Energia alternativa para a casa: uma visão geral das fontes de energia não padronizadas

Introdução

Toda a economia do mundo moderno depende das riquezas acumuladas no tempo dos dinossauros: petróleo, gás, carvão e outros combustíveis fósseis. A maioria das atividades em nossas vidas, desde andar de metrô até aquecer a chaleira na cozinha, exige, em última análise, a queima desse legado pré-histórico. O principal problema é que esses recursos energéticos prontamente disponíveis não são renováveis. Mais cedo ou mais tarde, a humanidade extrairá todo o petróleo das entranhas da terra, queimará todo o gás e extrairá todo o carvão. O que vamos usar para aquecer bules então?

Também não devemos esquecer o impacto ambiental negativo da combustão de combustível. Um aumento no teor de gases de efeito estufa na atmosfera leva a um aumento na temperatura média em todo o planeta. Os produtos da combustão do combustível poluem o ar. Os moradores das grandes cidades sentem isso especialmente bem.

Todos nós pensamos no futuro, mesmo que esse futuro não venha conosco.A comunidade global há muito reconhece as limitações dos combustíveis fósseis. E o impacto negativo de seu uso no meio ambiente. Os principais estados já estão implementando programas para uma transição gradual para fontes de energia ambientalmente amigáveis ​​e renováveis.

Em todo o mundo, a humanidade está procurando e gradualmente introduzindo substitutos para os combustíveis fósseis. Usinas de energia solar, eólica, maremotriz, geotérmica e hidrelétrica operam em todo o mundo há muito tempo. Parece que agora o que nos impede de fornecer todas as necessidades da humanidade com sua ajuda?

Na verdade, a energia alternativa tem muitos problemas. Por exemplo, o problema da distribuição geográfica dos recursos energéticos. Os parques eólicos são construídos apenas em áreas onde ventos fortes costumam soprar, solares - onde há um número mínimo de dias nublados, usinas hidrelétricas - em grandes rios. O petróleo, é claro, também não está disponível em todos os lugares, mas é mais fácil fornecê-lo.

O segundo problema da energia alternativa é a instabilidade. Nos parques eólicos, a geração depende do vento, que muda constantemente de velocidade ou até para completamente. As usinas de energia solar não funcionam bem em tempo nublado e não funcionam à noite.

Nem o vento nem o sol levam em conta as necessidades dos consumidores de energia. Ao mesmo tempo, a produção de energia de uma usina térmica ou nuclear é constante e facilmente regulada. A solução para este problema só pode ser a construção de enormes instalações de armazenamento de energia para criar uma reserva em caso de baixa produção. No entanto, isso aumenta muito o custo de todo o sistema.

Por causa dessas e de muitas outras dificuldades, o desenvolvimento de energias alternativas no mundo está desacelerando. A queima de combustíveis fósseis ainda é mais fácil e barata.

No entanto, se na escala da economia global as fontes alternativas de energia não oferecem grandes benefícios, então, no âmbito de uma casa individual, elas podem ser muito atraentes. Já, muitos sentem o aumento constante das tarifas de eletricidade, calor e gás. Todos os anos, as empresas de energia se aprofundam no bolso das pessoas comuns.

Especialistas do fundo de risco internacional I2BF apresentaram a primeira visão geral do mercado de energia renovável. De acordo com suas previsões, em 5 a 10 anos, as tecnologias alternativas de energia se tornarão mais competitivas e difundidas. A diferença no custo da energia alternativa e convencional já está diminuindo rapidamente.

Custo de energia refere-se ao preço que um produtor de energia alternativa deseja receber para compensar seus gastos de capital ao longo da vida do projeto e fornecer um retorno de 10% sobre o capital investido. Esse preço também incluirá o custo do financiamento da dívida, pois a maioria está fortemente alavancada.

O gráfico apresentado ilustra a avaliação dos vários tipos de energias alternativas e tradicionais no II trimestre de 2011 (Fig. 1).

