Alternativní energie pro domácnost: přehled alternativních zdrojů energie

Úvod

Moderní globální ekonomika je závislá na bohatství z dob dinosaurů: ropě, plynu, uhlí a dalších fosilních palivech. Většina činností v našem životě, od jízdy metrem po ohřívání konvice v kuchyni, nakonec vyžaduje spalování tohoto prehistorického dědictví. Hlavním problémem je, že tyto snadno dostupné zdroje energie nejsou obnovitelné. Dříve nebo později lidstvo vyčerpá veškerou ropu z útrob Země, spálí všechen plyn a vytěží všechno uhlí. Na čem pak budeme ohřívat naše konvice?

Neměli bychom zapomínat ani na negativní dopad spalování paliv na životní prostředí. Zvýšení množství skleníkových plynů v atmosféře vede ke zvýšení průměrné teploty celé planety. Produkty spalování paliva znečišťují ovzduší. Postiženi jsou zejména obyvatelé velkých měst.

Všichni myslíme na budoucnost, i když se tak nestane ještě za našeho života. Svět si již dlouho uvědomuje omezení fosilních paliv. A negativní dopad jejich používání na životní prostředí. Přední státy již zavádějí programy postupného přechodu na čisté a obnovitelné zdroje energie.

Lidstvo po celém světě hledá a postupně zavádí náhradu za fosilní paliva. Solární, větrné, přílivové, geotermální a vodní elektrárny jsou po celém světě v provozu již dlouho. Zdá se, co nám brání v tom, abychom s jejich pomocí zajistili všechny potřeby lidstva právě teď?

Alternativní energie má ve skutečnosti mnoho problémů. Například problém geografického rozložení energetických zdrojů. Větrné elektrárny se staví pouze v oblastech, kde často fouká silný vítr, solární elektrárny se staví pouze v oblastech s minimálním počtem zatažených dnů a vodní elektrárny se staví na velkých řekách. Ropa samozřejmě také není všude dostupná, ale je snadnější ji získat.

Druhým problémem alternativní energie je nestabilita. Výroba elektřiny ve větrných elektrárnách závisí na větru, který neustále mění rychlost nebo zcela ustává. Solární elektrárny nefungují dobře při zataženém počasí a v noci nefungují vůbec.

Větrná ani solární energie nezohledňuje potřeby spotřebitelů energie. Současně je energetický výkon tepelné nebo jaderné elektrárny konstantní a snadno regulovatelný. Jediným způsobem, jak tento problém vyřešit, je vybudovat obrovská zařízení na skladování energie, aby se vytvořily rezervy pro případ nízké výroby. To však celý systém velmi prodražuje.

Kvůli těmto a mnoha dalším potížím se rozvoj alternativních zdrojů energie ve světě zpomaluje. Spalování fosilních paliv je stále jednodušší a levnější.

Zatímco v celosvětovém měřítku nejsou alternativní zdroje energie příliš výhodné, v jednotlivých domácnostech mohou být velmi atraktivní. Mnoho lidí je již postiženo neustále se zvyšujícími sazbami za elektřinu, teplo a plyn. Energetické společnosti sahají každým rokem hlouběji do kapes obyčejných lidí.

Odborníci z mezinárodního fondu rizikového kapitálu I2BF představili první přehled trhu s obnovitelnou energií. Podle jejich prognóz budou alternativní energetické technologie za 5 až 10 let konkurenceschopnější a rozšířené. Již nyní se rozdíl v nákladech na alternativní a konvenční energii rychle zmenšuje.

Náklady na energii se vztahují k ceně, kterou chce výrobce alternativní energie získat, aby získal zpět své kapitálové výdaje za dobu trvání projektu a zajistil návratnost 10 % investovaného kapitálu. Tato cena bude zahrnovat také náklady na dluhové financování, protože většina projektu je značně zadlužená.

Výše uvedený graf znázorňuje ocenění různých druhů alternativní a konvenční energie ve druhém čtvrtletí roku 2011 (obrázek 1).

