorzystać podczas wyjść na łono natury lub do stworzenia niesamowitej wieczornej atmosfery na otwartych przestrzeniach.

Wielu sceptyków śmieje się ze sportowców, argumentując, że siły wydatkowane przez nich podczas ćwiczeń można wykorzystać do generowania prądu. Twórcy poszli za tą opinią i stworzyli pierwszy na świecie zestaw zewnętrznych symulatorów, z których każdy jest małą elektrownią.

Pierwszy obiekt sportowy Green Heart pojawił się w listopadzie 2014 roku w Londynie. Energię elektryczną, którą generują na niej miłośnicy ćwiczeń, można wykorzystać do ładowania urządzeń mobilnych: smartfonów czy tabletów.

Witryna Green Heart wysyła nadmiar energii do lokalnych sieci energetycznych.

Paradoksalnie nawet dzieci można zmusić do produkcji „zielonej” energii. W końcu nigdy nie mają nic przeciwko robieniu czegoś, zabawie i zabawie. Dlatego holenderscy inżynierowie stworzyli niezwykłą huśtawkę o nazwie Giraffe Street Lamp, która wykorzystuje niepokój dzieci w procesie wytwarzania energii elektrycznej.

Huśtawka Giraffe Street Lamp wytwarza energię, gdy jest używana zgodnie z jej przeznaczeniem. Kołysząc się na siedzeniu, dzieci lub dorośli stymulują dynamo wbudowane w ten projekt.

Oczywiście otrzymany prąd nie wystarcza do pełnego funkcjonowania prywatnego budynku mieszkalnego. Ale energia zgromadzona w ciągu dnia gier wystarczy, aby obsługiwać niezbyt mocną latarnię uliczną przez kilka godzin po zmroku.

Operator komórkowy Vodafone zdaje sobie sprawę, że jego zyski rosną, gdy telefony klientów pracują przez całą dobę, a ich właściciele sami nie martwią się, gdzie znaleźć gniazdko, by naładować baterie swojego gadżetu. Dlatego firma ta sponsorowała rozwój niezwykłej technologii o nazwie Power Pocket.

Urządzenia oparte na technologii Power Pocket powinny znajdować się jak najbliżej ciała człowieka, aby ciepło jego ciała było wykorzystywane do wytwarzania energii elektrycznej na potrzeby domowe.

Na chwilę obecną w oparciu o technologię Power Pocket powstały dwa praktyczne produkty: spodenki i śpiwór. Po raz pierwszy zostały przetestowane podczas festiwalu Isle of Wight w 2013 roku. Doświadczenie okazało się udane, jedna noc osoby w takim śpiworze wystarczyła, aby naładować baterię smartfona o około 50 proc.

W tym przeglądzie mówiliśmy tylko o tych alternatywnych źródłach energii, które można wykorzystać na potrzeby domowe: w domu, w biurze lub podczas relaksu. Ale wciąż istnieje wiele niezwykłych nowoczesnych „zielonych” technologii opracowanych do użytku na skalę przemysłową. Przeczytacie o nich w recenzji.

Ograniczone zasoby paliw kopalnych i globalne zanieczyszczenie środowiska zmusiły ludzkość do poszukiwania alternatywnych, odnawialnych źródeł takiej energii, tak aby szkody wynikające z jej przetwarzania były minimalne przy akceptowalnych kosztach produkcji, przetwarzania i transportu surowców energetycznych.

Nowoczesne technologie umożliwiają wykorzystanie dostępnych alternatywnych źródeł energii, zarówno w skali planetarnej, jak iw ramach sieci energetycznej mieszkania czy prywatnego domu.

Gwałtowny rozwój życia na przestrzeni kilku miliardów lat dobitnie świadczy o zaopatrzeniu Ziemi w źródła energii. Światło słoneczne, ciepło wnętrza oraz potencjał chemiczny umożliwiają organizmom żywym dokonywanie wielorakich wymian energii, istniejących w środowisku tworzonym przez czynniki fizyczne - temperaturę, ciśnienie, wilgotność, skład chemiczny.

