Возобновляемые источники энергии: что это такое, их виды и способы использования

Отходы в доходы: биогазовые установки

Все альтернативные источники энергии имеют природное происхождение, но получать двойную выгоду можно только от биогазовых установок. В них перерабатываются отходы жизнедеятельности домашних животных и птицы. В результате получается некоторый объем газа, который после очищения и осушения можно использовать по прямому назначению. Оставшиеся переработанные отходы можно продать или использовать на полях для повышения урожайности — получается очень эффективное и безопасное удобрение.

Из навоза тоже можно получать энергию, только не в чистом виде, а в виде газа

Коротко о технологии

Образование газа происходит при брожении, и участвуют в этом бактерии, живущие в навозе. Для выработки биогаза подходят отходы любого скота и птицы, но оптимален навоз КРС. Его даже добавляют к остальным отходам для «закваски» — в нем содержатся именно нужные для переработки бактерии.

Для создания оптимальных условий необходима анаэробная среда — брожение должно проходить без доступа кислорода. Потому эффективные биореакторы — закрытые емкости. Чтобы процесс шел активнее, необходимо регулярное перемешивание массы. В промышленных установках для этого устанавливаются мешалки с электроприводами, в самодельных биогазовых установках это обычно механические устройства — от простейшей палки до механических мешалок, которые «работают» от силы рук.

Принципиальная схема биогазовых установок

В процессе образования газа из навоза участвуют два типа бактерий: мезофильные и термофильные. Мезофильные активны при температуре от +30°C до +40°C, термофильные — при +42°C до +53°C. Более эффективно работают термофильные бактерии. При идеальных условиях выработка газа с 1 литра полезной площади может достигать 4-4,5 литров газа. Но поддерживать в установке температуру в 50°C очень непросто и затратно, хотя затраты себя оправдывают.

Немного о конструкциях

Самая простая биогазовая установка — это бочка с крышкой и мешалкой. В крышке сделан вывод для подключения шланга, по которому газ поступает в резервуар. От такого объема много газа не получите, но на одну-две газовые горелки его хватит.

Более серьезные объемы можно получить от подземного или надземного бункера. Если речь о подземном бункере, то его делают из железобетона. Стенки от грунта отделяют слоем теплоизоляции, саму емкость можно разделить на несколько отсеков, в которых будет происходить переработка со сдвигом во времени. Так как работают в таких условиях обычно мезофильные культуры, весь процесс занимает от 12 до 30 дней (термофильные перерабатывают за 3 дня), потому сдвиг по времени желателен.

Схема бункерной биогазовой установки

Навоз поступает через бункер загрузки, с противоположной стороны делают люк выгрузки, откуда отбирают переработанное сырье. Заполняется бункер биосмесью не полностью  — порядка 15-20%  пространства остается свободным — тут скапливается газ. Для его отвода в крышку встраивается трубка, второй конец которой опускается в гидрозатвор — емкость частично заполненную водой. Таким образом газ осушается — в верхней части собирается уже очищенный, он отводится при помощи другой трубки и уже может подавиться к потребителю.

Использовать альтернативные источники энергии может каждый. Владельцам квартир осуществить это сложнее, а вот в частном доме можно хоть все идеи реализовать. Есть уже даже реальные примеры того. Люди обеспечивают полностью потребности свои и немалого хозяйства.

Источники энергии для дома: фото

Кол-во блоков: 22 | Общее кол-во символов: 24523 Количество использованных доноров: 4 Информация по каждому донору:

1. https://USamodelkina.ru/green-energy/: использовано 14 блоков из 15, кол-во символов 4416 (18%)
2. https://akbinfo.ru/alternativa/alternativnaja-jenergija-gotovye-reshenija-svoimi-rukami.html: использовано 1 блоков из 2, кол-во символов 10560 (43%)
3. https://220v.guru/vse-ob-elektroenergii/alternativnyy-istochnik-energii-dlya-chastnogo-doma.html: использовано 1 блоков из 4, кол-во символов 4210 (17%)
4. https://sad24.ru/postrojki/sobiraem-alternativnyj-istochnik-energii.html: использовано 6 блоков из 8, кол-во символов 5337 (22%)

Тепловые насосы для отопления дома

Тепловые насосы используют все имеющиеся в наличии альтернативные источники энергии. Они отбирают тепло у воды, воздуха, грунта. В небольших количествах это тепло есть там даже зимой, вот его и собирает тепловой насос и перенаправляет на обогрев дома.