Čísla ukazují, že geotermální energie, stejně jako odpadní a skládkový plyn, má nejnižší náklady ze všech alternativních druhů energie. Ve skutečnosti již mohou přímo konkurovat konvenční energii, ale limitujícím faktorem je omezený počet míst, kde lze tyto projekty realizovat.

Tato kniha je určena všem, kteří chtějí být nezávislí na rozmarech energetického průmyslu, kteří chtějí přispět k rozvoji alternativní energie a kteří chtějí jednoduše ušetřit nějaké peníze za energii.

Z knihy В. Hermanovič, A. Turilin "Alternativní zdroje energie. Praktické konstrukce pro větrnou, solární, vodní a pozemní energii a energii z biomasy.

Pokračovat ve čtení zde

Nekonvenční zdroje energie

Mezi nekonvenční zdroje energie patří:

• solární energie;
• větrná energie;
• geotermální;
• přílivová energie a energie vln;
• biomasy;
• Nízkopotenciální ekologická energie.

Rozvoj většiny druhů je možný díky jejich všudypřítomnosti a také díky jejich šetrnosti k životnímu prostředí a nedostatku provozních nákladů na palivovou složku.

Existují však některé nevýhody, které brání jejich použití ve výrobním měřítku. Jedná se o nízkou hustotu toku, která si vynucuje použití velkoplošných "záchytných" zařízení, a také o časovou proměnlivost.

To vše vede k tomu, že tato zařízení jsou velmi náročná na materiál, a proto zvyšují kapitálové investice. No, proces výroby energie způsobuje kvůli určitému prvku náhodnosti spojenému s povětrnostními podmínkami spoustu problémů.

Dalším nejdůležitějším problémem zůstává "uchování" této energetické suroviny, protože současná technologie skladování elektřiny to ve velkém množství neumožňuje. Nicméně alternativní zdroje energie pro domácnost jsou v domácnostech stále oblíbenější, proto se podívejme na hlavní energetické instalace, které lze instalovat v soukromém domě.

Je všechno tak hladké?

Zdálo by se, že tato technologie dodávek energie pro soukromé domácnosti by měla již dávno nahradit tradiční centralizované metody dodávek energie z trhu. Ale proč se to neděje? Proti alternativní energii hovoří několik argumentů. Jejich význam se však určuje individuálně - pro některé majitele venkovských domů jsou některé nevýhody relevantní a jiné je vůbec nezajímají.

U velkých venkovských domů může být problémem nízká účinnost alternativních energetických zařízení. Lokální solární systémy, tepelná čerpadla nebo geotermální elektrárny se samozřejmě nemohou srovnávat s účinností ani těch nejstarších vodních elektráren, tepelných elektráren a ještě více jaderných elektráren. Tato nevýhoda se však často minimalizuje instalací dvou nebo dokonce tří systémů a využitím jejich vyšší kapacity. Důsledkem toho může být další problém - jejich instalace bude vyžadovat větší plochu, která není k dispozici ve všech projektech domů.

Obvyklé množství spotřebičů a topných systémů v moderním domě potřebuje k nepřetržitému napájení velké množství energie. Návrh proto musí zahrnovat zdroje, které budou schopny tento výkon vyrábět. A to vyžaduje značné investice - čím výkonnější zařízení, tím je dražší.

Kromě toho v některých případech (např. při použití větrné energie) nemusí zdroj zaručit konstantní výrobu energie. Proto je nutné celou komunikaci vybavit úložnými zařízeními. K tomuto účelu se obvykle instalují baterie a kolektory, což s sebou nese stejné dodatečné náklady a potřebu dalších metrů čtverečních v domě.

Energie z větru

Naši předkové se už dávno naučili využívat sílu větru pro své potřeby. Od té doby se konstrukce v zásadě téměř nezměnila. Pouze mlýnské kameny byly nahrazeny pohonem generátoru, který přeměňuje energii rotujících lopatek na elektřinu.

K výrobě generátoru jsou zapotřebí tyto díly:

• Generátor. Některé používají motor pračky a mírně upravují rotor;
• multiplikátor;
• baterie a regulátoru nabíjení baterie;
• měnič napětí.