Obieg materii i energii w przyrodzie

Kryteria ekonomiczne dla alternatywnych źródeł energii

Od czasów starożytnych człowiek wykorzystywał energię wiatru jako napęd statków, co umożliwiło rozwój handlu. Źródłem ciepła do gotowania i pozyskiwania pierwszych metali były paliwa odnawialne wytwarzane z martwych roślin i ludzkich odchodów. Energia kropli wody napędzała kamienie młyńskie. Przez tysiące lat były to główne rodzaje energii, które obecnie nazywamy źródłami alternatywnymi.

Wraz z rozwojem geologii i technologii wydobycia głębinowego bardziej opłacalne ekonomicznie stało się wydobywanie węglowodorów i spalanie ich w celu wytworzenia potrzebnej energii, niż dosłownie czekanie nad morzem na pogodę w nadziei na pomyślną zbieżność prądów, kierunków wiatru i zachmurzenie.

Niestabilność i zmienność warunków pogodowych, a także względna taniość silników na paliwa kopalne wymusiły postęp w kierunku wykorzystania energii z wnętrza ziemi.

Diagram przedstawiający stosunek zużycia kopalnych i odnawialnych źródeł energii

Zasymilowany i przetworzony przez organizmy żywe dwutlenek węgla, który zalegał w głębinach od milionów lat, wraca ponownie do atmosfery podczas spalania węglowodorów kopalnych, co jest źródłem efektu cieplarnianego i globalnego ocieplenia. Dobrobyt przyszłych pokoleń i krucha równowaga ekosystemu zmuszają ludzkość do ponownego rozważenia wskaźników ekonomicznych i wykorzystania alternatywne formy energii Bo zdrowie jest najcenniejsze.

Świadome korzystanie z alternatywnych źródeł energii, które z natury są odnawialne, staje się popularne, ale tak jak dotychczas przeważają priorytety ekonomiczne. Ale w wiejskim domu lub wiejskim domu wykorzystanie alternatywnych źródeł energii elektrycznej i ciepła może być jedyną opłacalną opcją pozyskiwania energii, jeśli instalacja, podłączenie i instalacja linii zasilających okaże się zbyt kosztowna.

Zapewnienie domu oddalonego od cywilizacji minimalnej wymaganej ilości energii elektrycznej za pomocą paneli słonecznych i generatora wiatrowego

Możliwości wykorzystania alternatywnych form energii

Podczas gdy naukowcy badają nowe kierunki i rozwijają technologie zimnej syntezy jądrowej, domowi rzemieślnicy mogą korzystać z następujących alternatywnych źródeł energii w domu:

• Światło słoneczne;
• Energia wiatrowa;
• gaz biologiczny;
• różnica temperatur;

Według alternatywnych rodzajów energii odnawialnej istnieją gotowe rozwiązania, które z powodzeniem zostały wprowadzone do masowej produkcji. Na przykład panele słoneczne, turbiny wiatrowe, biogazownie i pompy ciepła o różnych mocach można zakupić wraz z dostawą i montażem, aby mieć własne alternatywne źródła energii elektrycznej i ciepła dla prywatnego domu.

Komercyjnie produkowany panel słoneczny zainstalowany na dachu prywatnego domu

Każdy indywidualny przypadek powinien mieć własny plan zaopatrzenia domowych urządzeń elektrycznych w alternatywne źródła energii elektrycznej, zgodnie z potrzebami i możliwościami. Na przykład, aby zasilić laptopa, tablet, naładować telefon, możesz użyć źródła 12 V i przenośnych adapterów. To napięcie, przy wystarczającej ilości energii akumulatora, wystarczy do oświetlenia.