Тепловые насосы также используют альтернативные источники энергии — тепло земли, воды и воздуха

Принцип работы

Чем же так привлекательны тепловые насосы? Тем, что затратив 1 кВт энергии на ее перекачку, в самом плохом варианте вы получите 1,5 кВт тепла, а самые удачные реализации могут дать до 4-6 кВт. И это никак не противоречит закону сохранения энергии, ведь расходуется энергия не на получение тепла, а не его перекачивание. Так что никаких нестыковок.

Схема теплового насоса для использования альтернативных источников энергии

У тепловых насосов есть три рабочих контура: два наружных и они внутренний, а также испаритель, компрессор и конденсатор. Работает схема так:

• В первом контуре циркулирует теплоноситель, который отбирает тепло у низкопотенциальных источников. Он может быть опущен в воду, закопан в землю, а может отбирать тепло у воздуха. Самая высокая температура, которая достигается в этом контуре — около 6°C.
• Во внутреннем контуре циркулирует теплоноситель с очень низкой температурой кипения (обычно 0°C). Нагревшись, хладагент испаряется, пар попадает в компрессор, где сжимается до высокого давления. При сжатии выделяется тепло, пары хладагента разогреваются до температуры в среднем от +35°C до +65°C.
• В конденсаторе тепло передается теплоносителю из третьего — отопительного — контура. Остывающие пары конденсируются, затем дальше попадают в испаритель. И далее цикл повторяется.

Отопительный контур лучше всего делать в виде теплого пола. Температуры для этого самые подходящие. Для радиаторной системы потребуется слишком большое число секций, что некрасиво и невыгодно.

Альтернативные источники тепловой энергии: откуда и как брать тепло

Но самые большие сложности вызывает устройство первого внешнего контура, который собирает тепло. Так как источники низкопотенциальные (тепла у низ мало), то для сбора его в достаточном количестве требуются большие площади. Есть четыре вида контуров:

• Кольцами уложенные в воде трубы с теплоносителем. Водоем может быть любым — река, пруд, озеро. Главное условие — он не должен промерзать насквозь даже в самые сильные морозы. Более эффективно работают насосы, выкачивающие тепло из речки, в стоячей воде тепла передается намного меньше. Такой источник тепла реализуется проще всего — закинуть трубы, привязать груз. Только велика вероятность случайного повреждения.

• Термальные поля с закопанными ниже глубины промерзания трубами. В этом случае недостаток один — большие объемы земляных работ. Приходится снимать грунт на большой площади, да еще на солидную глубину.

• Использование геотермальных температур. Бурят некоторое количество скважин большой глубины, в них опускают контура с теплоносителем. Чем хорош этот вариант — мало места требует, но не везде есть возможность бурить на большие глубины, да и услуги буровых стоят немало. Можно, правда, сделать буровую установку самостоятельно, но работа все равно нелегкая.

• Извлечение тепла из воздуха. Так работают кондиционеры с возможностью обогрева — отбирают тепло у «забортного» воздуха. Даже при минусовой температуре такие агрегаты работают, правда при не очень «глубоком» минусе — до -15°C. Чтобы работа была интенсивнее, можно использовать тепло от вентиляционных шахт. Закинуть туда несколько переть с теплоносителем и качать оттуда тепло.

Основной недостаток тепловых насосов — высокая цена самого насоса, да и монтаж полей сбора тепла обходится недешево. На этом деле можно сэкономить, сделав насос самостоятельно и также своими руками уложив контура, но сумма все равно останется немалой. Плюс в том, что отопление будет недорогим а действовать система будет долго.