Větrný generátor

Existuje mnoho schémat pro domácí větrné turbíny. Všechny jsou sestaveny podle stejného principu.

1. Rám je sestaven.
2. Otočná jednotka je nainstalována. Za ním jsou namontovány lopatky a generátor.
3. Boční lopata s pružinovou spojkou je namontována.
4. Generátor s vrtulí je připevněn k loži a poté je namontován na rám.
5. Připojte a připojte k otočné jednotce.
6. Nasaďte kluzný kroužek. Připojte jej k alternátoru. Kabeláž je připojena k baterii.

Tip. Průměr vrtule určuje počet listů a množství elektřiny, které lze vyrobit.

Hlavní typy alternativních zdrojů energie

V poslední době bylo vyzkoušeno několik netradičních možností výroby energie. Podle statistik se zatím jedná o tisíciny procenta možného využití.

Typickými obtížemi, na které rozvoj alternativních zdrojů energie nevyhnutelně naráží, jsou naprosté mezery v zákonech většiny zemí týkajících se využívání přírodních zdrojů jako majetku státu. S touto nedostatečnou právní úpravou úzce souvisí problém nevyhnutelného zdanění alternativní energie.

Podívejme se na 10 nejběžnějších alternativních zdrojů energie.

Vítr

Větrnou energii člověk využíval odjakživa. Úroveň rozvoje moderních technologií umožňuje, aby byl prakticky nepřetržitý.

Elektřina se vyrábí pomocí větrných turbín, což jsou podobně jako větrné mlýny speciální zařízení. Vrtule větrného mlýna přenáší kinetickou energii větru do generátoru, který pomocí rotujících lopatek vyrábí elektřinu.

Tyto větrné elektrárny jsou rozšířeny zejména v Číně, Indii, USA a západoevropských zemích. Jednoznačným lídrem v této oblasti je Dánsko, které je mimochodem průkopníkem větrné energetiky, neboť první instalace pocházejí z konce 19. století. Dánsko touto metodou pokrývá až 25 % své potřeby elektřiny.

Na konci 20. století byla Čína schopna zásobovat elektřinou horské a pouštní oblasti pouze pomocí větrných turbín.

Využití větrné energie je pravděpodobně nejmodernějším způsobem výroby energie. Jedná se o ideální spojení alternativní energie s ekologií. Mnoho vyspělých zemí postupně zvyšuje podíl takto vyrobené elektřiny na celkovém energetickém mixu.

Slunce

Pokusy o využití slunečního záření k výrobě energie probíhají již dlouhou dobu a v současné době se jedná o jednu z nejslibnějších cest rozvoje alternativní energetiky. Samotný fakt, že Slunce svítí v mnoha zeměpisných šířkách po celý rok a předává Zemi desettisíckrát více energie, než kolik spotřebuje celé lidstvo za rok, je inspirací pro aktivní využívání solárních elektráren.

Většina největších solárních elektráren se nachází v USA a solární energie se využívá asi ve stovce zemí. Jejich základem jsou fotovoltaické články (měniče sluneční energie), které jsou spojeny do velkých solárních článků.

Teplo Země

Teplo z hlubin Země se v mnoha zemích světa přeměňuje na energii a využívá se pro lidské účely. Tepelná energie je velmi účinná v oblastech se sopečnou činností, v místech s mnoha gejzíry.

Lídry v této oblasti jsou Island (hlavní město Reykjavík je plně zásobováno geotermální energií), Filipíny (20% podíl na celkové bilanci), Mexiko (4 %) a USA (1 %).

Omezení využití tohoto typu zdroje souvisí s nemožností přepravovat geotermální energii na velké vzdálenosti (typický lokální zdroj energie).

V Rusku je jedna taková elektrárna (o výkonu 11 MW) stále v provozu na Kamčatce. Ve výstavbě je také nová elektrárna o výkonu 200 MW.

