Альтернатива электричеству в частном доме

Ветровая энергия

Работа ветра используется человечеством достаточно давно – все парусные суда двигались благодаря его силе, ветряные мельницы благодаря ветру перемалывали зерно в муку.

Использованию потенциала ветра сегодня уделяется большое внимание – современные аналоги ветряных мельниц способны вырабатывать электро- и теплоэнергию в промышленных масштабах. Ветер – источник постоянной энергии, подаренный природой. Ветер – источник постоянной энергии, подаренный природой

Ветер – источник постоянной энергии, подаренный природой

Такой подъем в производстве ветрогенераторов стал возможен благодаря появлению новых композитных материалов. Их использование значительно увеличило мощность установок, использующих энергетику ветра, – более чем в 10 раз всего за последнее десятилетие.

Сегодня в России промышленно выпускают ветрогенераторы от самых компактных до огромных, существуют ветрогенераторы с вертикальной и горизонтальной осью вращения. Чтобы собрать для частного загородного дома самое простое устройство, достаточно иметь несколько магнитиков, проволоку и материал для лопастей.

Россия по использованию энергетического потенциала ветра находится на 56 месте в мире, уступая даже Люксембургу (в 3 раза больше мощность ветрогенераторов) и Кипру (в 5 раз больше мощность). При том, что в России огромный потенциал энергии ветра, взять, к примеру, побережье Дальнего Востока.

Преимущества работы ветрогенераторов очевидны:

• бесплатный источник неисчерпаемой энергии – ветер;
• ветрогенератор работает постоянно, полученная энергия запасается на аккумуляторных батареях, т. е. имеется всегда;
• экологическая чистота и бесшумность работы;
• эффективность работы не зависит от температурного режима – может использоваться в северных широтах, где солнечные батареи малоэффективны;
• производительность зимой возрастает, так как ветер зимой всегда сильнее;
• стоимость оборудования для использования энергии ветра значительно ниже, чем у солнечных батарей, т.е. окупаются они значительно быстрее.

При использовании ветрогенератора, этого альтернативного источника энергии для частного дома, следует учитывать следующие правила:

• для производительной работы установки необходим устойчивый (желательно сильный) ветер, открытое пространство;
• ветрогенератору необходим профилактический уход – раз в год обязательно проводить техобслуживание согласно инструкции;
• установка ветрогенераторов проводится на мачте значительной высоты – нужна высотная техника и специалисты по их установке, самостоятельно их монтировать не стоит.

Возобновляемые источники энергии в России

Возобновляемые источники энергии в России получили развитие сравнительно недавно. После 2000 годов, из-за сокращения количества энергоносителей и ухудшения экологической обстановки, необходимость внедрения различных видов возобновляемых источников энергии стала очевидной.

Вклад подобных технологий в производство электроэнергии до этих пор составлял 1 %, в теплоэнергетике ─ 2%. Т.е. инвестиции в ВИЭ были минимальны, а основными энергоносителями страны выступали уголь, нефть и газ.

Перспективы развития гелиоэнергетики в России

Самым эффективным является использование установок напрямую преобразующих солнечную энергию в электричество. Они работают на основе монокристаллов, поликристаллов, аморфного кремния. Такие батареи автоматизированы, практически не затрачивают энергию на себя. Они подлежат ремонту, мощность можно регулировать, добавляя или убирая секции. Подобные коллекторы активно устанавливаются в Ставропольском, Краснодарском крае, Ростовской области, Дагестане.

Перспективы развития ветроэнергетики

Экономика ВИЭ в России под ветроэнергетику отводит 25–30% всего объема электричества. Такой показатель неплох, учитывая что страна не входит в число лидеров по использованию ВИЭ. Ветроэнергетика страны имеет мощность 20000 МВт. Уже сейчас работают ветровые станции с высоким КПД на предгорье Кавказа, на Алтае, в районах побережий морей. Мощные ветропарки располагаются на территории Крыма, в Калининградской области, на Алтае. Рассматривается вопрос постройки установок на берегу Каспийского и Азовского морей.

Кроме стационарных «ветряков» запускаются ветровые зонды (на высоту 2-3 км), имеющие более высокий КПД. Это обусловлено сильными порывами ветрами на высоте. Также широко применяются малые ветровые площадки для обеспечения электричеством близлежащих сел и деревень.