Состояние альтернативной энергетики в России

В 90-е годы, в связи с определёнными событиями (распад СССР), многие программы по исследованиям в сфере альтернативной энергетики были частично или полностью прекращены. Затем были попытки вновь начать исследования в этом направлении, и даже определились регионы Российской Федерации, в которых развитие данной сферы особенно перспективно. Но несмотря на это в 2000-е годы исследования в этой сфере были практически прекращены.

Одной из причин прекращения работы в данной сфере стала высокая цена на нефть, что, в свою очередь, отбило желание у государства вкладывать средства в поиски новых способов получения энергии.

Генератор из биоотходов

Биогаз – это экологически чистый вид топлива. Используют его аналогично природному газу. Технология производства основана на жизнедеятельности анаэробных бактерий. Отходы помещают в ёмкость, в процессе разложения биологических материалов выделяются газы: метан и сероводород с примесью углекислоты.

Данную технологию активно используют в Китае и на животноводческих фермах Америки. Чтобы в домашних условиях получать биогаз непрерывно, нужно иметь фермерское хозяйство или доступ к бесплатному источнику навоза.

Генератор из биоотходов

Для сооружения такой установки понадобится герметичная ёмкость с вмонтированным шнеком для перемешивания, патрубок для отвода газа, горловина для загрузки отходов и штуцер для выгрузки отработанных отходов. Конструкция должна быть идеально герметичной. Если газ не будет отбираться постоянно, то понадобится установить предохранительный клапан для сброса избыточного давления, чтобы у ёмкости не сорвало «крышу». Порядок действий следующий.

1. Выбираем место для обустройства ёмкости. Размер подберите исходя из количества имеющихся отходов. Для эффективной работы целесообразно её заполнение на две трети. Резервуар может быть металлическим или из армированного бетона. Большое количество биогаза не удастся получить из маленькой ёмкости. Из тонны отходов выйдет 100 кубов газа.
2. Чтобы ускорить процесс работы бактерий, потребуется подогрев содержимого. Его можно осуществить несколькими путями: под ёмкость поместить змеевик, подключенный к системе отопления или установить ТЭНы.
3. Анаэробные микроорганизмы находятся в самом сырье, при определённой температуре они становятся активными. Автоматическое устройство в водонагревательных котлах включит обогрев при поступлении новой партии и отключит, когда отходы прогреются до заданной температуры. Полученный газ можно преобразовать в электричество через газовый электрогенератор.

Совет. Отработанные отходы используются в качестве компостного удобрения для садовых грядок.

Тепловой насос

1. Наружный и внутренний контур с фреоном.
2. Испаритель.
3. Компрессор.
4. Конденсатор.

Схема работы теплового насоса

Коллектор можно установить вертикально, если площадь участка не позволяет установить горизонтальный. Бурят несколько глубоких скважин и опускают в них контур. Горизонтально его располагают в грунт на глубину полтора метра. Если дом расположен на берегу водоёма, теплообменник прокладывают в воде. Компрессор можно взять от кондиционера. Конденсатор изготавливается из 120 л бака. В ёмкость вставляется медный змеевик, по нему будет циркулировать фреон, и вода из отопительной системы начнёт прогреваться.

Испаритель изготавливается из пластиковой бочки объёмом более 130 литров. В этот бак вставляется ещё один змеевик, его совмещение с предыдущим будет осуществляться через компрессор. Патрубок испарителя делают из обрезка канализационной трубы. Посредством патрубка регулируется поступление воды из водохранилища.

Испаритель опускается в водоём. Вода, обтекая его, побуждает испарение фреона. Газ поднимается в конденсатор и отдаёт тепло воде, которая окружает змеевик. Теплоноситель циркулирует в системе отопления, обогревая помещение.

Совет

Температура воды водоёма не имеет значения, важно лишь её постоянное наличие

Можно ли сделать своими руками в домашних условиях

При наличии свободного времени, желания, а также умения работать ручным инструментом, можно создать установки, с помощью которых использовать альтернативные источники для своих нужд, как в виде электрической, так и тепловой энергии.