Mezi deset nejslibnějších zdrojů energie v blízké budoucnosti patří:

• kosmické solární stanice (hlavní nevýhodou projektu jsou obrovské finanční náklady);
• lidské svalové síly (především v mikroelektronice);
• potenciál přílivové energie (nevýhoda - vysoké náklady na výstavbu, velké kolísání výkonu za den);
• zásobníky na palivo (vodík) (nutnost výstavby nových čerpacích stanic, drahé automobily, které je budou tankovat);
• rychlé jaderné reaktory (palivové tyče ponořené do kapalného Na) - technologie je velmi slibná (možnost opětovného využití vyhořelého odpadu);
• Biopaliva - již široce využívaná v rozvojových zemích (Indie, Čína), výhody - obnovitelnost, šetrnost k životnímu prostředí, nevýhody - využívání zdrojů, půdy určené pro rostlinnou výrobu, pastvu hospodářských zvířat (vyšší náklady, nedostatek potravin);
• atmosférická elektřina (akumulace potenciálu energie blesku), nevýhoda - pohyblivost atmosférických front, rychlost výbojů (obtížnost akumulace).

Využití větrné a solární energie

Větrné generátory ve vytápěcích systémech

Kinetická energie větru se obvykle využívá k napájení budov, ale výkonné modely v téměř ideálních podmínkách mohou také alespoň částečně zajišťovat vytápění.

Pokud pomineme počáteční náklady, nestojí vyrobená elektřina spotřebitele nic.

Velmi důležité je, že větrné generátory nepotřebují ke svému provozu žádné pomocné zdroje, pracují neustále autonomně. Tyto systémy lze úspěšně integrovat jako pomocné zdroje energie do systémů, jejichž hlavními součástmi jsou jiné typy topných zařízení. Tyto systémy lze integrovat jako pomocné energetické jednotky do systémů, kde převažují jiné typy ohřívačů.

Tyto systémy lze úspěšně integrovat jako pomocné elektrárny do systémů, kde jsou hlavními komponenty jiné typy ohřívačů.

Existuje mnoho typů konstrukcí větrných turbín, ale obvykle se dělí do dvou základních kategorií:

1. Horizontální větrné turbíny s lopatkami typu vrtule. Tyto jednotky jsou produktivnější (faktor využití energie větru až 52 %), a proto jsou vhodnější pro potřeby vytápění, ale mají řadu provozních a spotřebních omezení.
2. Větrné turbíny se svislou osou. Tyto turbíny mají relativně nízký výkon (EFER méně než 40 %), ale nevyžadují orientaci na vítr, mohou využívat nejen laminární, ale i turbulentní proudění, začínají generovat proud i při nízkých rychlostech. Jejich údržba je snazší, protože generátor je umístěn u země, nikoli na stožáru v gondole.

Zde jsou uvedeny některé nevýhody používání větrných turbín pro vytápění:

• Vysoké investiční náklady. Více než 70 procent nákladů se vynaloží na pomocné prvky: baterie, střídač, řídicí automatiku, instalační konstrukce. Investice se vrátí až po několika desetiletích.
• Nízká účinnost - nízký výkon. Kromě toho se část energie ztrácí při přeměně elektřiny na teplo.
• Terén vyžaduje stálý vítr s vysokou rychlostí. Energie je nestabilní, velmi závislá na počasí a ročním období a vyžaduje pravidelné sledování a akumulaci.
• Zařízení zabírá hodně místa.
• Větrné turbíny jsou během provozu velmi hlučné.

Solární termické systémy ohřívají teplonosné médium přímo nebo přeměňují energii pomocí fotovoltaické technologie. V prvním případě sluneční paprsky ohřívají vodu/nemrznoucí směs (u některých modelů vzduch), která se přenáší do místností a prostřednictvím radiátorů vydává teplo. V druhém případě se fotony světla přeměňují na elektrickou energii, která napájí běžná topná zařízení poháněná elektřinou (kotle, topidla, podlahové vytápění).