Перспективы развития геотермальной энергетики

На мировом рынке геотермальной энергетики вклад России примерно 10%, это весомая часть. Перспективы развития данной отрасли промышленности имеют Краснодарский край (около 12 месторождений), Камчатка, Кавказ, Калининградская область.

В Камчатском регионе работают несколько геотермальных станций мощностью по 80 МВт каждая, которые обеспечивают ¼ энергетических потребностей области. Согласно мнению специалистов Института вулканологии РАН, ресурсы одной только Камчатки составляют не менее 5000 МВт, что даст возможность обеспечить регион теплом и электричеством на 100 лет.

Перспективы развития приливной электроэнергетики

На основе данных экспериментальной Кольской станции (1968), которая дает 450 квт/ч, было решено начать строительство подобных приливных электростанций на берегу Тихого и Северного Ледовитого океанов. Возводятся Мезенская (мощностью 18,2 млн кВт) и Тугурская ПЭС (мощностью 6,8 млн кВт). Подобное оборудование разрабатывается и устанавливается Россией на территории Китая и Индии.

Глобальный взгляд, почему в России переход на ВИЭ не осуществится

Достоинства традиционной топливной энергетики:

• Дешевизна.
  Человек не одно столетие добывает полезные ископаемые: технологии давно отработаны, месторождения найдены.
• Доступность.
  Оборудование необходимое для производства себя окупило. Промышленность – стабильный источник рабочих мест и дохода для владельцев.
• Востребованность.
  Спросом пользуется то, что дешево и эффективно. Эти два понятия связаны с добычей традиционных энергоносителей.

Топливная энергетика в России сегодня более перспективна, она справляется с поставленными задачами, тогда как нетрадиционная ─ лишь развивается. Для внедрения альтернативной энергетики необходимо преодолеть слишком большое количество препятствий, нужен потенциал и поддержка. Специалисты уверены, что на данном этапе ВИЭ в России могут быть лишь подспорьем для традиционных.

Понятия и виды

Возобновляемая энергия поступает из природных источников, ресурс которых является практически неисчерпаемым. Они способны постоянно восстанавливаться и пополняться естественным путём. Особенность использования возобновляемой энергии заключается в её получении из естественных природных процессов и передаче потребителю для применения.

Оба типа являются частью природных ресурсов планеты. Невосполняемые источники энергии представлены ископаемыми органическими запасами различных видов топлива: газ, нефть, уголь, торф. Темпы потребления этих ресурсов намного опережают темпы восстановления их объемов, поэтому запасы данного типа энергетических ресурсов либо заканчиваются, либо завершатся в не таком уж далеком будущем. Особняком стоит ядерная, но её использование содержит в себе много рисков для жизни и деятельности людей. Пользование нефтью и углем ведет к загрязнению атмосферы, нарушению природной экосистемы.

Теплоэлектростанция

Энергия указанных источников добывается путем целенаправленных действий человека и ведет к дополнительному нагреву окружающей среды. Последние исследования показывают, что средняя температура земной биосферы неуклонно повышается. Это вызывает негативные изменения в климате Земли.

Возобновляемые источники энергии — это естественные источники энергии, существующие в биосфере нашей планеты и постоянно пополняющиеся за счет энергии солнца и естественных процессов. Они не являются плодом прямой человеческой деятельности, что отличает их от невозобновляемых источников.

Использование возобновляемых источников энергии не добавляет дополнительной энергетической нагрузки, не ведет к повышению температуры на Земле. Экологически они безотходны, не загрязняют среду обитания.

Главное достоинство возобновляемых источников энергии — неисчерпаемость и экологическая чистота.

Рассмотрим, какие есть возобновляемые источники энергии. Согласно определению, данному ООН, к возобновляемым источникам энергии относятся:

• солнце;
• ветер;
• морские и океанские приливы и волны;
• подземные горячие ключи,
• гидроэнергетические ресурсы больших и малых рек.
• продукты биомассы.

Традиционные и нетрадиционные возобновляемые источники

Выделяют два типа возобновляемых источников энергии: традиционные и нетрадиционные.

Перечислим, какие возобновляемые источники энергии относятся к традиционным. Это источники, уже давно известные и активно используемые человечеством:

• гидроэлектростанции;
• традиционные способы сжигания продуктов биомассы (дров, торфа) для получения тепловой энергии;
• геотермальные ключи.