Это касается всех выше перечисленных видов альтернативной энергетики, так для:

• Солнечных электростанций – можно самостоятельно изготовить солнечные батареи, используя фотоэлементы заводского производства, а также собрать контроллер заряда и инвертор, являющиеся элементами таких установок.
• Ветровых установок – также, как и для солнечных станций, электронные устройства (контроллер, инвертор) собираются достаточно просто с использованием существующих электрических схем и из элементов заводского производства. Самый важный элемент, ветрогенератор – можно изготовить из имеющихся запасных частей и материалов.
• Микро ГЭС – изготовить и смонтировать может каждый, если есть река или водоем, где можно соорудить плотину. Конструкция и вид гидротурбины, зависят от типа водоема и рельефа местности.
• Биогазовую установку – создать не составит труда любому сельскому жителю, условиями для этого будут – наличие необходимого количества биомассы и температура окружающего воздуха, позволяющая происходить процессу ее брожения.

Принцип действия и применение солнечных батарей в частном доме

Физическое явление, на котором основан принцип работы этого источника энергии – фотоэффект. Солнечный свет, попадая на её поверхность, высвобождает электроны, что создает избыточный заряд внутри панели. Если подключить к ней аккумулятор, то благодаря зарнице в количестве зарядов в цепи появится ток.

Принцип работы солнечной батареи заключается в фотоэффекте

Конструкции, способные улавливать и преобразовывать энергию солнца, многочисленны, разнообразны и постоянно улучшаются. Для множества народных умельцев совершенствование этих полезных конструкций превратилось в отличное хобби. На тематических выставках такие энтузиасты охотно демонстрируют множество полезных идей.

Чтобы сделать солнечные батареи, необходимо приобрести монокристаллические или поликристаллические фотоэлементы, поместить их в прозрачный каркас, который фиксируют прочным корпусом

Основа солнечной батареи — специальные кристаллы, которые улавливают энергию. В домашних условиях такие элементы изготовить невозможно, их придется приобретать

Кристаллы очень хрупкие, обращаться с ними нужно осторожно. Чтобы сделать солнечную батарею, необходимо:

1. Изготовить каркас для солнечных батарей из прозрачного материала, например, оргстекла.
2. Сделать корпус из металлического уголка, фанеры и т. п.
3. Аккуратно спаять кристаллические элементы в схему.
4. Поместить фотоэлементы в каркас.
5. Выполнить монтаж корпуса.

Вообще существует два вида фотоэлементов: монокристаллические и поликристаллические. Первые более долговечны и имеют КПД около 13%, а вторые быстрее выходят из строя, их КПД несколько ниже — менее 9%. Однако монокристаллические фотоэлементы хорошо работают лишь при стабильном потоке солнечной энергии, в облачный день их эффективность становится значительно ниже. А вот поликристаллические элементы переносят капризы погоды гораздо лучше.

Полученное электричество можно использовать для питания бытовой техники или же для обогрева помещения при помощи технологии теплого пола. Но энергия солнца пригодна не только для выработки электрической энергии. С помощью солнечной энергии можно нагревать воду. Об этом в следующем разделе статьи. Итак, преимущества этого источника энергии:

• неиссякаемость;
• отсутствие каких-либо отходов или шумов в процессе производства энергии;
• автономность;
• относительно дешевое техническое обслуживание;
• прогрессивность;

Недостатки этой технологии таковы:

• высокая стоимость самих панелей и наладочных работ;
• небольшое загрязнение планеты выбросами при производстве;
• дорогие аккумуляторные батареи;
• низкий КПД панелей, и, как следствие, необходимость их большого количества.

Видео: изготовление солнечной батареи своими руками

Готовые батареи размещают, разумеется, на самой солнечной стороне крыши. При этом следует предусмотреть возможность регулирования наклона панели. Например, во время снегопадов панели следует размещать практически вертикально, иначе слой снега может помешать работе батарей или даже повредить их.

Ресурсы возобновляемой энергии

Под понятием «альтернативные источники энергии» подразумевают привычные природные явления, неисчерпаемые ресурсы, вырабатывающиеся естественным образом. Такую энергию ещё называют регенеративной или «зелёной».

