Существует мощнейший альтернативный источник энергии (АИЭ), который обладает значительным потенциалом. Несмотря на то, что наша планета получает лишь крошечную долю солнечной энергии, этой энергии оказывается более чем достаточно для того, чтобы полностью удовлетворить энергетические потребности всего человечества. Солнечные батареи играют ключевую роль в улавливании этой энергии.
Альтернативные источники отопления загородного дома: сравнительный обзор экосистем
Одним из самых значительных расходов в семейном бюджете является оплата коммунальных услуг за отопление или же покупка топлива для обогрева загородного дома. Каждый ответственный домовладелец стремится найти действенные и рациональные способы сокращения этих затрат. Тем не менее, в многих случаях эти расходы можно существенно снизить, даже до минимального уровня, если использовать альтернативные источники энергии. Но что же они собой представляют и как их можно применять? Согласитесь, ответы на эти вопросы стоит выяснить.
В нашей статье вы получите полную информацию о том, как организовать альтернативное отопление частного дома. Благодаря нашим рекомендациям, вы сможете легче определить, какой из предложенных вариантов является наиболее подходящим для вас. Мы предоставим подробные описания принципов работы систем зеленой энергетики, что позволит вам решить, каким именно технологическим способом лучше всего получать необходимое тепло.
Статья включает в себя детальный обзор различных источников бесплатной энергии, а также методы генерации тепла для бытовых нужд. В дополнение к этому мы подготовили подборки фотографий, схемы и полезные видеоинструкции для всех желающих стать самостоятельными мастерами и осторожными собственниками загородного жилья.
Плюсы и минусы альтернативной энергетики
От традиционных источников тепла, которые десятилетиями использовались для отопления, на самом деле можно отказаться. Это может показаться удивительным, но данная задача вполне выполнима. Хотя противники альтернативной энергетики часто заявляют о невозможности замены привычных природных ресурсов на экологически чистые аналоги, реальные примеры показывают обратное.
В качестве альтернатив могут выступать солнечная энергия, энергия ветра, тепло, заложенное в недрах планеты, а также отходы производства и жизнедеятельности человека. Эти варианты становятся особенно актуальными в нашу эпоху, когда уровень загрязнения окружающей среды достигает неблагополучных показателей.
Альтернативные источники способны обеспечить как электричеством, так и тепловой энергией загородные дома. Другое важное преимущество заключается в значительной экономии при использовании экологически чистых источников энергии, которые восстанавливаются сами по себе. На первый взгляд может показаться, что такие системы крайне дороги и вряд ли будут окупаться.
Однако, если рассмотреть детали и характеристики каждого способа, станет очевидным, что инвестиции в экологические проекты окупаются в среднем через 4-7 лет. После этого остаются лишь текущие расходы на поддержание оборудования в работоспособном состоянии.
Возможность полной или частичной замены привычных ископаемых источников энергии альтернативными уже была продемонстрирована множеством реальных примеров. На разных континентах домовладельцы все чаще выбирают экологичные варианты отопления. В то же время, в нашей стране только немногие отваживаются на кардинальную замену традиционного топлива, котрое становится все дороже с каждым годом.
Среди активно используемых альтернативных источников внимания заслуживает воздух, который обладает неисчерпаемыми запасами энергии. Помимо этого, можно извлекать огромное количество энергии из недр земли, расположив приемные «лапы» теплового насоса непосредственно в грунте.
Грунтовые воды и воды открытых водоемов, обладая практически безграничными запасами зеленой энергии, становятся еще одним источником, для использования которых бурятся специальные скважины.
В отличие от тепловых насосов, ветрогенераторы целиком нацелены на выработку электроэнергии, а не на преобразование природных тепловых ресурсов в теплоту.
Кроме того, установки, которые позволяют перерабатывать навоз и бытовые отходы в биогаз, помогают решить проблему утилизации и одновременно получать бесплатное газообразное топливо.
Небольшие электростанции, состоящие из солнечных батарей, будут служить надежным источником для работы бытовой электроники и зарядки мобильных устройств.
Солнечные коллекторы с водой, воздухом или антифризом в качестве теплоносителей могут эффективно обеспечивать отопительные системы загородных домов.
Важно заметить, что сооружения для производства альтернативной энергии чаще всего функционируют в комплексе или служат дополнением к традиционным методам получения электроэнергии и тепла.
Наиболее серьезной трудностью при использовании экологического топлива являются значительные капиталовложения на стартовом этапе. В первую очередь нужно точно рассчитать количество необходимой энергии для конкретного дома или дачи и выявить, какой тип эко ресурсов будет наиболее выгодным в установленной местности.