De acordo com os números acima, a energia geotérmica, assim como a energia gerada pela queima de lixo e gás de aterro, tem o menor custo de todos os tipos de energia alternativa. Na verdade, eles já podem competir diretamente com a energia tradicional, mas o fator limitante para eles é o número limitado de locais onde esses projetos podem ser implementados.

Para aqueles que desejam obter independência dos caprichos dos engenheiros de energia, que desejam contribuir para o desenvolvimento de energias alternativas, que desejam apenas economizar um pouco de energia, este livro foi escrito.

Do livro V. Germanovich, A. Turilin “Fontes alternativas de energia. Projetos práticos para o uso de energia do vento, sol, água, terra, biomassa.

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Desenvolvimento de fontes não tradicionais

As fontes de energia não tradicionais incluem:

• energia do sol;
• energia eólica;
• geotérmico;
• energia das marés e ondas do mar;
• biomassa;
• energia de baixo potencial do ambiente.

Seu desenvolvimento parece possível devido à distribuição ubíqua da maioria das espécies; também pode-se notar sua compatibilidade ambiental e a ausência de custos operacionais para o componente combustível.

No entanto, existem algumas qualidades negativas que impedem seu uso em escala industrial. Trata-se de uma densidade de fluxo baixa, o que obriga à utilização de instalações "interceptadoras" de uma grande área, bem como a variabilidade ao longo do tempo.

Tudo isso leva ao fato de que tais dispositivos têm um alto consumo de material, o que significa que os investimentos de capital também aumentam. Bem, o processo de obtenção de energia devido a algum elemento de aleatoriedade associado às condições climáticas causa muitos problemas.

O outro problema mais importante é o “armazenamento” desta matéria-prima energética, uma vez que as tecnologias existentes de armazenamento de eletricidade não permitem que isso seja feito em grandes quantidades.No entanto, em condições domésticas, as fontes alternativas de energia para o lar estão se tornando cada vez mais populares, então vamos conhecer as principais usinas que podem ser instaladas em propriedade privada.

Está tudo tão suave?

Parece que tal tecnologia para fornecimento de energia de uma casa particular deveria ter sido forçada a sair do mercado por métodos tradicionais centralizados de fornecimento de energia. Por que isso não acontece? Há vários argumentos que testemunham não a favor da energia alternativa. Mas seu significado é determinado individualmente - para alguns proprietários de casas de campo, algumas deficiências são relevantes e outras não são de todo interesse.

Para grandes casas de campo, a eficiência não muito alta das instalações de energia alternativa pode se tornar um problema. Naturalmente, os sistemas solares locais, bombas de calor ou instalações geotérmicas não podem ser comparados com a produtividade das mais antigas usinas hidrelétricas, termelétricas e ainda mais usinas nucleares. sistemas, usando mais energia. A consequência disso pode ser outro problema - para sua instalação, será necessária uma área maior, o que não é possível alocar em todos os projetos da casa.

Para garantir o fornecimento ininterrupto do número de eletrodomésticos e o sistema de aquecimento familiar a uma casa moderna, é necessária muita energia. Portanto, o projeto deve prever tais fontes que possam produzir tal energia. E isso requer um investimento sólido - quanto mais potente o equipamento, mais caro ele é.

Além disso, em alguns casos (por exemplo, quando se utiliza energia eólica), a fonte pode não garantir a constância da produção de energia. Portanto, é necessário equipar todas as comunicações com dispositivos de armazenamento. Normalmente, baterias e coletores são instalados para esse fim, o que acarreta os mesmos custos adicionais e a necessidade de alocar mais metros quadrados na casa.

Energia do vento

Nossos ancestrais aprenderam há muito tempo a usar a energia eólica para suas necessidades. Em princípio, desde então o design não mudou muito. Apenas a mó foi substituída por um acionamento de gerador que converte a energia das lâminas rotativas em eletricidade.

