Alternative Energie für zu Hause: eine Übersicht über nicht standardisierte Energiequellen

Einführung

Die gesamte moderne Weltwirtschaft hängt von den Reichtümern ab, die in der Zeit der Dinosaurier angehäuft wurden: Öl, Gas, Kohle und andere fossile Brennstoffe. Die meisten Aktivitäten in unserem Leben, von der Fahrt mit der U-Bahn bis zum Aufheizen des Wasserkochers in der Küche, erfordern letztendlich das Verbrennen dieses prähistorischen Erbes. Das Hauptproblem besteht darin, dass diese leicht verfügbaren Energieressourcen nicht erneuerbar sind. Früher oder später wird die Menschheit das ganze Öl aus den Eingeweiden der Erde pumpen, das ganze Gas verbrennen und die ganze Kohle ausgraben. Womit werden wir dann Teekannen erhitzen?

Wir sollten auch die negativen Umweltauswirkungen der Kraftstoffverbrennung nicht vergessen. Eine Erhöhung des Gehalts an Treibhausgasen in der Atmosphäre führt zu einem Anstieg der Durchschnittstemperatur auf dem gesamten Planeten. Die Verbrennungsprodukte von Kraftstoff verschmutzen die Luft. Das spüren vor allem Bewohner von Großstädten.

Wir alle denken an die Zukunft, auch wenn diese Zukunft nicht mit uns kommt.Die Weltgemeinschaft hat die Grenzen fossiler Brennstoffe längst erkannt. Und die negativen Auswirkungen ihrer Verwendung auf die Umwelt. Führende Staaten setzen bereits Programme zur schrittweisen Umstellung auf umweltfreundliche und erneuerbare Energiequellen um.

Weltweit sucht die Menschheit nach Ersatz für fossile Brennstoffe und führt diese schrittweise ein. Längst sind auf der ganzen Welt Solar-, Wind-, Gezeiten-, Geothermie- und Wasserkraftwerke in Betrieb. Es scheint, dass was uns gerade jetzt daran hindert, alle Bedürfnisse der Menschheit mit ihrer Hilfe zu befriedigen?

Tatsächlich hat alternative Energie viele Probleme. Zum Beispiel das Problem der geografischen Verteilung von Energieressourcen. Windparks werden nur in Gebieten gebaut, in denen oft starke Winde wehen, Solaranlagen - wo es nur wenige bewölkte Tage gibt, Wasserkraftwerke - an großen Flüssen. Öl ist natürlich auch nicht überall verfügbar, aber es ist einfacher zu liefern.

Das zweite Problem alternativer Energien ist die Instabilität. Bei Windparks hängt die Erzeugung vom Wind ab, der ständig seine Geschwindigkeit ändert oder ganz aufhört. Solarkraftwerke funktionieren bei bewölktem Wetter nicht gut und nachts überhaupt nicht.

Weder Wind noch Sonne berücksichtigen die Bedürfnisse der Energieverbraucher. Gleichzeitig ist die Energieabgabe eines thermischen oder nuklearen Kraftwerks konstant und einfach regelbar. Die Lösung dieses Problems kann nur der Bau riesiger Energiespeicher sein, um bei geringer Leistung eine Reserve zu schaffen. Dies erhöht jedoch die Kosten des gesamten Systems stark.

Aufgrund dieser und vieler anderer Schwierigkeiten verlangsamt sich die Entwicklung alternativer Energien in der Welt. Die Verbrennung fossiler Brennstoffe ist immer noch einfacher und billiger.

Wenn jedoch alternative Energiequellen im Maßstab der Weltwirtschaft keinen großen Nutzen bringen, dann können sie im Rahmen eines individuellen Hauses sehr attraktiv sein. Schon jetzt spüren viele die stetig steigenden Tarife für Strom, Wärme und Gas. Jedes Jahr dringen Energieunternehmen tiefer in die Taschen der einfachen Leute ein.

Experten des internationalen Venture-Fonds I2BF präsentierten den ersten Überblick über den Markt für erneuerbare Energien. Ihren Prognosen zufolge werden alternative Energietechnologien in 5–10 Jahren wettbewerbsfähiger und weit verbreitet sein. Schon jetzt schrumpft der Kostenunterschied zwischen alternativer und konventioneller Energie rapide.