А теперь перечислим, какие возобновляемые источники энергии относятся к нетрадиционным. В данную группу включены ставшие применяться сравнительно недавно ресурсы:

• солнечные станции электрической и тепловой энергии;
• ветрогенераторы;
• электростанции, работающие на основе энергии морских волн, течений, приливов и океана и другие новейшие генераторы возобновляемой энергии.

Нюансы применения ветрогенераторов

В настоящее время ветряные турбины используются в различных сферах народного хозяйства. Промышленные модели разной мощности применяются нефтегазовыми, телекоммуникационными компаниями, буровыми и геолого-разведочными станциями, производственными объектами и государственными учреждениями.

Ветряк может использоваться в качестве дополнительного источника энергии в больницах и других учреждениях, чтобы обеспечить непрерывную подачу электроэнергии в аварийных ситуациях

Особо следует отметить важность применения ветряных установок для оперативного восстановления нарушенного электричества при катаклизмах и стихийных бедствиях. С этой целью ветрогенераторы часто применяются подразделениями МЧС. Бытовые ветротурбины прекрасно подходят для организации освещения и отопления коттеджных поселков и частных домов, а также для хозяйственных целей на фермах

Бытовые ветротурбины прекрасно подходят для организации освещения и отопления коттеджных поселков и частных домов, а также для хозяйственных целей на фермах.

При этом следует учесть некоторые моменты:

• Устройства до 1 кВт могут дать достаточное количество электроэнергии лишь в ветряных местах. Обычно выработанной ими энергии хватает лишь на светодиодное освещение и питание мелких электронных приборов.
• Чтобы полностью обеспечить электричеством дачу (загородный домик) понадобится ветряной генератор мощностью свыше 1 кВт. Такого показателя достаточно для питания осветительных приборов, а также компьютера и телевизора, однако его мощности недостаточно, чтобы снабдить электричеством круглосуточно работающий современный холодильник.
• Для обеспечения энергией коттеджа понадобится ветряк мощностью 3-5 кВт, однако даже такого показателя не хватит для отопления домов. Чтобы воспользоваться подобной функцией необходим мощный вариант, начиная от 10 кВт.

При выборе модели следует учесть, что показатель мощности, указанный на устройстве, достигается лишь при максимальной скорости ветра. Так, установка в 300В будет вырабатывать указанное количество энергии лишь при скорости потоков воздуха в 10-12 м/с.

Желающим соорудить ветрогенератор собственными руками мы предлагаем следующую статью, в которой детально изложена полезная информация.

СОЛНЕЧНЫЕ КОЛЛЕКТОРЫ — ОТЛИЧНЫЙ ВИД АЛЬТЕРНАТИВЫ

Современное отопление частного дома может быть обеспечено за счет многочисленных альтернативных способов обогрева, среди которых солнечный коллектор является одним из наиболее эффективных. В отличие от солнечных батарей, где вырабатывается солнечная электроэнергия, устройство солнечных коллекторов позволяет концентрировать тепловую энергию Солнца и направлять ее на нагревание теплоносителя (воды, масла, воздуха, антифриза и пр.). Циркулирующий в коллекторе теплоноситель нагревается, после чего накопленное тепло передается в резервуар-накопитель для последующего расходования в системе отопления и горячего водоснабжения.

Тепловые насосы для отопления

Тепловые насосы – это емкость, заполненная фреоном. Весь режим работы альтернативного устройства основан на цикле Карно, когда тепло забирается из окружающей среды.

Принцип работы теплового насоса

В состав насоса входят:

• Внешний контур, который заполняется теплоносителем природного происхождения.
• Внутренний контур, который заполняют проточной водой.
• Испаритель.
• Компрессор.
• Конденсатор.

Принцип работы заключается в том, что наружный контур помещается в любой тип теплоносителя, например, в водоем. При перепадах температуры (между дневными и ночными показателями) происходит выделение тепла водой. Этот выделенный излишек забирается внутренним контуром и преобразуется в энергию.