Далее необходимо разработать план размещения оборудования, ответственного за добычу этой энергии, а также приобрести все нужные материалы и провести установку.
Если все эти вопросы будут решаться с помощью высококвалифицированных специалистов, конечная стоимость эко-отопления получится весьма высокой. Чтобы сохранить средства, можно попробовать рассмотреть возможность учиться и выполнять работу самостоятельно.
Для этого придется углубиться в тему альтернативной энергетики, чтобы минимизировать использование сторонних услуг. Если вы не будете прибегать к помощи, стоимость проекта существенно сократится.
Именно второй подход выбирает большое количество хозяев частных участков. Настоящие примеры показывают, что стать независимым от энергии вполне реально. Полная или частичная замена традиционного топлива зависит от размеров вашего дома, доступных финансовых средств на начальном этапе и выбранного метода отопления.
Что такое альтернативная энергетика?
Гидрогеолог, эколог и блогер Георгий Каваносян в беседе с Лентой.ру пояснил, что даже само понятие «альтернативная» противостоит возобновляемой энергетике традиционного типа. Последние связаны с тем, что для их работы необходимо сжигание ископаемого топлива — угля, газа, нефтепродуктов и прочих подобных веществ.
Когда ведется речь о альтернативных источниках энергии, подразумевается использование возобновляемых ресурсов, таких как солнечная, ветровая, гидроэнергетическая, геотермальная энергия и тому подобное.
Эксперт отметил, что существует множество методик для получения энергии из возобновляемых источников.
Виды альтернативных источников энергии:
- Солнечная энергия — преобразуется в электричество с помощью кремниевых фотоэлектрических модулей, которые устанавливаются на крышах и открытых пространствах. Это позволяет получать энергию для отопления, нагрева воды и кондиционирования воздуха, причем солнечные панели могут функционировать даже в условиях снегопада и облачности;
- Ветровая энергия — в прошлом ветряные мельницы использовали для механической переработки, например, для помола муки. Современные ветряные электростанции выглядят как высокие конструкции с огромными лопастями, которые преобразуют кинетическую энергию ветра в механическую, а затем — в электрическую энергию. Это один из самых динамично развивающихся видов альтернативной энергетики;
- Энергия воды — известна еще с древних времен, когда она использовалась для различных нужд. С конца XIX века энергия водного потока широко применяется для генерации электроэнергии. Чтобы построить подобную станцию, необходимо перекрыть русло реки и поднять уровень воды, которая будет вращать турбины и производить электричество;
- Энергия приливов и отливов — это по сути гидроэлектростанция, расположенная на море. Волновые электростанции преобразуют потенциальную энергию приливов и отливов в кинетическую энергию, которая затем становится источником вращения генератора. Эффективность строительства приливных станций высока в местах, где уровень моря колеблется более чем на четыре метра;
- Градиентная температурная энергия — используется для получения энергии из перепадов температур в подводных глубинах морей и океанов. Мировой океан поглощает более 50% солнечной радиации, и разница температур между теплыми поверхностными и холодными глубоководными слоями коррелирует с потенциальным источником энергии мощностью в 20-40 тысяч ватт;
- Геотермальная энергия — основана на использовании тепла, накопленного в недрах планеты. Горячие источники с паром и подземные воды позволяют получить электричество без значительных финансовых затрат. Энергия извлекается через небольшие скважины, из которых пар подается в турбины для вращения генератора;
- Биоэнергетика — здесь энергии получаются из биогаза растительного и животного происхождения, который, как правило, богат метаном. Такой газ образуется в процессе гниения навоза и остатков растений. На некоторых фермах отходы накапливаются в специализированных баках, где продукты разложения используются для отопления и электрификации;
- Водородная энергетика — в данной сфере используется водород для различных процессов зарядки, транспортировки и потребления энергии. Этот элемент, являясь самым распространенным в космосе, обладает высокой теплотой сгорания, и его сгорание в кислороде образует воду, что тоже является источником энергии. Важно отметить, что водород относится к категории зеленой энергетики только в том случае, если он производится с использованием возобновляемых источников энергии.
Действительно ли альтернативные источники энергии экологичнее традиционных?
Альтернативную энергетику также нередко называют зеленой. Ведь на первый взгляд такие энергетические системы позволяют извлекать энергию, не истощая запасы полезных ископаемых и не загрязняя атмосферу продуктами их сгорания. Но следует понять, что дело не так просто, как кажется.