К невозобновляемым источникам энергии относят: нефть, природный газ и уголь. Их количество на земном шаре стремительно уменьшается, поэтому требуется замена.Да и экологическое состояние оставляет желать лучшего: выброс углекислого газа, парниковый эффект и глобальное потепление.Поскольку люди получает энергию, в основном за счёт сжигания ископаемого топлива и работы атомных электростанций, появляется нужда в более экологичных способах добычи энергии, которые приносят меньше вреда. Альтернативная энергетика нужна не только для промышленных целей, но и в простых домах для отопления, горячей воды, освещения, работы электроники.

Основные ресурсы:

• Солнечный свет
• Водные потоки
• Ветер
• Приливы
• Биотопливо (топливо из растительного или животного сырья)
• Геотермальная теплота (недра Земли)

Горючие ископаемые

В настоящее время используются три вида горючих ископаемых: каменный уголь, нефть и природный газ. На их долю приходится около 90 % мировой энергии. Уголь. Мировые запасы всех видов углей оцениваются в 13800 млрд. т., а дополнительные потенциальные ресурсы — в 6650 млрд. т. География распределения такова: примерно 43 % углей мира залегают в России, 29 % — в Северной Америке, 14,5 % — в странах Азии, главным образом в Китае, и 5,5 % — в Европе. На остальной мир приходится 8 %.

Хотя уголь во всём мире не является ведущим видом топлива, в некоторых странах он всё ещё преобладает, и, возможно, в будущем трудности в снабжении нефтью и газом приведут к возрастающему использованию угля. При использовании угля возникает много трудностей. Он содержит от 0,2 % до 7 % серы, присутствующей в основном в виде пирита FeS2, сульфата закисного железа FeSO4⋅7H2O, гипса CaSO4⋅2H2 O и некоторых органических соединений.

Когда уголь сгорает, выделяется окисленная сера, выбросы которой в атмосферу вызывают кислотные дожди и смог. Другая проблема — это сама добыча угля. Подземные методы разработки трудны и даже опасны. Разработка открытым методом более эффективна и менее опасна, но вызывает нарушение поверхностного слоя на большой площади. В современном мире основное применение в качестве источников энергии имеют нефть и природные углеводородные газы.

Тепловая энергия Земли

Огромное количество тепловой энергии хранится в глубинах Земли. Это обусловлено тем, что температура ядра Земли чрезвычайно высока. В некоторых местах земного шара происходит прямой выход высокотемпературной магмы на поверхность Земли: вулканические области, горячие источники воды или пара. Энергию этих геотермальных источников и предлагают использовать в качестве альтернативного источника сторонники геотермальной энергетики. Используют геотермальные источники по-разному. Одни источники служат для теплоснабжения, другие – для получения электричества из тепловой энергии.

Для разработки этого источника энергии используются геотермальные электростанции, использующие энергию высокотемпературных грунтовых вод, а также вулканов. На данный момент более распространенной является гидротермальная энергетика, использующая энергию горячих подземных источников. Гидротермальная энергетика, основанная на использовании «сухого» тепла земных недр, на данный момент развита слабо; основной проблемой считается низкая рентабельность данного способа получения энергии.

К преимуществам геотермальных источников энергии можно отнести неисчерпаемость и независимость от времени суток и времени года.

К негативным сторонам можно отнести тот факт, что термальные воды сильно минерализованы, а зачастую ещё и насыщены токсичными соединениями. Это делает невозможным сброс отработанных термальных вод в поверхностные водоёмы. Поэтому отработанную воду необходимо закачивать обратно в подземный водоносный горизонт. Кроме того, некоторые учёные-сейсмологи выступают против любого вмешательства в глубокие слои Земли, утверждая, что это может спровоцировать землетрясения.

Характеристики отдельных ВИЭ

Многие нетрадиционные и возобновляемые источники энергии без затруднений устанавливаются в жилых зданиях. Отдельные его виды можно применять в тяжелой и легкой промышленности, установив в производственных зданиях. В их число входят возобновляемые ресурсы, предоставляемые человеку самой природой.