Сборка теплового насоса из подручных материалов

Для того, чтобы в домашних условиях изготовить альтернативный тепловой насос необходим в первую очередь компрессор мощностью не менее 7 кВт. Вторым элементом является конденсатор, который должен быть выполнен из нержавеющего металла. Внутрь бака помещается медный змеевик

Важно – там, где змеевик выходит из бака необходимо продумать элементы крепления, которые позволят подсоединить шланг. Суть змеевика заключается в том, что в нем будет находиться фреон

Пластиковый испаритель должен иметь приблизительно такой же объем бака, как и накопитель. В нем устанавливают продолжение змеевика, по которому в дальнейшем будет циркулировать фреон.

Вход в бак снабжается канализационной трубой. Бак будет наполняться водой из природного резервуара.

Схема работы и последовательность шагов:

• Испаритель устанавливается в водоеме. Он заполняется водой.
• Хладагент испаряется.
• Он поднимается по трубам и переходит в емкость испарителя.
• Из-за перепада температуры он конденсируется и выделяет тепло.

Какой источник автономного электроснабжения выбрать

Получить электроэнергию можно даже от печки. Однако, если учесть фактор затрат времени и сил, то всерьез можно рассматривать только те источники, которые могут работать сами по себе. По этой причине самыми популярными являются следующие способы обеспечения дома электричеством.

1. Генератор на жидком топливе

Например газовые генераторы доступны в самых разных вариантах, но использовать их в качестве постоянного источника электроэнергии в жилом доме не целесообразно. Причина заключается в:

1. дороговизне горючего;
2. шумности работы генератора;
3. наличие выхлопных газов;
4. необходимости выделения для генератора отдельного помещения или навеса. 

Цены генераторов на жидком топливе начинаются от 30 тысяч рублей. Однако дешевизна полученной электроэнергии иллюзорная, поскольку должна быть умножена на стоимость топлива.

На фото газовый генератор HONDA HG 5500 (SE) мощностью 4.0кВт, цена 121 тысяч рублей

2. Солнечная электростанция

Солнечная электростанция не требует внимания и топлива. Единственное, что им нужно – это интенсивный свет, а поскольку это топливо природа поставляет не регулярно, то и мощные аккумуляторы. При наличии последних в условиях климата с большим количеством солнечных дней обеспечить дом электричеством вполне возможно. 

Цены на комплект солнечной электростанции начинаются от 130 тысяч рублей. Окупаемость высокая, поскольку некоторые модели могут без проблем работать тридцать лет.

На фото «Солнечная дача» мощностью 1,6 кВт/400Ач/1000 Вт, цена 160 тысяч рублей за комплект

3. Ветрогенератор

Ветрогенераторы не менее популярны, чем солнечные батареи. Однако они еще более зависимы от капризов погоды, поэтому полагаться только на этот источник энергии можно не везде.

Самые простые ветрогенераторы стоят от 30 тысяч рублей. Их можно использовать для локальной выработки электроэнергии, но решить проблему полного энергоснабжения дома они не смогут. Более мощные ветряные генераторы для полноценного обеспечения жилища электричеством (от 3 кВт) обойдутся в 150 тысяч и выше.

Полноценный ветрогенератор мощностью 10 кВт стоит не менее 500 тысяч рублей. При среднем домашнем потреблении 250 кВт в месяц и цене 4 руб/кВт, такой ветряк будет окупаться более 40 лет

4. Мини гидроэлектростанция

Для мини ГЭС необходим водоток с небольшим перепадом высот для обеспечения эффекта падающей воды. В месте такого перепада устанавливается небольшая турбина, и электричество будет поступать в ваш дом постоянно, а главное – бесплатно. Под миниГЭС можно использовать естественный ручей или речку, а можно прорыть небольшой канал, проходящий через ваш участок. Однако такая ГЭС будет работать только в тёплое время года, потом придётся перейти на другие источники.

Если собирать гидроэлектрастанцию на 3-5 кВт из подручных материалов, то стоимость устройства не превысит 20 тысяч рублей

5. Альтернативные источники малой мощности

Сюда можно отнести электричество из земли и атмосферное электричество. Рассчитывать на полноценное элетроснабжение в обоих случаях не приходится, но для «дачных» нужд такие источник вполне пригодны.