Energiekosten beziehen sich auf den Preis, den ein alternativer Energieerzeuger erhalten möchte, um seine Kapitalausgaben über die Lebensdauer des Projekts zu kompensieren und eine Rendite von 10 % auf das investierte Kapital zu erzielen. Dieser Preis beinhaltet auch die Kosten der Fremdfinanzierung, da die meisten stark gehebelt sind.

Die nebenstehende Grafik veranschaulicht die Bewertung verschiedener alternativer und traditioneller Energiearten im II. Quartal 2011 (Abb. 1).

Geothermie sowie Energie aus der Verbrennung von Müll- und Deponiegas sind den obigen Zahlen zufolge die kostengünstigsten aller alternativen Energieformen. Tatsächlich können sie bereits direkt mit der traditionellen Energie konkurrieren, aber der limitierende Faktor für sie ist die begrenzte Anzahl von Orten, an denen diese Projekte umgesetzt werden können.

Für diejenigen, die sich von den Launen der Energietechniker unabhängig machen wollen, die zur Entwicklung alternativer Energien beitragen wollen, die einfach nur ein bisschen Energie sparen wollen, ist dieses Buch geschrieben.

Aus Buch V. Germanovich, A. Turilin „Alternative Energiequellen. Praktische Designs für die Nutzung von Wind, Sonne, Wasser, Erde, Biomasseenergie.

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Entwicklung nicht-traditioneller Quellen

Zu den nicht-traditionellen Energiequellen gehören:

• Energie der Sonne;
• Windenergie;
• Geothermie;
• Energie von Gezeiten und Wellen;
• Biomasse;
• niedrige potentielle Energie der Umgebung.

Ihre Entwicklung erscheint aufgrund der ubiquitären Verbreitung der meisten Arten möglich, hinzu kommen ihre Umweltfreundlichkeit und der Wegfall von Betriebskosten für die Kraftstoffkomponente.

Es gibt jedoch einige negative Eigenschaften, die einen Einsatz im industriellen Maßstab verhindern. Dies ist eine geringe Flussdichte, die die Verwendung von "abfangenden" Installationen mit großer Fläche sowie zeitliche Schwankungen erzwingt.

All dies führt dazu, dass solche Geräte einen hohen Materialverbrauch haben, wodurch auch die Kapitalinvestitionen steigen. Nun, der Prozess der Energiegewinnung aufgrund einiger Zufälligkeiten, die mit den Wetterbedingungen verbunden sind, verursacht eine Menge Probleme.

Das andere wichtigste Problem ist die „Speicherung“ dieses Energierohstoffs, da die bestehenden Technologien zur Speicherung von Strom dies in großen Mengen nicht zulassen.Unter häuslichen Bedingungen werden alternative Energiequellen für den Haushalt jedoch immer beliebter. Machen wir uns also mit den wichtigsten Kraftwerken vertraut, die in Privatbesitz installiert werden können.

Ist alles so glatt?

Es scheint, dass eine solche Technologie zur Stromversorgung eines Privathauses durch die traditionelle zentrale Energieversorgung längst vom Markt verdrängt werden sollte. Warum passiert das nicht? Es gibt mehrere Argumente, die gegen alternative Energien sprechen. Ihre Bedeutung wird jedoch individuell bestimmt - für einige Eigentümer von Landhäusern sind einige Mängel relevant und andere überhaupt nicht von Interesse.

Für große Landhäuser kann der nicht allzu hohe Wirkungsgrad alternativer Energieanlagen zum Problem werden. Natürlich sind dezentrale Solaranlagen, Wärmepumpen oder Erdwärmeanlagen nicht mit der Leistungsfähigkeit selbst der ältesten Wasserkraftwerke, Wärmekraftwerke und erst recht Kernkraftwerke zu vergleichen, jedoch wird dieser Nachteil oft durch die Installation von zwei oder sogar drei minimiert Systeme, die mehr Strom verbrauchen. Die Folge davon kann ein weiteres Problem sein - für ihre Installation wird eine größere Fläche benötigt, die nicht in allen Hausprojekten zugewiesen werden kann.

Für die unterbrechungsfreie Versorgung der vielen Haushaltsgeräte und der Heizungsanlage, die ein modernes Haus kennt, wird viel Strom benötigt. Daher sollte das Projekt solche Quellen vorsehen, die eine solche Energie erzeugen können. Und das erfordert eine solide Investition – je leistungsfähiger das Gerät, desto teurer ist es.