Наибольшую популярность обрела энергия биомассы, являющаяся одним из видов «зеленой энергии». Она позволяет рационально использовать природные ресурсы планеты. Ресурсами являются отходы деревообрабатывающей и бумажной промышленности, отраслей сельского хозяйства, включая бытовой и строительный мусор, из которого вырабатывается естественным путем метан.

Воздушные массы атмосферы есть своего рода вечный неиссякаемый источник, потому что обладают огромной кинетической энергией. Они перемещаются под воздействием геологической деятельности ветра. Его сила преобразуется в электрическую энергию с помощью ветровых установок. Несмотря на довольно высокую стоимость, они успешно используются в районах со спокойным ландшафтом.

Еще один вечный источник энергии – Солнце. Солнечная энергетика является одним из направлений НВИЭ, основанной на непосредственном применении солнечного излучения для получения энергии. Она является бесплатным источником, который возобновляется. Помимо того, ее относят к категории «чистая энергетика», не производящей вредных отходов. Но солнечные установки применимы только в тех широтах планеты, где достаточно солнечного света для выработки электрической энергии.

Водный поток есть неиссякаемый источник, обладающий потенциальной и кинетической энергией. Она в ходе работы преобразуется в электрический ток. Ярким примером использования гидравлической энергии рек, воды является строительство малых и микро ГЭС, а также крупных ГЭС с большими мощностями.

Малые и микро ГЭС обрели популярность во многих странах, использующих энергию возобновляемых источников малых водотоков с целью выработки электрического тока. Нужно заметить, что в последние годы строительство крупных гидроэлектростанций сократилось до минимума.

«Зеленая энергетика» представлена энергией приливов и отливов океанов, морских волн и течений. Для их использования на берегу морей и океанов строятся приливные станции. Они преобразуют кинетическую энергию вращения Земли, возникающую за счет гравитационных сил Луны и Солнца, которые два раза в сутки изменяют уровень воды.

Достоинства и недостатки ВИЭ

Основное преимущество заключается в том, что возобновляемые ресурсы являются дешевым источником энергии. Это неиссякаемый источник энергии, который предоставлен в неограниченном количестве в окружающей среде, не являясь следствием целенаправленной деятельности человека.

Солнечные батареи

Альтернативное электричество от солнца в частном домостроении используется редко. Все дело в дороговизне солнечных элементов, которые устанавливаются в батареях. Отсюда и высокая стоимость всей установки. Хотя необходимо отметить, что это перспективное направление, от которого нельзя отказываться. Ведь ежегодно на один квадратный метр поверхности земли падает 1000 кВт энергии. Представляете, сколько человечество теряет. Если сравнить с другими видами топлива, то это 100 м³ газа или 100 литров солярки.

Конечно, таким способом получить электрический ток еще дорого. А вот нагреть так воду – это очень дешево. Вот почему солнечные коллекторы сегодня так востребованы у жителей загородных поселков.

Что такое альтернативная энергетика?

Прежде чем понять, что представляет собой альтернативная энергетика в России, необходимо разобраться с тем, что называется альтернативной энергетикой. Если говорить кратко, то альтернативная энергетика – это комплекс мер и способов, позволяющих получать энергию, используя для этого возобновляемые ресурсы.

К возобновляемым источникам энергии относится:

• Солнечная;
• Энергия вод;
• Ветровая;
• Приливная;
• Геотермальная энергия и многие другие источники энергии.

Ускоренные темпы развития являются характерной чертой для современной альтернативной энергетики во многих странах мира. Причина заключается в попытке снизить зависимость человечества от невозобновляемых источников энергии. Хорошей демонстрацией текущей зависимости человечества от нефти, газа и других подобных ресурсов стало такое известное событие, как нефтяной кризис 1973 года, который во многом способствовал поиску новых решений в сфере альтернативной энергетики.

Что касается положения России, то долгое время она не торопилась вести активные исследования в этой сфере, так как обладает большим количеством невозобновляемых источников энергии. На данный момент Россия обладает опытом в создании электростанций, которые используют в своей работе альтернативные источники энергии. Главной проблемой в этом направлении является отсутствие необходимой поддержки со стороны государства.