Energie alternative per la casa: una panoramica delle fonti energetiche fuori standard

introduzione

L'intera economia mondiale moderna dipende dalla ricchezza accumulata al tempo dei dinosauri: petrolio, gas, carbone e altri combustibili fossili. La maggior parte delle attività della nostra vita, dal prendere la metropolitana al riscaldamento del bollitore in cucina, richiedono in definitiva l'incendio di questa eredità preistorica. Il problema principale è che queste risorse energetiche prontamente disponibili non sono rinnovabili. Prima o poi, l'umanità pomperà tutto il petrolio dalle viscere della terra, brucerà tutto il gas e scaverà tutto il carbone. Cosa useremo allora per scaldare le teiere?

Non dobbiamo inoltre dimenticare l'impatto ambientale negativo della combustione del carburante. Un aumento del contenuto di gas serra nell'atmosfera porta ad un aumento della temperatura media in tutto il pianeta. I prodotti della combustione del carburante inquinano l'aria. I residenti delle grandi città lo sentono particolarmente bene.

Tutti pensiamo al futuro, anche se questo futuro non viene con noi.La comunità globale ha da tempo riconosciuto i limiti dei combustibili fossili. E l'impatto negativo del loro utilizzo sull'ambiente. Gli stati leader stanno già attuando programmi per una transizione graduale verso fonti di energia ecocompatibili e rinnovabili.

In tutto il mondo, l'umanità sta cercando e introduce gradualmente sostituti per i combustibili fossili. Da tempo in tutto il mondo operano centrali solari, eoliche, maree, geotermiche e idroelettriche. Sembrerebbe che in questo momento cosa ci impedisce di provvedere a tutti i bisogni dell'umanità con il loro aiuto?

In effetti, l'energia alternativa ha molti problemi. Ad esempio, il problema della distribuzione geografica delle risorse energetiche. I parchi eolici sono costruiti solo in aree dove soffiano spesso forti venti, solari - dove c'è un numero minimo di giorni nuvolosi, centrali idroelettriche - su grandi fiumi. Il petrolio, ovviamente, non è disponibile ovunque, ma è più facile consegnarlo.

Il secondo problema delle energie alternative è l'instabilità. Nei parchi eolici, la generazione dipende dal vento, che cambia costantemente velocità o si ferma del tutto. Le centrali solari non funzionano bene con tempo nuvoloso e non funzionano affatto di notte.

Né il vento né il sole tengono conto delle esigenze dei consumatori di energia. Allo stesso tempo, la produzione di energia di una centrale termoelettrica o nucleare è costante e facilmente regolabile. La soluzione a questo problema non può che essere la costruzione di enormi impianti di accumulo di energia per creare una riserva in caso di bassa produzione. Tuttavia, ciò aumenta notevolmente il costo dell'intero sistema.

A causa di queste e di molte altre difficoltà, lo sviluppo delle energie alternative nel mondo sta rallentando. Bruciare combustibili fossili è ancora più facile ed economico.

Tuttavia, se sulla scala dell'economia globale le fonti di energia alternativa non forniscono molti vantaggi, nel quadro di una singola casa possono essere molto interessanti. Già molti avvertono il costante aumento delle tariffe per elettricità, calore e gas. Ogni anno, le compagnie energetiche entrano più a fondo nelle tasche della gente comune.

Gli esperti del fondo di rischio internazionale I2BF hanno presentato la prima panoramica del mercato delle energie rinnovabili. Secondo le loro previsioni, in 5-10 anni, le tecnologie energetiche alternative diventeranno più competitive e si diffonderanno. Il divario nel costo dell'energia alternativa e convenzionale si sta già riducendo rapidamente.

Il costo dell'energia si riferisce al prezzo che un produttore di energia alternativa vuole ricevere per compensare le sue spese in conto capitale durante la vita del progetto e fornire un ritorno del 10% sul capitale investito. Questo prezzo includerà anche il costo del finanziamento del debito, poiché la maggior parte è fortemente indebitata.

Il grafico riportato illustra la valutazione delle diverse tipologie di energia alternativa e tradizionale nel II trimestre 2011 (Fig. 1).