Panele słoneczne i turbiny wiatrowe muszą ładować akumulatory ze względu na zmienność oświetlenia i siłę energii wiatru. Wraz ze wzrostem mocy alternatywnych źródeł energii elektrycznej i objętości akumulatorów zwiększa się niezależność energetyczna autonomicznego zasilacza. Jeśli wymagane jest podłączenie urządzeń elektrycznych działających pod napięciem 220 V do alternatywnego źródła energii elektrycznej, należy złożyć wniosek przetwornice napięcia.

Schemat ilustrujący zasilanie domowych urządzeń elektrycznych z akumulatorów ładowanych przez generator wiatrowy i panele słoneczne

Alternatywna energia słoneczna

W domu stworzenie ogniw słonecznych jest prawie niemożliwe, dlatego projektanci alternatywnych źródeł energii wykorzystują gotowe komponenty, montując struktury generujące, osiągając wymaganą moc. Szeregowe połączenie fotokomórek zwiększa napięcie wyjściowe powstałego źródła energii elektrycznej, a równoległe połączenie zmontowanych łańcuchów daje większy całkowity prąd zespołu.

Schemat podłączenia fotokomórek w zestawie

Możesz skupić się na intensywności energii promieniowania słonecznego - to około jednego kilowata na metr kwadratowy. Trzeba też wziąć pod uwagę sprawność paneli fotowoltaicznych – w tej chwili wynosi ona około 14%, ale trwają intensywne prace nad zwiększeniem sprawności generatorów fotowoltaicznych. Moc wyjściowa zależy od natężenia promieniowania i kąta padania wiązek.

Możesz zacząć od małego - kupić jeden lub kilka małych paneli fotowoltaicznych i mieć alternatywne źródło energii elektrycznej w kraju w ilości niezbędnej do naładowania smartfona lub laptopa, aby mieć dostęp do globalnego Internetu. Mierząc prąd i napięcie, badają wielkość zużycia energii, biorąc pod uwagę perspektywę dalszego rozszerzania wykorzystania alternatywnych źródeł energii.

Montaż dodatkowych paneli fotowoltaicznych na dachu domu

Należy pamiętać, że światło słoneczne jest również źródłem promieniowania cieplnego (podczerwonego), które można wykorzystać do podgrzania płynu chłodzącego bez dalszej zamiany energii na energię elektryczną. Ta alternatywna zasada jest stosowana w kolektory słoneczne, gdzie za pomocą reflektorów promieniowanie podczerwone jest skoncentrowane i przenoszone przez chłodziwo do systemu grzewczego.

Kolektor słoneczny jako element domowego systemu grzewczego

Alternatywna energia wiatru

Najłatwiejszym sposobem samodzielnego zbudowania turbiny wiatrowej jest użycie generatora samochodowego. W celu zwiększenia prędkości i napięcia alternatywnego źródła energii elektrycznej (wydajności wytwarzania energii elektrycznej) należy zastosować przekładnię lub napęd pasowy. Wyjaśnienie wszelkiego rodzaju niuansów technologicznych wykracza poza zakres tego artykułu - trzeba przestudiować zasady aerodynamiki, aby zrozumieć proces przekształcania prędkości przepływu mas powietrza w alternatywną energię elektryczną.

Na początkowym etapie badania perspektyw konwersji odnawialnych źródeł alternatywnej energii wiatrowej na energię elektryczną należy wybrać projekt wiatraka. Najpopularniejsze konstrukcje to śmigło o osi poziomej, wirnik Savoniusa i turbina Darrieusa. Śmigło trójłopatowe jako źródło energii alternatywnej jest najczęstszą opcją dla domowych.

Odmiany turbin Dariera

Przy projektowaniu łopat śmigła duże znaczenie ma prędkość kątowa obrotu wiatraka. Istnieje tzw. współczynnik sprawności śmigła, który zależy od prędkości przepływu powietrza, a także długości, przekroju, liczby i kąta natarcia łopatek.