Para fazer um gerador, você precisará das seguintes peças:

• gerador. Alguns usam o motor da máquina de lavar, transformando levemente o rotor;
• multiplicador;
• bateria e seu controlador de carga;
• Transformador de voltagem.

gerador de energia eólica

Existem muitos esquemas para turbinas eólicas caseiras. Todos eles são concluídos no mesmo princípio.

1. O quadro está sendo montado.
2. O giro está instalado. Lâminas e um gerador são montados atrás dele.
3. Monte uma pá lateral com um acoplador de mola.
4. O gerador com uma hélice é anexado à estrutura e, em seguida, é instalado na estrutura.
5. Conecte e conecte ao conjunto giratório.
6. Instale o coletor de corrente. Conecte-o a um gerador. Os fios levam à bateria.

Adendo. O número de pás dependerá do diâmetro da hélice, bem como da quantidade de eletricidade gerada.

Os principais tipos de fontes alternativas de energia

Recentemente, muitas opções não tradicionais de obtenção de energia foram praticamente tentadas. As estatísticas dizem que ainda estamos falando de milésimos de um por cento do uso potencial.

As dificuldades típicas que o desenvolvimento de fontes alternativas de energia inevitavelmente enfrenta em seu caminho são lacunas completas nas leis da maioria dos países sobre a exploração dos recursos naturais como propriedade do Estado. O problema da inevitável tributação das energias alternativas está intimamente relacionado com a falta de elaboração legal.

Considere as 10 fontes alternativas de energia mais utilizadas.

Vento

A energia eólica sempre foi utilizada pelo homem. O nível de desenvolvimento das tecnologias modernas nos permite torná-lo quase ininterrupto.

Ao mesmo tempo, a eletricidade é gerada usando moinhos de vento, semelhantes aos moinhos, dispositivos especiais. A hélice de um moinho de vento comunica a energia cinética do vento a um gerador que produz corrente por meio de pás rotativas.

Esses parques eólicos são especialmente comuns na China, Índia, EUA e países da Europa Ocidental. O líder indiscutível nesta área é a Dinamarca, que, aliás, é pioneira na energia eólica: as primeiras instalações surgiram aqui no final do século XIX. A Dinamarca fecha desta forma até 25% da demanda total de eletricidade.

No final do século 20, a China era capaz de fornecer eletricidade para regiões montanhosas e desérticas apenas com a ajuda de turbinas eólicas.

A utilização da energia eólica é talvez a forma mais avançada de produção de energia. Esta é uma variante ideal de síntese, na qual energia alternativa e ecologia são combinadas. Muitos países desenvolvidos do mundo estão aumentando constantemente a participação da eletricidade gerada dessa forma em seu balanço energético total.

Sol

Tentativas de usar a radiação solar para gerar energia também são feitas há muito tempo, no momento é uma das formas mais promissoras de desenvolver energias alternativas. O próprio fato de o sol em muitas latitudes do planeta brilhar o ano todo, transferindo para a Terra dezenas de milhares de vezes mais energia do que é consumida por toda a humanidade em um ano, inspira o uso ativo de estações solares.

A maioria das maiores estações estão localizadas nos Estados Unidos, no total, a energia solar é distribuída em quase uma centena de países. As fotocélulas (conversores de radiação solar) são tomadas como base, que são combinadas em painéis solares de grande escala.

Calor da Terra

O calor das profundezas da terra é convertido em energia e usado para as necessidades humanas em muitos países do mundo. A energia térmica é muito eficaz em áreas de atividade vulcânica, locais onde existem muitos gêiseres.

Os líderes nesta área são a Islândia (a capital do país, Reykjavik, é totalmente abastecida com energia geotérmica), as Filipinas (a participação no saldo total é de 20%), o México (4%) e os EUA (1%).

A limitação do uso desse tipo de fonte se deve à impossibilidade de transportar energia geotérmica a distâncias (uma fonte típica de energia local).

Na Rússia, ainda existe uma dessas estações (capacidade - 11 MW) em Kamchatka. Uma nova estação está em construção no mesmo local (capacidade - 200 MW).

