Альтернативная энергия: будущие перспективы
Как полагают современные эксперты, разведанными запасами газа и нефти человечество сможет пользоваться еще без малого 40 лет, неразведанных же хватит десятков на 5-7. по мере расходования возобновляемых ресурсов будут повышаться и цены на традиционные энергоносители. В связи с этим как никогда актуальными становятся альтернативные источники, такие как тепло Земли, ветер и солнце. К счастью, геологической привязки они не имеют, поэтому принадлежат одновременно всем.
Обогревать жилище можно, применяя энергию не только этих, но также и других возобновляемых источников энергии – биомассы, геотермальных вод, рек. Однако речь в нашем материале пойдет не о них, а о тех видах энергии, которые уже взяты человечеством в современную «разработку».
Сила ветра.
Люди еще с древних времен успешно применяли силу ветра для своих нужд. Однако со временем ветряки были вытеснены более прогрессивными, как казалось, бензиновыми и электрическими двигателями. Толчком к развитию ветровой энергетики послужили как экологические кризисы, так и экологические проблемы, сопутствующие работе действующих электростанций. Не остался в стороне и вопрос постоянно растущей стоимости энергоносителей. Современные установки для использования силы ветра, предназначенные для частных пользователей, прежде всего, применяются для производства электроэнергии. Подобные ветрогенераторы обладают мощностью до 50 кВт, тем самым они могут успешно обеспечивать энергией средних размеров коттедж. Помимо этого, с помощью ветродвигателей можно приводить в движение различные насосы, для того, чтобы поднимать воду из источников.
Ветродвигатель работает по несложному принципу: ветер вращает колесо, крутящий момент которого через систему передач идет к водяному насосу или валу электрогенератора. Сегодня наиболее известными являются три типа ветродвигателей. Малолопастные крыльчатые еще называют скоростными. Они обладают высоким КПД , однако из-за малых поверхностей лопастей затруднен начальный запуск двигателя. Помимо этого, при сильном ветре они создают повышенный уровень шума.
Многолопастные крыльчатые ветродвигатели работают и запускаются при скорости ветра от 4 м/с, отчего получили название тихоходных. Лопасти их обладают формой слегка выгнутого листа, монтируются они на ветровом колесе. Шума такие агрегаты не создают, однако обладают рядом недостатков: более низкий КПД, гироскопический момент, повышенная материалоемкость.
В роторных ветродвигателях, где поворотная ось располагается вертикально, лопасти движутся как у карусели, по кругу. При постоянной скорости ветра они эффективно работают, не обладают гироскопическим моментом, не создают шума, легко запускаются, однако обладают существенным недостатком – низким КПД. Правда, усовершенствованные модели роторных двигателей обладают КПД до 30%.
Эффективность малых ветрогенераторов значительно повышается во время применения дополнительных фотоэлектрических панелей, источников бесперебойного питания, гелиевых долговечных аккумуляторов повышенной мощности. Благодаря наличию аккумуляторных батарей, которые входят в состав ветроэнергетической системы, в период сильных ветров можно запасать электроэнергию и отдавать ее при слабом ветре или безветрии.
Тепло Земли
В природе в рассеянном виде содержится немалое количество тепловой низкопотенциальной энергии, которая может с большой эффективностью применяться для обогрева дома. В качестве источника низкотемпературного тепла может применяться воздух, грунт, подземные и поверхностные воды, термальные воды, а также солнечная энергия. Однако для того, чтобы эту тепловую энергию собрать, поднять ее потенциал и передать в систему теплоснабжения жилища, необходимы специальные устройства, которые носят название тепловых насосов. Они подразделяются на несколько типов. Грунтовые собирают тепло при помощи горизонтальных коллекторов, которые уложены в землю ниже уровня, до которого промерзает грунт, либо же вертикального зонда, который размещается в специально пробуренной скважине. Второй вариант дороже, и для того, чтобы пробурить глубокую скважину, может потребоваться разрешение соответствующих органов. Однако установка их не требует много места. Эффективность же горизонтальных коллекторов зависит во многом от глубины их укладки. Грунт является хорошим аккумулятором тепла. Поверхность его может активно поглощать и накапливать солнечную энергию. причем чем глубже закладывается контур, тем стабильнее и выше температура источников тепла. В целом же, тепловые грунтовые насосы способны полностью удовлетворить потребности коттеджа в тепле. Однако обычно они оснащаются резервным электрическим нагревателем, который в сильные холода восполняет нехватку тепла.
Тепловые водяные насосы отбирают тепло у природных водоемов или у подземных вод. Эффективность их гораздо выше, чем грунтовых, поскольку даже зимой температура воды может доходить до 100 С. Однако не все обладают собственной акваторией, к тому же в зимнее время весьма проблематично применять тепло открытых водоемов. Проще тепло брать из воздуха, однако если температура его падает ниже – 5 С, функционирование тепловых воздушных насосов превращается в экономически невыгодное занятие.
Энергия Солнца.
Применяемые повсеместно энергоресурсы представляют собой производные солнечной энергии. На Землю с солнечной радиацией передается около 1500Х1015 кВт/ч энергии. Приблизительно 45% ее поглощает атмосфера, остальное – отражается в космос. Поступающая от Солнца энергия более, чем в 30 тысяч раз превосходит годовое потребление энергии всего человечества и в 10 раз - запасы органического топлива. А та часть ее, которая попадает на расположенный в средних широтах дом, в несколько раз превосходит потребности этого дома.
Благодаря климатическим и природным условиям, наша страна страна обладает неплохими перспективами применения солнечной энергии. На сегодняшний день, гелиосистемы наиболее активно используются для охлаждения и отопления домов, горячего водоснабжения. Солнечные установки подразделяются на активные и пассивные. В пассивных системах солнечные лучи напрямую попадают на объекты и приборы, однако регулировать интенсивность их практически невозможно. Это наиболее дешевый и простой способ, который не может гарантировать полного использования энергии и равномерного теплоснабжения. Относятся к таким системам теплицы и парники, остекленные лоджии и веранды в домах.
В активных системах солнечная энергия передается в солнечный коллектор, который преобразует излучение солнца в тепловое. Теплоноситель передает полученное тепло в систему отопления, аккумулятор или ГВС, откуда по мере необходимости оно потребляется. Кроме использования теплового потенциала Солнца имеются возможности использовать солнечное излучение для получения электроэнергии.