V souladu s tím existují dva typy zařízení:

• Solární kolektory. Systém se skládá ze smyčky pro cirkulaci topného média, zásobníku a samotného kolektoru. V závislosti na konstrukci existují ploché kolektory, vakuové kolektory a vzduchové kolektory (jako teplonosné médium se používá vzduch).
• Solární panely. Instalace se skládá z panelů s fotovoltaickými články, regulátorů a střídače. Baterie vyrábí stejnosměrný proud o napětí 24 nebo 12 V, který se shromažďuje v baterii a po přeměně na střídavý proud (220 V) měničem se přivádí do zásuvek.

Solární zařízení mají několik nevýhod. Především závislost na meteorologických faktorech a cyklování (sezónní a denní). Baterie mají nízkou účinnost, aby poskytly velké množství stabilní energie, musí zabírat velkou plochu a jsou vybaveny drahými bateriemi, které se musí často vyměňovat. Nevýhodou kolektorů je jejich závislost na elektrické energii (pro provoz čerpadla nebo ventilátoru) nebo například riziko zamrznutí teplonosného média.

Alternativní energie v celosvětovém měřítku

Statistiky o využívání obnovitelných zdrojů energie ve světě dávají důvod k optimismu. V EU v roce 2017 převýšilo množství elektřiny z obnovitelných zdrojů množství elektřiny z uhelných elektráren. V roce 2018 se jejich podíl na ostatních špinavých zdrojích zvýšil z 30 % na 32,3 %.

Podle červencové zprávy dosáhly v roce 2018 solární a větrné elektrárny poprvé po 40 letech celosvětové kapacity 1 terawattu (1 000 GW). 90 % kapacity vzniklo teprve v posledních 10 letech.

Obnovitelné zdroje energie mají tři hlavní problémy:

1. Tvůrci politik podporují jejich využívání, zatímco konečný spotřebitel platí za zelenou energii z vlastní kapsy. Nepřímé daně na zavádění obnovitelných zdrojů energie tvoří hmotnou část tarifu. Kritici opakovaně uvádějí, že pobídkové dotace tarifů jsou příliš vysoké a náklady dříve či později vyvolají negativní reakci spotřebitelů.

1. Tyto zdroje jsou bezpečné pouze ve srovnání s tradičními zdroji výroby elektřiny. Ukázalo se, že větrné turbíny jsou schopné hubit hmyz. Výroba téměř všech těchto zařízení je škodlivá pro životní prostředí. Zvláště "špinavé" jsou solární panely, protože při výrobě solárního křemíku vznikají emise.

1. Přestože podíl obnovitelných zdrojů v celosvětovém energetickém mixu roste, stále nemohou konkurovat konvenčním zdrojům. Jejich provoz je nerentabilní, zařízení je kapitálově náročné a návratnost nesrovnatelně nízká, takže když se státní podpora sníží, poptávka po jaderné energii okamžitě klesne. Dokonce i autoritativní německý deník Die Welt přiznal, že "podnikání v oblasti větrné energie je v hlubokém chaosu".

Závěry a užitečné video na toto téma

Video o kombinaci alternativních zdrojů pro získávání elektřiny v malém venkovském domě:

Video o výrobě větrné turbíny vlastníma rukama vám pomůže snadno pochopit principy:

Krátké video o používání tepelného čerpadla:

Video o výrobě bioplynu:

Vzdát se tradičních zdrojů vytápění je zcela reálné. K tomu je třeba pečlivě vybrat alternativu nebo jich zkombinovat několik, a to na základě charakteristik oblasti, rozlohy vašeho venkovského domu a území domu.

Solární energie, energie ze země, větrná energie, recyklace rostlinného a živočišného odpadu mohou být dobrou náhradou plynu, uhlí, palivového dřeva a placené elektřiny.

Využíváte některý z těchto alternativních zdrojů energie pro domácí účely? Víte, kolik vás stálo její sestavení a jak rychle se zaplatila?

Nebo možná někdo z vašich známých postavil svůj venkovský dům na obnovitelné zdroje energie? Používáte systém solárních panelů nebo tepelné čerpadlo jako nezávislý zdroj tepla, teplé vody a elektřiny?