Secondo le cifre di cui sopra, l'energia geotermica, così come l'energia generata dalla combustione di rifiuti e gas di discarica, ha il costo più basso di tutti i tipi di energia alternativa. In effetti, possono già competere direttamente con l'energia tradizionale, ma il fattore limitante per loro è il numero limitato di luoghi in cui questi progetti possono essere realizzati.

Per coloro che vogliono ottenere l'indipendenza dai capricci degli ingegneri dell'energia, che vogliono contribuire allo sviluppo di energie alternative, che vogliono solo risparmiare un po' di energia, questo libro è scritto.

Dal libro V. Germanovich, A. Turinin “Fonti energetiche alternative. Progettazioni pratiche per l'utilizzo di energia eolica, solare, acqua, terra, biomasse.

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Sviluppo di fonti non tradizionali

Le fonti di energia non tradizionali includono:

• energia del sole;
• energia eolica;
• geotermico;
• energia delle maree e delle onde del mare;
• biomassa;
• basso potenziale energetico dell'ambiente.

Il loro sviluppo sembra possibile grazie alla distribuzione onnipresente della maggior parte delle specie; si può anche notare la loro compatibilità ambientale e l'assenza di costi operativi per la componente combustibile.

Tuttavia, ci sono alcune qualità negative che ne impediscono l'uso su scala industriale. Si tratta di una bassa densità di flusso, che obbliga all'uso di installazioni "intercettanti" di una vasta area, oltre alla variabilità nel tempo.

Tutto ciò porta al fatto che tali dispositivi hanno un elevato consumo di materiale, il che significa che aumentano anche gli investimenti di capitale. Bene, il processo per ottenere energia a causa di qualche elemento di casualità associato alle condizioni meteorologiche causa molti problemi.

L'altro problema più importante è lo "stoccaggio" di questa materia prima energetica, poiché le tecnologie esistenti per lo stoccaggio dell'elettricità non consentono di farlo in grandi quantità.Tuttavia, nelle condizioni domestiche, le fonti energetiche alternative per la casa stanno diventando sempre più popolari, quindi andiamo a conoscere le principali centrali elettriche che possono essere installate di proprietà privata.

È tutto così liscio?

Sembrerebbe che una tale tecnologia per l'alimentazione di una casa privata avrebbe dovuto essere a lungo esclusa dal mercato dai tradizionali metodi centralizzati di fornitura di energia. Perché questo non accade? Ci sono diversi argomenti che testimoniano non a favore delle energie alternative. Ma il loro significato è determinato su base individuale: per alcuni proprietari di case di campagna, alcune carenze sono rilevanti e altre non sono affatto interessanti.

Per i grandi cottage di campagna, l'efficienza non troppo elevata degli impianti di energia alternativa può diventare un problema. Naturalmente, gli impianti solari locali, le pompe di calore o gli impianti geotermici non possono essere paragonati alla produttività anche delle più antiche centrali idroelettriche, termoelettriche e ancor più nucleari, ma spesso questo inconveniente viene minimizzato installando due o anche tre sistemi, utilizzando più energia. La conseguenza di ciò potrebbe essere un altro problema: per la loro installazione sarà necessaria un'area più ampia, che non è possibile allocare in tutti i progetti di case.

Per garantire la fornitura ininterrotta del numero di elettrodomestici e del sistema di riscaldamento familiare a una casa moderna, è necessaria molta energia. Pertanto, il progetto dovrebbe prevedere tali fonti in grado di produrre tale energia. E questo richiede un solido investimento: più potente è l'attrezzatura, più è costosa.

Inoltre, in alcuni casi (ad esempio quando si utilizza l'energia eolica), la fonte potrebbe non garantire la costanza della produzione di energia. Pertanto, è necessario dotare tutte le comunicazioni di dispositivi di archiviazione. Solitamente vengono installate batterie e collettori per questo scopo, il che comporta tutti gli stessi costi aggiuntivi e la necessità di allocare più metri quadrati in casa.

Energia dal vento

I nostri antenati hanno imparato da tempo a usare l'energia eolica per i loro bisogni. In linea di principio, da allora il design non è cambiato molto. Solo la macina è stata sostituita da un generatore di azionamento che converte l'energia delle lame rotanti in energia elettrica.