Георгий Каваносян подчеркивает, что использование альтернативных источников энергии, вне зависимости от их типа, оказывает определенные последствия на экосистему. Можно выделить основные источники зеленой энергии, упорядочив их по убыванию экологической чистоты.
Третье место — гидроэлектростанции
Если возводить список альтернативной энергетики по уровням ее экологичности, гидроэлектростанции расположились бы в самом низу. Эколог объясняет, что при строительстве ГЭС необходимо создавать плотины и запруды, что приводит к уничтожению природных комплексов, как выше, так и ниже по течению от самой реки.
Создание водохранилищ приводит к затоплению обширных территорий, превращая бурный поток реки в безлюдные стоячие воды. Это увеличивает испарение, повышает влажность и изменяет количество осадков, тем самым нарушая экосистему, сложившуюся здесь миллионы лет.
В нижнем бьефе река замедляет свое течение, создавая старицы и заболоченные участки. Это приводит к снижению уровня подземных вод и общему истощению запасов воды. Гидроэлектростанции также блокируют пути миграции рыбы и затрудняют вынос органики в открытые воды.
Таким образом, ряд экосистемных проблем, связанных с работой гидроэлектростанций, значительно превышает возможности их экологически чистого использования.
Второе место — ветряные электростанции
По словам эксперта, ветряные электростанции, или «ветряки», представляют собой отличное решение для удаленных территорий, где трудно и дорого генерировать электричество традиционными способами. Прежде всего это касается горных и арктических местностей.
Ветряные установки вполне подходят для снабжения электричеством небольших населённых пунктов или незначительных промышленных объектов, расположенных вдали от крупных и развитых инфраструктур. В таких случаях ветряные электростанции представляют собой лучшую альтернативу.
Однако в случае, когда ветряки начинают замещать крупные теплоэлектростанции (ТЭС), гидроэлектростанции или атомные электростанции (АЭС), могут возникнуть серьезные эколого-экономические проблемы, о чем предостерегает эксперт.
Одна из первых проблем заключается в том, что значительное количество ветрогенераторов затрудняет утилизацию лопастей, которые имеют ограниченный срок службы и нуждаются в частой замене, что ведет к образованию значительных нетоксичных отходов. Возможно, технологии утилизации существуют, однако они слабо развиты и неприемлемы для применения в промышленных масштабах. В некоторых странах уже действуют запреты на так называемые «кладбища турбин» — это даст толчок к разработке эффективных способов переработки.
Также следует учитывать, что электростанции, которые извлекают кинетическую энергию ветра, снижают градиенты давления, что приводит к нарушениям в движении воздушных масс. Это может привести к районым с повышенной влажностью и застойными воды, а в других — к засушливым условиям. Прежняя экосистема, сложившаяся на протяжении миллионов лет, начинает разрушаться при неосмотрительном использовании ветряных установок.
Ветрогенераторы
Ветрогенераторы являются электромеханическими устройствами, которые выглядят как современные ветряные мельницы. Вращение лопастей на мачте-вышке передает вращение на вал генератора, где вырабатываемая энергия аккумулируется в аккумуляторных батареях, а после распределяется по электрической сети.
Фото: wirestock — ru.freepik.com
- Малолопастные ветрогенераторы обладают высокой эффективностью, начиная с скорости ветра 5,5 м/с;
- Многолопастные ветряные установки могут работать при скорости ветра от 2 м/с, однако их эффективность ниже;
- Роторные системы имеют вращающиеся лопасти, которые обеспечивают работу при постоянных ветрах, их КПД составляет от 18%.
Тепловые насосы для отопления частного дома
Использование альтернативных источников тепловой энергии позволяет обеспечить обогрев загородных домов в любых климатических условиях. Тепловой насос способен добывать низко потенцированную тепловую энергию из воды, воздуха и грунта.
Фото: freepik — ru.freepik.com
Работа термодинамического источника, то есть теплового насоса, основана на следующих принципах:
- На первом контуре теплоноситель извлекает энергию, находясь выше нуля, и передает ее на второй контур;
- Во втором контуре фреон поглощает полученную теплоту, повышается его температура, после чего он сжимается в компрессоре, и выделяемое тепло передается;
- Выделяемое тепло передается в конденсатор, после чего его можно использовать в отопительной системе.