Источники возобновляемой энергии

Ветрогенераторы на крыше частного дома

По причине ограниченности топливных ископаемых ученые всего мира разрабатывают и внедряют в эксплуатацию энергоисточники будущего. К возобновляемым относятся:

• Генераторы электричества – на территории России чаще всего используются электрические, бензиновые и газовые. Последний работает на сжиженном и природном топливе, за счет малошумности применяется в быту и является долговечным.
• Энергия солнца – человек пользуется электромагнитным излучением. Источник электричества и автономного отопления бесшумный, экологически безопасный.
• Ветряные установки – функционируют на основании трансформации кинетической энергии ветра в механическое вращение турбины, вырабатывающей переменный ток. Горизонтальные и вертикальные ветряки отличаются высоким КПД.
• Биотопливо – оптимальными вариантами будут жиры масличных культур, водоросли, газ от брожения органических отходов.
• Станции с водяным колесом – удобный энергоисточник, если рядом с домом имеется река. Турбинное колесо приводится в движении при помощи водных потоков.
• Геотермальные решения – на сейсмически активных территориях преобразовывают тепло, возникающее в момент выброса геотермальной воды.

Солнечная энергия

Пластины, которые обычно установлены на крышах домов, собирают солнечный свет и преобразуют его в электрическую энергию. В зависимости от мощности солнечной батареи, она может обеспечивать дом электричеством или даже теплом. Своими руками сделать солнечные батареи не получится – технологически сложные пластины можно только купить.

А солнечные коллекторы нагревают теплоноситель. Простейшие модели применяют для получения тёплой воды в душе, более сложные системы направляют энергию в котельную, где при помощи теплообменника нагревается вода и используется для отопления и ГВС дома.

Солнечная батарея на крыше частного дома

Будет ли окупаться солнечная панель, зависит от:

1. Климата (если в Испании такие батареи почти на каждой крыше, то в условиях Петербурга, результат может разочаровывать).
2. Угла наклона модулей.
3. Ориентированности на солнце (Для этого может понадобиться приобрести вращающуюся подставку).
4. Время, когда планируется использовать батареи (летом, зимой, круглый год).

В специальных таблицах можно посмотреть среднемесячные данные по количеству солнечной радиации для разных городов. Так, например, в Астрахани наклонная панель получит 184 кВт/ч на м2 в июле, а в январе только 56. Москва: июль – 167, январь – 20. Владивосток: июль – 109, январь – 169.

Как видно, солнечная энергия может стать отличным дополнительным источником энергии, если правильно расположить панель и не ожидать слишком многого.

Где купить солнечную батарею

Компания ЭнерджиВинд занимается ветрогенераторами и солнечными панелями. На официальном сайте можно найти примеры продукции:

• Солнечная панель EW-100W мощностью 100 Вт (1,2 м х 55 см) – 10500 руб.
• EW-310W – 310 Вт (1,9 м х 99см) – 27 тыс. руб.

Телефоны компании: +7 (495) 984-42-66 или +7 (925) 923-85-29 (10:00-19:00 ежедневно).

Микро – ГЭС

Понятно, что своя гидроэлектростанция доступна только там, где недалеко есть река или небольшой ручей.

Но мини-ГЭС — это одно из самых перспективных направлений альтернативной энергетики. Небольшие приборы не портят ландшафт и не зависят от погоды.

Гидроэлектростанции бывают:

1. Плотинные (напорные).
2. Бесплотинные (безнапорные).

По виду рабочего колеса различают гидроэлектростанции:

• Пропеллерные.
• Диагональные.
• Радиально-осевые.
• Ковшовые.

Обычно в комплект мини-ГЭС входят:

• Энергоблок.
• Управление.
• Блок нагрузки.
• Блок возбуждения.
• Рукавной водовод.

Примеры микро-ГЭС:

• PowerSpout BE 1,2 кВт. Может заряжать аккумуляторные батареи, подключённые напрямую к турбине. 55 тыс. руб.
• Микро-ГЭС Луч-2 бесплотинная (2 кВт) 67 тыс. руб.
• МикроГЭС10Пр от Инсэт (С-Петербург) 10 кВт, При t воздуха не ниже 0°С. Цены уточняются по звонку 7 (812) 312- 6804.

В будущем, когда источники нефти и газа начнут иссякать, а цены на привычное топливо сильно вырастут, поиски альтернативных источников энергии станут необходимостью. Пока же это не всегда экономически оправдано, поскольку оборудование стоит дорого.