Per realizzare un generatore, avrai bisogno delle seguenti parti:

• Generatore. Alcuni utilizzano il motore della lavatrice, trasformando leggermente il rotore;
• moltiplicatore;
• batteria e relativo regolatore di carica;
• trasformatore di tensione.

generatore eolico

Ci sono molti schemi per le turbine eoliche fatte in casa. Tutti loro sono completati secondo lo stesso principio.

1. Il telaio è in fase di montaggio.
2. La parte girevole è installata. Dietro di esso sono montati lame e un generatore.
3. Montare una pala laterale con un accoppiatore a molla.
4. Il generatore con un'elica è fissato al telaio, quindi viene installato sul telaio.
5. Collegare e collegare al gruppo girevole.
6. Installa il collettore corrente. Collegalo a un generatore. I fili portano alla batteria.

Consiglio. Il numero di pale dipenderà dal diametro dell'elica e dalla quantità di elettricità generata.

Le principali tipologie di fonti energetiche alternative

Di recente, sono state praticamente provate molte opzioni non tradizionali per ottenere energia. Le statistiche dicono che stiamo ancora parlando di millesimi di percento del potenziale utilizzo.

Le difficoltà tipiche che lo sviluppo di fonti energetiche alternative incontra inevitabilmente nel suo cammino sono le lacune complete nelle leggi della maggior parte dei paesi in merito allo sfruttamento delle risorse naturali come proprietà dello stato. Il problema dell'inevitabile tassazione delle energie alternative è strettamente correlato alla mancanza di elaborazione giuridica.

Considera le 10 fonti di energia alternative più utilizzate.

Vento

L'energia eolica è sempre stata utilizzata dall'uomo. Il livello di sviluppo delle moderne tecnologie ci consente di renderlo quasi ininterrotto.

Allo stesso tempo, l'elettricità viene generata utilizzando mulini a vento, simili ai mulini, dispositivi speciali. L'elica di un mulino a vento comunica l'energia cinetica del vento ad un generatore che produce corrente per mezzo di pale rotanti.

Tali parchi eolici sono particolarmente comuni in Cina, India, Stati Uniti e paesi dell'Europa occidentale. Leader indiscusso in quest'area è la Danimarca, che, tra l'altro, è pioniera dell'energia eolica: le prime installazioni sono apparse qui alla fine del XIX secolo. La Danimarca chiude così fino al 25% della domanda totale di elettricità.

Alla fine del 20° secolo, la Cina è stata in grado di fornire elettricità alle regioni montuose e desertiche solo con l'aiuto delle turbine eoliche.

L'uso dell'energia eolica è forse il modo più avanzato di produzione di energia. Questa è una variante ideale della sintesi, in cui si combinano energia alternativa ed ecologia. Molti paesi sviluppati del mondo stanno aumentando costantemente la quota di elettricità generata in questo modo nel loro bilancio energetico totale.

Sole

Anche i tentativi di utilizzare la radiazione solare per generare energia sono stati fatti per molto tempo, al momento è uno dei modi più promettenti per sviluppare energia alternativa. Il fatto stesso che il sole a molte latitudini del pianeta brilli tutto l'anno, trasferendo alla Terra decine di migliaia di volte più energia di quella consumata da tutta l'umanità in un anno, ispira l'uso attivo delle stazioni solari.

La maggior parte delle stazioni più grandi si trovano negli Stati Uniti, in totale l'energia solare è distribuita in quasi un centinaio di paesi. Come base vengono prese le fotocellule (convertitori di radiazione solare), che vengono combinate in pannelli solari di grandi dimensioni.

Calore della Terra

Il calore delle profondità della terra viene convertito in energia e utilizzato per i bisogni umani in molti paesi del mondo. L'energia termica è molto efficace nelle aree di attività vulcanica, luoghi dove sono presenti molti geyser.

I leader in quest'area sono l'Islanda (la capitale del Paese, Reykjavik, è completamente fornita di energia geotermica), le Filippine (la quota sul saldo totale è del 20%), il Messico (4%) e gli Stati Uniti (1%).

La limitazione all'utilizzo di questo tipo di sorgenti è dovuta all'impossibilità di trasportare a distanza l'energia geotermica (tipica fonte di energia locale).

In Russia, esiste ancora una di queste stazioni (capacità - 11 MW) in Kamchatka. Nello stesso luogo è in costruzione una nuova stazione (capacità - 200 MW).