Как разные страны мира выполняют планы по энергопереходу
Страны по всему миру ставят перед собой великие цели по переходу на возобновляемые источники энергии. Эти цели затрагивают и Парижское соглашение, в рамках которого к 2030 году решения с нулевыми выбросами углерода могут стать конкурентоспособными во многих секторах, на долю которых приходится более 70% глобальных выбросов. Это будет достигнуто за счет энергетического перехода — процесса замещения угля возобновляемыми источниками энергии. Даже в 2020 году, несмотря на пандемические ограничения, многие города, страны и компании продолжали делать заявления или внедрять планы по декарбонизации.
Ожидается, что Индия в 2021 году внесет наиболее заметный вклад в развитие возобновляемой энергетики. Здесь запланированы запуска ряда ветряных и солнечных проектов.
В Европейском Союзе также ожидается значительный прирост мощностей в 2021 году. Несмотря на пандемию, здесь не забывают о проекте Green Deal — самом крупном за всю историю ЕС изменении экономической политики. Основной целью этого проекта является создание в ЕС углеродно-нейтрального пространства к 2030 году. Для достижения этих целей планируется сократить на 40% выбросы парниковых газов по сравнению с уровнем 1990 года и довести долю энергии, выработанной из возобновляемых источников, до 32% в общей структуре потребления. По оценкам Европейской комиссии, для этого потребуется оснащение с ежегодными инвестициями на уровне €260 млрд. Доля ВИЭ в энергоснабжении ЕС также постепенно растет. Около 40% электроэнергии за первое полугодие 2020 года в странах ЕС было произведено именно из возобновляемых источников.
На сегодняшний день лидерами по объему инвестиций в возобновляемую энергетику являются Китай, США, Япония и Великобритания. С момента, когда BloombergNEF начал вести данные об этой области, глобальные инвестиции в ветровую и солнечную энергетику, биотопливо, биомассу и малую гидроэнергетику увеличились почти в десять раз. С роста на годовом уровне вложения в чистую энергетику составляют с $33 млрд до более чем $300 млрд за два десятилетия.
Китай за последние десять лет стал основным производителем оборудования для возобновляемой энергетики, в первую очередь солнечных панелей. Семь из десяти крупнейших мировых производителей солнечных батарей — это компании из Китая. Важным фактором стало также снижение стоимости строительства новых объектов ВИЭ, что способствует плану Китая стать углеродн нейтральным к 2060 году.
Под значительными шагами по переходу к чистой энергетике подразумевается и политика президента США Джо Байдена. Он не только вновь привел страну в Парижское соглашение, но и заявил о своем намерении добиться нулевых выбросов углерода и полностью перейти на экологически чистые источники энергии к 2050 году.
К 2050 году использовать только ВИЭ также планируют Япония, Южная Корея, Новая Зеландия и Великобритания. 2020 год стал самым экологичным за всю историю британской энергосистемы со времен промышленной революции. Великобритания смогла обходиться без угля целых 67 дней. Страна планирует глубоко диверсифицировать источники, отказавшись от традиционных источников энергии уже к 2025 году.
Солнечная энергетика в Испании также активно ускорялась. Ожидается, что она будет расти почти вдвое быстрее, чем в Германии.
Геотермальная энергия в Рейкьявике и солнечные батареи для Берлина
Некоторые города мира также стремятся достичь климатически нейтрального статуса. Согласно данным CDP, среди более чем 570 городов по всему миру, более 100 из них получают не менее 70% электроэнергии из возобновляемых источников, среди которых — гидроэлектрический, геотермальный, солнечный и ветровой источники.
В этом списке можно найти такие города, как Окленд, Найроби, Осло, Сиэтл, Ванкувер, Рейкьявик, Порту, Базель и многие другие.
Например, Берлингтон (штат Вермонт, США) уже получает всю свою электроэнергию исключительно от ветра, солнца, воды и биомассы. Вся электроэнергия в Рейкьявике производится благодаря гидроэлектрическим и геотермальным источникам. К 2040 году весь общественный и частный транспорт столицы должен перейти на экологически чистые гаджеты, полностью исключая ископаемое топливо.
Швейцарская Базель получает всю свою электроэнергию от местного энергетического предприятия, большей частью от гидроэлектрических источников (около 90%), а 10% — от ветряков. В мае 2017 года Швейцария проголосовала за поэтапный выход из ядерной энергетики с целью приоритета ВИЭ.