2 Энергия ветра

Люди в древности умели использовать энергию ветра для различных целей. Конструкция с этих пор мало чем изменилась. Правда, вместо жернова стали применять привод генератора. Он преобразует энергию, получаемую в результате работы такой установки, в электричество. Рассматривая альтернативные источники тепловой энергии, некоторые владельцы частных домов останавливают свой выбор на этих установках. Следующие материалы потребуются для монтажа конструкций:

1. 1. Генератор. Его роль может выполнять мотор от стиральной машины. Для этого достаточно лишь немного видоизменить его.
2. 2. Мультипликатор.
3. 3. Преобразователь напряжения.
4. 4. Аккумулятор. Также потребуется регулятор уровня его заряда.

Самодельные ветрогенераторы можно создавать по различным схемам. Для начала необходимо собрать раму, установить поворотный узел. Вслед за ними монтируют генераторы лопасти. Устанавливают сбоку лопату, оснащенную пружинной стяжкой. На станину закрепляют генератор с пропеллером. После этого ее надо разместить на раме. Вслед за этим производят соединение с поворотным узлом и ставят токосъемник. Теперь можно соединить с генератором и подвести к батарее провода. Количество лопастей зависит от того, какой диаметр имеется у пропеллера

Также важное значение имеет объем вырабатываемого электричества

Применение энергии солнца

Подключение солнечной батареи к домашней электросети

Альтернативное электричество на основе электромагнитного солнечного излучения оправдано для людей, у которых есть дача за городом. Причина – показатель суммарной мощности в хорошую погоду не более 5-7 кВт за час. На сегодняшний день популярны несколько солнечных установок.

Солнечные батареи

Сборка устройств производится из фотоэлектрических преобразователей. Промышленные элементы конструируются из минеров, вырабатывающих ток при воздействии прямого света. В частном секторе популярны кремниевые преобразователи поли- и монокристаллического типа. Последние отличаются КПД 13-25 %, но поликристаллические дешевле. Температурный диапазон пластин – от -40 до +50 градусов.

Солнечные коллекторы

Вакуумные солнечные коллекторы

Используются для нагрева воздуха или воды. Пользователь может задать направление нагретых потоков, организовать резерв на случай плохой погоды. Производители выпускают три модификации коллекторов – воздушные, плоские и трубчатые.

• Плоские пластиковые. Представляют собой черную и прозрачную панель в одном корпусе с центральным змеевиком из меди. При воздействии солнечных лучей нагревается нижний темный элемент. Он передает тепло медному змеевику, который греет воду. Плоский коллектор подходит для подогрева воды в бассейне или летнем душе. Минус технологии – для нагрева больших объемов требуется много элементов.
• Трубчатые. Имеют вид вакуумных или коаксиальных трубочек из стекла. По ним стекает вода, нагретая солнцем. Тепло, сосредоточенное внутри специальной системой, нагревает воду в накопительном резервуаре. Для циркуляции водных потоков применяется нанос. Трубчатый коллектор – неплохое решение для подогрева воды в ГВС и отопления.
• Воздушные солнечные коллекторы. Устройства напоминают плоские пластиковые модели за счет черной нижней и прозрачной верхней панели. Габаритные установки находятся на восточной или юго-восточной стене. В них за счет солнечного тепла нагревает воздух, подаваемый в дом и хозяйственные помещения специальными вентиляторами.

Как разные страны мира выполняют планы по энергопереходу

Страны по всему миру поставили себе амбициозные задачи по переходу на возобновляемую энергию. Цели стали частью и Парижского соглашения — к 2030 году решения с нулевым выбросом углерода могут быть конкурентоспособными в секторах, на которые приходится более 70% глобальных выбросов. Сделать это планируется за счет энергетического перехода — процесса замены угольной экономики возобновляемой энергетикой. В 2020 году, несмотря на пандемию и экономическую рецессию, многие города, страны и компании продолжали объявлять или осуществлять планы по декарбонизации.

Зеленая экономика

Как государству продвигать экологическую повестку

Ожидается, что в 2021 году Индия внесет самый большой вклад в развитие возобновляемой энергетики. Здесь планируют запустить ряд ветряных и солнечных проектов.