Ogólnie rzecz biorąc, tę koncepcję można rozumieć w następujący sposób - przy małym wietrze długość łopat o najbardziej udanym kącie natarcia nie wystarczy do osiągnięcia maksymalnej wydajności wytwarzania energii, ale przy wielokrotnym wzmocnieniu przepływu i zwiększeniu przy prędkości kątowej krawędzie ostrzy napotkają nadmierny opór, który może je uszkodzić.

Złożony profil łopaty wiatraka

Dlatego długość łopat obliczana jest na podstawie średniej prędkości wiatru, płynnie zmieniając kąt natarcia względem odległości od środka śmigła. Aby zapobiec pękaniu łopat podczas wichury, przewody generatora są zwarte, co zapobiega obracaniu się śmigła. Do przybliżonych obliczeń jeden kilowat alternatywnej energii elektrycznej można pobrać z trójłopatowego śmigła o średnicy 3 metrów przy średniej prędkości wiatru 10 m/s.

Do stworzenia optymalnego profilu ostrza potrzebne jest modelowanie komputerowe oraz maszyna CNC. W domu rzemieślnicy używają improwizowanych materiałów i narzędzi, starając się jak najdokładniej odtworzyć rysunki alternatywnych źródeł energii wiatrowej. Jako materiały stosuje się drewno, metal, plastik itp.

Domowe śmigło turbiny wiatrowej wykonane z drewna i blachy

Aby wytworzyć energię elektryczną, moc generatora samochodowego może nie wystarczyć, więc rzemieślnicy wytwarzają maszyny elektryczne własnymi rękami lub przerabiają silniki elektryczne. Najbardziej popularną konstrukcją alternatywnego źródła energii elektrycznej jest wirnik z naprzemiennie umieszczonymi magnesami neodymowymi i stojanem z uzwojeniami.

Domowe wirniki generatora
Stojan z uzwojeniami do domowego generatora

Biogaz alternatywnych źródeł energii

Biogaz jako źródło energii pozyskiwany jest głównie na dwa sposoby – tj piroliza i beztlenowy (beztlenowy) rozkład materii organicznej. Piroliza wymaga ograniczonego dopływu tlenu do utrzymania temperatury reakcji, podczas gdy uwalniane są gazy palne: metan, wodór, tlenek węgla i inne związki: dwutlenek węgla, kwas octowy, woda, pozostałości popiołu. Jako źródło pirolizy najlepiej nadają się paliwa o wysokiej zawartości żywicy. Poniższy film pokazuje wizualną demonstrację uwalniania palnych gazów z drewna podczas ogrzewania.

Do syntezy biogazu z produktów przemiany materii organizmów stosuje się zbiorniki metanu o różnej konstrukcji. Sensowne jest zainstalowanie metatanu w domu własnymi rękami, jeśli w gospodarstwie domowym znajduje się kurnik, chlew i bydło. Głównym gazem wyjściowym jest metan, jednak duża ilość zanieczyszczeń siarkowodorem i innymi związkami organicznymi wymaga zastosowania systemów oczyszczania w celu usunięcia odorów i zapobieżenia zatykaniu się palników w generatorach ciepła lub zanieczyszczeniu dróg paliwowych silnika.

Potrzebne jest dokładne badanie energii procesów chemicznych, technologie ze stopniowym zestawem doświadczeń, po przejściu ścieżki prób i błędów, w celu uzyskania palnego gazu biologicznego o akceptowalnej jakości na wyjściu ze źródła.

Bez względu na pochodzenie, po oczyszczeniu, mieszanina gazów jest podawana do źródła ciepła (kocioł, piec, palnik pieca) lub do gaźnika generatora benzynowego – w ten sposób uzyskuje się pełnoprawną energię alternatywną przy własnym ręce. Przy wystarczającej mocy generatorów gazowych możliwe jest nie tylko zaopatrzenie domu w energię alternatywną, ale także zapewnienie działania małej produkcji, jak pokazano na filmie:

Maszyny termiczne do oszczędzania i pozyskiwania energii alternatywnej

Pompy ciepła są szeroko stosowane w lodówkach i klimatyzatorach. Zauważono, że do przeniesienia ciepła potrzeba kilka razy mniej energii niż do jego wytworzenia. Dlatego zimna woda ze studni ma potencjał termiczny w stosunku do mroźnej pogody. Obniżając temperaturę wody bieżącej ze studni lub z głębi niezamarzającego jeziora, pompy ciepła pobierają ciepło i przekazują je do systemu grzewczego, osiągając przy tym znaczne oszczędności energii elektrycznej.