Также мировые столицы не остаются в стороне от изменений. Например, Сенат Берлина утвердил план мероприятий по развитию солнечной энергетики в главном городе Германии под названием Masterplan Solarcity. В соответствии с общей стратегией развития города, Берлин должен стать климатически нейтральным к 2050 году. В конце 2018 года в Берлине существовало уже достаточно много солнечных электростанций, которые покрывают около 0,7% потребления электроэнергии, к 2050 году 25% энергопотребления города будет обеспечиваться именно солнечной энергетикой.
В Берлине активно продвигается расширение возобновляемых источников энергии. В настоящее время на рассмотрении в сенате находятся два законопроекта. Законодательство касаемо солнечной энергии обязывает собственников частных домов устанавливать солнечные панели на крышах, а другой законопроект обязывает использовать солнечную энергию в общественных зданиях уже с 2023 года. Это приведет к значительному сокращению выбросов CO2 в столице, — отметила глава фракции Зеленых в берлинском Сенате Зильке Гебель.
Достоинства и недостатки
Главное достоинство альтернативных источников энергии состоит в том, что они способны поддерживать человечество даже в условиях резкого дефицита ископаемых ресурсов, который может наступить достаточно скоро. Тем не менее, у альтернативных источников имеются и определённые недостатки.
Доступность и универсальность. Альтернативные источники энергии могут быть использованы любой страной, независимо от наличия значительных запасов нефти. Одним из исключений являются, возможно, страны, не имеющие выхода к морю, которые не способны использовать энергию волн, и государства, лишенные вулканов, не могут получать геотермальную энергию.
Высокая стоимость строительства и обслуживания. Это приводит к повышению конечной цены на электроэнергию, а также делает альтернативные энергосистемы не всегда экономически оправданными. Именно по этой причине многие страны ищут способы снижения издержек и оптимизации процессов.
Экологичность. Альтернативные источники энергии в большинстве случаев оказывают минимальное негативное воздействие на экологию.
Погодные условия. На выработку электроэнергии сильное влияние оказывают погодные факторы. Например, невозможно точно установить, когда подует ветер, насколько повысится уровень воды и сколько солнечных дней будет в стране.
Возобновляемость. В отличие от ископаемых ресурсов, такие как нефть, ни солнце, ни ветер не исчезнут за ближайшие десятилетия.
Небольшая мощность. Альтернативные источники энергии часто имеют меньшую мощность по сравнению с традиционными методами получения энергии.
Экономическое влияние. Большие земли, предназначенные для производства сырья для биотоплива, уменьшают площади, доступные для сельского хозяйства.
Применение в мире
На сегодняшний день альтернативные источники энергии наиболее активно внедряются в Европе. Некоторые европейские государства на данный момент вырабатывают до 40% своей энергии именно с их помощью.
В Германии ветряные электростанции уже сегодня обеспечивают около 20% страны, а в планах на будущее этого показателя должны достичь 80% в течение следующих 30 лет.
Жители стран, решившиеся на переход к альтернативным источникам энергии, могут рассчитывать на определенную поддержку. Это могут быть скидки на подключение к электрическим сетям и возможность возврата средств за покупку оборудования. Именно поэтому всё больше людей устанавливают солнечные панели на крышах для снижения своих затрат.
Россия
В нашей стране альтернативные источники энергии пока не слишком быстро развиваются. К этому приводит недостаток инвестиций в отрасли и то, что АИЭ еще не были полностью узаконены. Кроме того, различные климатические условия регионов России также не способствуют равномерному прогрессу.
Наиболее распространенными альтернативными источниками в России являются гидроэлектростанции (они обеспечивают около 20% от всей энергии в стране) и биотопливо — Россия входит в тройку ведущих экспортеров этого продукта. Остальные виды альтернативных источников становятся все менее распространенными и редко превышают 1% от общего объема.
Тем не менее, Россия делает серьезные шаги вперёд в развитии альтернативных источников энергии. Например, недавно Совкомбанк стал частью климатической инициативы ООН Climate Neutral Now, стремясь повысить прозрачность своих отчетностей и поддержать цели сокращения углеродных выбросов.
Состояние окружающей среды продолжает ухудшаться, что создает потребность в новых источниках чистой энергии. Совсем недавно многие страны Европы только начали внедрять альтернативные источники, а сегодня некоторые из них находятся на пути к полному переходу на возобновляемые источники. Это обнадеживает, так как Россия, хотя и медленно, но движется в нужном направлении.
Получайте интересные статьи на почту
Мы будем держать вас в курсе новостей из мира технологий, познакомим с эффективными способами использования инноваций в повседневной жизни и расскажем о наиболее перспективных устройствах в еженедельной email-рассылке.