В Евросоюзе также прогнозируется скачок в приросте мощностей в 2021 году. Здесь даже в условиях пандемии не забывают о Green Deal — крупнейшей в истории ЕС коррекции экономического курса. Цель проекта — сформировать в ЕС углеродно-нейтральное пространство к 2030 году. Для этого планируется сократить на 40% объем выбросов парниковых газов от уровня 1990 года и увеличить долю энергии из возобновляемых источников до 32% в общей структуре энергопотребления. Как посчитала Еврокомиссия, достичь этих задач можно будет с помощью ежегодных инвестиций в размере €260 млрд. Доля ВИЭ в энергосистеме ЕС также постоянно растет. Так, около 40% электроэнергии в первом полугодии 2020 года в ЕС было произведено из возобновляемых источников.

Пока же в лидерах инвестиций в развитие возобновляемой энергетики — Китай, США, Япония и Великобритания. С тех пор, как BloombergNEF начал отслеживать эти данные, глобальные инвестиции в ветровую и солнечную энергетику, биотопливо, биомассу и отходы, малую гидроэлектроэнергетику увеличились почти на порядок. В годовом выражении вложения в чистую энергию выросли с $33 млрд до более чем $300 млрд за 20 лет.

Китай за десять лет стал главным производителем оборудования для возобновляемой энергетики. В первую очередь, речь идет о солнечных панелях. Семь из десяти крупнейших мировых производителей солнечных батарей — это китайские компании. В целом развитие технологий удешевило стоимость строительства новых объектов ВИЭ. Это приближает планы Китая стать углеродно нейтральным к 2060 году.

Зеленая экономика

Ставка на солнце и уголь: два лица энергетики Китая

Серьезных шагов в сторону энергоперехода ожидают и от президента США Джо Байдена. Он не только вернул страну в Парижское соглашение, но и заявил о том, что намерен добиться чистых выбросов парниковых газов и перехода на 100% экологичной энергии к 2050 году.

Также к 2050 году планируют использовать только ВИЭ Япония, Южная Корея, Новая Зеландия и . Прошедший 2020 год уже стал самым экологичным для энергосистемы Великобритании со времен промышленной революции. Страна целых 67 дней смогла обходиться без угля. От традиционных источников энергии Британия планирует отказаться уже к 2025 году.

Активно развиваются ВИЭ в Испании — по прогнозам, сектор только солнечной энергетики в стране будет расти примерно вдвое быстрее, чем в Германии.

В 2020 году Шотландия получила 97% электроэнергии из возобновляемых источников. С помощью произведенной «зеленой» энергии получилось обеспечить электронужды более чем 7 млн домохозяйств. Шотландия планирует стать углеродной нейтральной уже к 2030 году.

Этот же год выбран временем полного отказа от традиционной энергетики для Австрии, а Саудовская Аравия запланировала к 2030 году получать 50% электроэнергии от ВИЭ.

Национальные цели по доле ВИЭ среди источников энергии

(Фото: REN21)

Полная версия отчета Renewables 2020 в формате PDF (см. стр. 57)

Особенности ветрогенераторов

Вертикальный ветрогенератор

Источники ветровой электроэнергии работают по принципу преобразования кинетической энергии в механическую, а затем – в переменный ток. Электричество можно получить при минимальной скорости ветрового потока от 2 м/с. Оптимальной является скорость ветра от 5 до 8 м/с.

Виды ветряных генераторов

По типу крепления ротора существуют модификации:

• Горизонтальные – отличаются минимальным количеством материалов для изготовления и большим КПД. Минусы прибора заключаются в высокой монтажной мачте и сложности механической части.
• Вертикальные – работают в большом диапазоне ветровой скорости. Специфика генератора – необходимость дополнительной фиксации мотора.

По количеству лопастей существуют одно- или многолопастные модели. По материалу лопасти классифицируются на парусные и жесткие. Винтовой шаг установки бывает изменяемым (можно выставить рабочую скорость) и фиксируемым.

Конструкция ветрогенератора

Конструкция ветрогенератора

Готовый ветряной генератор состоит из таких частей:

• вышка – ставится в ветреной зоне;
• лопастный генератор;
• контроллер лопастей – преобразует переменный ток в постоянный;
• инвертор – трансформирует постоянный ток в переменный;
• накопительный аккумулятор;
• резервуар для воды.

Накопительная АКБ сглаживает разницу в сезон ветров и период штиля.