Oszczędność energii dzięki pompie ciepła

Innym typem silnika cieplnego jest silnik Stirlinga, napędzany energią różnicy temperatur w zamkniętym układzie cylindrów i tłoków umieszczonych na wale korbowym pod kątem 90º. Obrót wału korbowego może być wykorzystany do wytwarzania energii elektrycznej. W sieci jest wiele materiałów z zaufanych źródeł, które szczegółowo wyjaśniają zasadę działania silnika Stirlinga, a nawet podają przykłady domowych projektów, jak na poniższym filmie:

Niestety domowe warunki nie pozwalają na stworzenie silnika Stirlinga o parametrach wyjściowych energii wyższych niż zabawkowa zabawka czy stanowisko demonstracyjne. Aby uzyskać akceptowalną moc i wydajność, wymagane jest, aby gaz roboczy (wodór lub hel) znajdował się pod wysokim ciśnieniem (200 atmosfer lub więcej). Podobne silniki cieplne są już stosowane w elektrowniach słonecznych i geotermalnych i zaczynają być wprowadzane do sektora prywatnego.

Silnik Stirlinga w ognisku zwierciadła parabolicznego

Aby uzyskać najbardziej stabilną i niezależną energię elektryczną w wiejskim domu lub w prywatnym domu, musisz połączyć kilka alternatywnych źródeł energii.

Innowacyjne pomysły na tworzenie alternatywnych źródeł energii

Żaden koneser nie będzie w stanie w pełni objąć całego wachlarza możliwości odnawialnej energii alternatywnej. Alternatywne źródła energii są dostępne dosłownie w każdej żywej komórce. Na przykład glony chlorella od dawna znane są jako źródło białka w pokarmach dla ryb.

Trwają eksperymenty mające na celu hodowanie chlorelli w stanie nieważkości, która w przyszłości posłuży jako pokarm dla astronautów podczas długodystansowych lotów kosmicznych. Potencjał energetyczny alg i innych prostych organizmów jest badany pod kątem syntezy palnych węglowodorów.

Akumulacja światła słonecznego w żywych komórkach chlorelli hodowanych w zakładach przemysłowych

Należy pamiętać, że nie wynaleziono jeszcze konwertera i akumulatora energii słonecznej lepszego niż fluoroplast żywej komórki. Dlatego potencjalne odnawialne źródła alternatywnej energii elektrycznej są dostępne w każdym zielonym liściu, który wdraża fotosynteza.

Główną trudnością jest zebranie materiału organicznego, przy użyciu procesów chemicznych i fizycznych, aby uzyskać stamtąd energię i przekształcić ją w energię elektryczną. Już teraz duże obszary użytków rolnych przeznaczane są pod uprawę alternatywnych roślin energetycznych.

Zbiór miskanta - rośliny uprawnej w rolnictwie energetycznym

Elektryczność atmosferyczna może służyć jako kolejne kolosalne źródło energii alternatywnej. Energia piorunów jest ogromna i ma niszczycielskie skutki, a piorunochrony służą do ochrony przed nimi.

Trudności w ograniczaniu potencjału energetycznego wyładowań atmosferycznych i elektryczności atmosferycznej występują przy wysokim napięciu i prądzie wyładowania w bardzo krótkim czasie, co wymaga stworzenia wielostopniowych układów kondensatorów do gromadzenia ładunku, a następnie wykorzystywania zmagazynowanej energii. Dobre perspektywy ma również statyczna elektryczność atmosferyczna.