As dez fontes de energia mais promissoras no futuro próximo incluem:

• estações solares baseadas no espaço (a principal desvantagem do projeto são os enormes custos financeiros);
• força muscular de uma pessoa (demanda, em primeiro lugar - microeletrônica);
• o potencial energético dos fluxos e refluxos (a desvantagem é o alto custo de construção, gigantescas flutuações de energia por dia);
• recipientes de combustível (hidrogênio) (a necessidade de construir novos postos de gasolina, o alto custo dos carros que os reabastecerão);
• reatores nucleares rápidos (bastões de combustível imersos em Na líquido) - a tecnologia é extremamente promissora (possibilidade de reaproveitamento de resíduos);
• biocombustível - já amplamente utilizado pelos países em desenvolvimento (Índia, China), vantagens - renovabilidade, respeito ao meio ambiente, desvantagem - uso de recursos, terras destinadas à produção de culturas, pecuária (aumento de preço, falta de alimentos);
• eletricidade atmosférica (acumulação do potencial energético dos raios), a principal desvantagem é a mobilidade das frentes atmosféricas, a velocidade das descargas (a complexidade da acumulação).

Uso de energia eólica e solar

Turbinas eólicas em sistemas de aquecimento

A energia eólica cinética é geralmente usada para alimentar edifícios, mas modelos potentes em condições próximas ao ideal podem fornecer aquecimento pelo menos parcial.

Se você não levar em conta os custos iniciais, para o consumidor a eletricidade resultante não custa nada.

É muito importante que não sejam necessários recursos auxiliares para a operação do gerador eólico, eles funcionam de forma autônoma o tempo todo. Estas instalações como fontes de energia auxiliares são integradas com sucesso em sistemas onde outros tipos de dispositivos de aquecimento são os principais. Estas unidades, como fontes de energia auxiliares, são integradas com sucesso em sistemas onde outros tipos de dispositivos de aquecimento são os principais.

Estas instalações como fontes de energia auxiliares são integradas com sucesso em sistemas onde outros tipos de dispositivos de aquecimento são os principais.

Existem muitos tipos de projetos de moinhos de vento, mas geralmente são divididos em duas grandes categorias:

1. Turbinas eólicas horizontais com pás tipo hélice. Estas unidades são mais produtivas (taxa de utilização de energia eólica até 52%), portanto são mais adequadas às necessidades de aquecimento, mas apresentam uma série de restrições operacionais e de consumo.
2. Geradores eólicos com eixo vertical de rotação. Essas turbinas são de potência relativamente fraca (KIEV menor que 40%), mas não requerem orientação ao vento, podem usar não apenas fluxos laminares, mas também turbulentos, começam a gerar corrente mesmo em baixas velocidades. Eles são mais fáceis de manter porque o gerador está próximo ao solo e não em um mastro em uma gôndola.

Aqui estão algumas desvantagens de usar moinhos de vento para aquecimento:

• Altos custos de capital. Mais de 70 por cento dos fundos são gastos em elementos auxiliares: baterias, inversor, automação de controle, estruturas de instalação. Os investimentos só compensam depois de várias décadas.
• Baixa eficiência - baixa potência. Além disso, parte da energia é perdida no processo de conversão de eletricidade em calor.
• O terreno exige a presença de ventos constantes com alta velocidade. A energia é instável, altamente dependente do clima e da estação do ano, requer monitoramento e acúmulo regulares.
• O equipamento ocupa muito espaço.
• As turbinas eólicas geram muito ruído durante a operação.

Os sistemas solares realizam o aquecimento direto do refrigerante ou convertem a energia pelo método fotovoltaico.Na primeira opção, os raios do sol aquecem a água / anticongelante (em alguns modelos - ar), que é transportada para as instalações e emite calor através de radiadores. No segundo caso, os fótons de luz são transformados em energia elétrica que alimenta os dispositivos convencionais de aquecimento movidos a eletricidade (caldeiras, aquecedores, pisos aquecidos).