Изготовление тихоходного ветрогенератора из генератора машины

Создание ветрогенератора из автомобильного генератора

Поскольку комплект для сборки ветрогенератора стоит от 250 до 300 тыс. руб, конструкцию целесообразно сделать собственноручно. Понадобится генератор автомобиля и аккумуляторная батарея.

Лопасти обеспечивают работу других устройств ветряка. Самостоятельно их можно изготовить из ткани, металла или пластиковой трубы следующим образом:

1. Выбрать материал с хорошей ветроустойчивостью – толщиной от 4 см.
2. Рассчитать длину лопасти так, что диаметр трубы равнялся 1/5.
3. Обрезать трубу и применять ее в качестве шаблонов.
4. Пройтись по краям всех элементов наждачкой для удаления неровностей.
5. Зафиксировать пластиковые лопасти на диске из алюминия.
6. Произвести балансировку колеса посредством фиксирования в горизонтальном положении.
7. Обточить края ветрового колеса при вращении.

Мачта должна быть надежной, прочной и не раскачиваться

Проект изготовления мачты нужно начать с выбора материала. Понадобится стальная труба длиной 7 м и диаметром 150-200 м. При наличии препятствий колесо поднимается выше их на 1 м.

Для дополнительной устойчивости конструкции изготавливаются колышки под растяжку из стального или оцинкованного троса 6-8 мм в толщину. Мачту и колышки нужно забетонировать.

Процесс переделки автогенератора заключается в перемотке старторного узла и создании ротора на основе неодимовых магнитов. В приборе просверливаются отверстия под них. Магниты нужно ставить, чередуя полюса и заполнять пустоты эпоксидкой.

Ротор оборачивается бумагой для перемотки катушки в одном направлении по трехфазной схеме. На последнем этапе генератор тестируется – при 300 оборотах должно показывать 30 В.

Чем больше витков на катушке, тем эффективнее работает генератор.

Альтернативные ветровые источники тепла и электрической энергии собираются после изготовления поворотной оси. Понадобится труба с двумя подшипниками и хвостовая часть из оцинкованного листа 1,2 мм в толщину.

Генератор крепится к мачте посредством рамы их профтрубы. Расстояние от балки до лопастей должно быть больше 25 см. После сборки базовой конструкции монтируются контроллер заряда, инвертор и АКБ.

Использование энергии солнца в частном доме

Излучение Солнца как альтернативная возобновляемая энергия является самым перспективным заменителем традиционных энергоносителей.

В России в частных загородных домах альтернативную энергию Солнца можно использовать для производства электроэнергии (гелиобатареи) и для получения тепла, где используют солнечные коллекторы (происходит нагрев теплоносителя).

Солнце – отличный вариант альтернативного источника энергии

Готовые установки, перерабатывающие свет в электроэнергию, солнечные панели, можно приобрести для частного дома в готовом виде, но их стоимость высока.

Для изготовления гелиобатарей необходимо выполнить следующие работы:

• купить фотоэлементы (моно- или поликристаллические);
• спаять их вместе согласно схеме;
• изготовить каркас и коробку (обычно используют оргстекло);
• усилить металлическим уголком или фанерой корпус изделия;
• размесить спаянные фотоэлементы в подготовленном каркасе;
• смонтировать такую установку на штатном месте.

Монтаж батарей проводят на самом освещенном месте крыши, при этом следует продумать способ регулировки их наклона.

Солнечная энергетика при использовании в частном доме имеет много преимуществ по сравнению с традиционными энергоносителями:

• неисчерпаемость;
• большое количество;
• доступность в любом месте планеты;
• экологичность;
• отсутствие шумов;
• низкие эксплуатационные затраты;
• совершенствование технологий их производства.

Есть и недостатки у гелиоэнергетики:

• значительные вложения на начальном этапе;
• нестабильность поступления энергии (зависит от времени суток);
• высокая цена аккумуляторных батарей;
• использование редкоземельных и дорогостоящих ингредиентов в тонкопленочных солнечных панелях, что приводит к их удорожанию.

В России альтернативные возобновляемые источники используются и для выработки тепла, самый известный тепловой насос – это солнечный коллектор. С его помощью, как самостоятельной единицы, можно обогревать частный дом или использовать коллектор в сочетании с другими источниками тепла.

Солнечный коллектор является сложным инженерным устройством, который сделать самому не получится.