Le dieci fonti di energia più promettenti nel prossimo futuro includono:

• stazioni solari basate nello spazio (il principale svantaggio del progetto sono gli enormi costi finanziari);
• forza muscolare di una persona (richiesta, prima di tutto - microelettronica);
• il potenziale energetico dei flussi e riflussi (lo svantaggio è l'alto costo di costruzione, gigantesche fluttuazioni di potenza al giorno);
• contenitori di carburante (idrogeno) (la necessità di costruire nuove stazioni di servizio, l'alto costo delle auto che li riforniranno);
• reattori nucleari veloci (barre di combustibile immerse in Na liquido) - la tecnologia è estremamente promettente (possibilità di riutilizzare i rifiuti esauriti);
• biocarburanti - già ampiamente utilizzati dai paesi in via di sviluppo (India, Cina), vantaggi - rinnovabilità, rispetto dell'ambiente, svantaggio - uso delle risorse, terreni destinati alla produzione di colture, deambulazione del bestiame (aumento del prezzo, mancanza di cibo);
• elettricità atmosferica (accumulo del potenziale energetico dei fulmini), il principale svantaggio è la mobilità dei fronti atmosferici, la velocità delle scariche (la complessità dell'accumulo).

Utilizzo dell'energia eolica e solare

Turbine eoliche negli impianti di riscaldamento

L'energia eolica cinetica viene solitamente utilizzata per alimentare gli edifici, ma modelli potenti in condizioni vicine all'ideale possono fornire almeno un riscaldamento parziale.

Se non si tiene conto dei costi iniziali, per il consumatore l'elettricità risultante non costa nulla.

È molto importante che le risorse ausiliarie non siano necessarie per il funzionamento del generatore eolico, funzionino sempre in modo autonomo. Queste installazioni come fonti di energia ausiliarie sono integrate con successo in sistemi in cui altri tipi di dispositivi di riscaldamento sono i principali. Queste unità, come fonti energetiche ausiliarie, sono integrate con successo in sistemi in cui altri tipi di dispositivi di riscaldamento sono i principali.

Queste installazioni come fonti di energia ausiliarie sono integrate con successo in sistemi in cui altri tipi di dispositivi di riscaldamento sono i principali.

Esistono molti tipi di progetti di mulini a vento, ma di solito sono divisi in due grandi categorie:

1. Turbine eoliche orizzontali con pale a elica. Queste unità sono più produttive (tasso di utilizzo dell'energia eolica fino al 52%), quindi sono più adatte al fabbisogno di riscaldamento, ma hanno una serie di restrizioni operative e di consumo.
2. Generatori eolici con asse di rotazione verticale. Queste turbine sono di potenza relativamente debole (KIEV inferiore al 40%), ma non richiedono l'orientamento al vento, possono utilizzare flussi non solo laminari, ma anche turbolenti, iniziano a generare corrente anche a basse velocità. Sono più facili da mantenere perché il generatore è vicino al suolo e non su un albero in una gondola.

Ecco alcuni svantaggi dell'utilizzo di mulini a vento per il riscaldamento:

• Elevati costi di capitale. Oltre il 70 percento dei fondi viene speso per elementi ausiliari: batterie, inverter, automazione del controllo, strutture di installazione. Gli investimenti si ripagano solo dopo diversi decenni.
• Bassa efficienza - bassa potenza. Inoltre, parte dell'energia viene persa nel processo di conversione dell'elettricità in calore.
• Il terreno richiede venti costanti ad alta velocità. L'energia è instabile, fortemente dipendente dal tempo e dalla stagione, richiede un monitoraggio e un accumulo regolari.
• L'attrezzatura occupa molto spazio.
• Le turbine eoliche generano molto rumore durante il funzionamento.

I sistemi solari eseguono il riscaldamento diretto del liquido di raffreddamento o convertono l'energia con il metodo fotovoltaico.Nella prima opzione, i raggi del sole riscaldano l'acqua / antigelo (in alcuni modelli - aria), che viene trasportata nei locali ed emette calore attraverso i radiatori. Nel secondo caso, i fotoni di luce si trasformano in energia elettrica che alimenta i tradizionali dispositivi di riscaldamento alimentati da energia elettrica (caldaie, termosifoni, pavimenti riscaldati).