Assim, existem dois tipos de dispositivos:

• Coletores solares. O sistema é composto por um circuito para circulação do líquido refrigerante, um tanque de acumulação e o próprio coletor. Dependendo do design, os coletores são diferenciados: plano, vácuo e ar (o ar é usado como refrigerante).
• Painéis solares. A instalação é composta por painéis com fotocélulas, controladores e um inversor. A bateria gera uma corrente contínua de 24 ou 12 volts, que é coletada nas baterias e, após ser convertida por um inversor em corrente alternada (220 V), é fornecida às tomadas.

Existem várias desvantagens das instalações solares. Em primeiro lugar, a dependência de fatores meteorológicos e ciclicidade (sazonal e diária). As baterias têm baixa eficiência para fornecer uma grande quantidade de energia estável, devem ocupar uma grande área e ser equipadas com baterias recarregáveis ​​caras, que muitas vezes precisam ser trocadas. A desvantagem dos coletores é a dependência da eletricidade (para a operação de uma bomba ou ventilador) ou, por exemplo, o perigo de congelamento do líquido de refrigeração.

Energia alternativa em escala global

As estatísticas sobre o uso de AES no mundo, ao que parece, dão motivos para otimismo. Na UE, a quantidade de eletricidade de fontes renováveis ​​em 2017 superou a recebida de usinas a carvão.Em 2018, sua participação em relação a outros recursos “sujos” passou de 30% para 32,3%.

Em 2018, pela primeira vez em 40 anos de operação de usinas solares e eólicas, sua capacidade global atingiu 1 terawatt (1.000 GW), de acordo com um relatório de julho. 90% das capacidades apareceram apenas nos últimos 10 anos.

Existem três problemas principais com o AIE:

1. Eles promovem o uso da política, e o consumidor final paga a energia "verde" do próprio bolso. Os impostos indiretos sobre a introdução de FER constituem uma parte significativa da tarifa. Os críticos disseram repetidamente que os subsídios tarifários de estímulo são muito altos e os custos, mais cedo ou mais tarde, causarão uma reação negativa dos consumidores.

1. Tais recursos só podem ser considerados seguros no contexto das fontes tradicionais de geração de eletricidade. Descobriu-se que as turbinas eólicas são capazes de exterminar insetos. A produção de quase todas essas instalações é prejudicial ao meio ambiente. Os painéis solares são especialmente "sujos" devido às emissões da produção de silício solar.

1. Apesar do fato de que a participação das fontes de energia renovável no "bolo" global de energia está crescendo, elas ainda não podem competir com as fontes tradicionais. Não é rentável usá-los, o equipamento requer grandes despesas de capital com um retorno incomparavelmente pequeno e, portanto, com a redução do apoio estatal, a demanda por FER cai imediatamente. Até mesmo a publicação alemã de autoridade Die Welt admitiu que "o negócio de moinhos de vento está em um profundo nocaute".

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

Vídeo sobre a combinação de fontes alternativas para gerar eletricidade em uma pequena casa de campo:

Um vídeo sobre como fazer um gerador eólico com suas próprias mãos ajudará você a entender facilmente os princípios do dispositivo:

Um pequeno vídeo sobre como usar uma bomba de calor:

Videoclipe sobre a obtenção de biogás:

É bem possível recusar fontes tradicionais de aquecimento. Para fazer isso, você precisa selecionar cuidadosamente uma alternativa ou combinar várias, com base nas características da área, na área da sua casa de campo e na área local.

A energia do sol, da terra, a força do vento, o descarte de lixo doméstico de origem vegetal e animal são capazes de se tornar um substituto digno para o gás, carvão, lenha e eletricidade paga.

Você está usando uma das fontes alternativas de energia para uso doméstico? Compartilhe quanto custou para você montar a unidade e com que rapidez valeu a pena.

Ou talvez um de seus amigos tenha equipado sua casa de campo com fontes renováveis? Usando um sistema de painel solar ou uma bomba de calor como fonte independente de calor, água quente e eletricidade?