Di conseguenza, ci sono due tipi di dispositivi:

• Collettori solari. Il sistema è composto da un circuito per la circolazione del liquido di raffreddamento, un serbatoio di accumulo e il collettore stesso. A seconda del design, i collettori si distinguono: piatti, sottovuoto e ad aria (l'aria viene utilizzata come refrigerante).
• Pannelli solari. L'installazione è composta da pannelli con fotocellule, controllori e un inverter. La batteria genera una corrente continua con una tensione di 24 o 12 volt, che viene raccolta nelle batterie e, dopo essere stata convertita da un inverter in corrente alternata (220 V), viene fornita alle prese.

Ci sono diversi svantaggi delle installazioni solari. Innanzitutto la dipendenza dai fattori meteorologici e dalla ciclicità (stagionale e giornaliera). Le batterie hanno una bassa efficienza per fornire una grande quantità di energia stabile, devono occupare una vasta area ed essere dotate di costose batterie ricaricabili, che spesso devono essere sostituite. Lo svantaggio dei collettori è la loro dipendenza dall'elettricità (per il funzionamento di una pompa o un ventilatore) o, ad esempio, il pericolo di congelamento del liquido di raffreddamento.

Energie alternative su scala globale

Le statistiche sull'uso di AES nel mondo, a quanto pare, danno motivo di ottimismo. Nell'UE la quantità di elettricità da fonti rinnovabili nel 2017 ha superato quella ricevuta dalle centrali a carbone.Nel 2018 la loro quota rispetto ad altre risorse “sporche” è aumentata dal 30% al 32,3%.

Nel 2018, per la prima volta in 40 anni di funzionamento di impianti solari ed eolici, la loro capacità globale ha raggiunto 1 terawatt (1000 GW), secondo un rapporto di luglio. Il 90% delle capacità è apparso solo negli ultimi 10 anni.

Ci sono tre problemi principali con AIE:

1. Promuovono il loro uso della politica e il consumatore finale paga di tasca propria l'energia "verde". Le imposte indirette sull'introduzione di fonti energetiche rinnovabili costituiscono una parte significativa della tariffa. I critici hanno ripetutamente affermato che i sussidi tariffari di stimolo sono troppo alti e che i costi prima o poi provocheranno una reazione negativa da parte dei consumatori.

1. Tali risorse possono essere definite sicure solo sullo sfondo delle tradizionali fonti di produzione di elettricità. Si è scoperto che le turbine eoliche sono in grado di sterminare gli insetti. La produzione di quasi tutti questi impianti è dannosa per l'ambiente. I pannelli solari sono particolarmente "sporchi" a causa delle emissioni della produzione di silicio solare.

1. Nonostante il fatto che la quota di fonti di energia rinnovabile nella "torta" energetica globale sia in crescita, non possono ancora competere con le fonti tradizionali. Non è redditizio utilizzarli, l'attrezzatura richiede grandi spese in conto capitale con un ritorno incomparabilmente basso e quindi, con una riduzione del sostegno statale, la domanda di FER diminuisce immediatamente. Anche l'autorevole pubblicazione tedesca Die Welt ha ammesso che "il business dei mulini a vento è in una profonda crisi".

Conclusioni e video utili sull'argomento

Video sulla combinazione di fonti alternative per generare elettricità in una piccola casa di campagna:

Un video sulla realizzazione di un generatore eolico con le tue mani ti aiuterà a comprendere facilmente i principi del dispositivo:

Un breve video sull'utilizzo di una pompa di calore:

Video clip sull'ottenimento di biogas:

È del tutto possibile rifiutare le tradizionali fonti di riscaldamento. Per fare ciò, è necessario selezionare con cura un'alternativa o combinarne più, in base alle caratteristiche della zona, della zona della vostra casa di campagna e del territorio.

L'energia del sole, della terra, la forza del vento, lo smaltimento dei rifiuti domestici di origine vegetale e animale sono in grado di diventare un degno sostituto del gas, del carbone, della legna da ardere e dell'elettricità a pagamento.

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O forse uno dei tuoi amici ha dotato la sua casa di campagna di fonti rinnovabili? Utilizzare un impianto a pannelli solari o una pompa di calore come fonte indipendente di calore, acqua calda ed elettricità?