Darüber hinaus garantiert die Quelle in einigen Fällen (z. B. bei der Nutzung von Windenergie) möglicherweise nicht die Konstanz der Energieerzeugung. Daher ist es notwendig, die gesamte Kommunikation mit Speichergeräten auszustatten. Normalerweise werden zu diesem Zweck Batterien und Kollektoren installiert, was alle die gleichen zusätzlichen Kosten und die Notwendigkeit mit sich bringt, mehr Quadratmeter im Haus zuzuweisen.

Energie aus dem Wind

Unsere Vorfahren haben längst gelernt, die Windenergie für ihre Bedürfnisse zu nutzen. Im Prinzip hat sich seitdem am Design nicht viel geändert. Lediglich der Mühlstein wurde durch einen Generatorantrieb ersetzt, der die Energie der rotierenden Schaufeln in Strom umwandelt.

Um einen Generator zu bauen, benötigen Sie die folgenden Teile:

• Generator. Einige verwenden den Motor der Waschmaschine und verändern den Rotor leicht;
• Multiplikator;
• Batterie und Laderegler;
• Spannungswandler.

Windgenerator

Es gibt viele Systeme für hausgemachte Windkraftanlagen. Alle von ihnen werden nach dem gleichen Prinzip abgeschlossen.

1. Der Rahmen wird zusammengebaut.
2. Der Wirbel ist montiert. Dahinter sind Schaufeln und ein Generator montiert.
3. Montieren Sie einen Seitenlöffel mit einer Federkupplung.
4. Der Generator mit einem Propeller wird am Rahmen befestigt und dann am Rahmen montiert.
5. Verbinden und mit der Schwenkbaugruppe verbinden.
6. Installieren Sie den Stromabnehmer. Schließen Sie es an einen Generator an. Die Kabel führen zur Batterie.

Rat. Die Anzahl der Blätter hängt vom Durchmesser des Propellers sowie von der erzeugten Strommenge ab.

Die wichtigsten Arten alternativer Energiequellen

In letzter Zeit wurden viele nicht-traditionelle Optionen zur Energiegewinnung praktisch erprobt. Statistiken besagen, dass wir immer noch von Tausendstel Prozent des möglichen Nutzens sprechen.

Typische Schwierigkeiten, denen die Entwicklung alternativer Energiequellen auf ihrem Weg zwangsläufig begegnet, sind völlige Lücken in den Gesetzen der meisten Länder bezüglich der Ausbeutung natürlicher Ressourcen als Staatseigentum. Das Problem der unvermeidlichen Besteuerung alternativer Energien hängt eng mit der fehlenden rechtlichen Ausgestaltung zusammen.

Betrachten Sie die 10 am häufigsten verwendeten alternativen Energiequellen.

Wind

Windenergie wurde schon immer von Menschen genutzt. Der Entwicklungsstand moderner Technologien ermöglicht es uns, es fast ununterbrochen zu machen.

Gleichzeitig wird Strom mit Windmühlen, ähnlich wie Mühlen, speziellen Geräten erzeugt. Der Propeller einer Windmühle überträgt die kinetische Energie des Windes an einen Generator, der mittels rotierender Flügel Strom erzeugt.

Solche Windparks sind vor allem in China, Indien, den USA und westeuropäischen Ländern verbreitet. Der unbestrittene Vorreiter auf diesem Gebiet ist Dänemark, das übrigens ein Pionier der Windenergie ist: Die ersten Installationen entstanden hier Ende des 19. Jahrhunderts. Dänemark schließt auf diese Weise bis zu 25 % des gesamten Strombedarfs.

Ende des 20. Jahrhunderts konnte China Berg- und Wüstenregionen nur mit Hilfe von Windkraftanlagen mit Strom versorgen.

Die Nutzung der Windenergie ist vielleicht die fortschrittlichste Art der Energieerzeugung. Dies ist eine ideale Variante der Synthese, bei der alternative Energie und Ökologie kombiniert werden. Viele entwickelte Länder der Welt erhöhen ständig den Anteil des so erzeugten Stroms an ihrer Gesamtenergiebilanz.

Sonne

Auch Versuche, die Sonnenstrahlung zur Energiegewinnung zu nutzen, gibt es seit langem, derzeit ist dies einer der vielversprechendsten Wege, um alternative Energien zu entwickeln. Die Tatsache, dass die Sonne in vielen Breiten des Planeten das ganze Jahr über scheint und zehntausendmal mehr Energie auf die Erde überträgt, als die gesamte Menschheit in einem Jahr verbraucht, inspiriert zur aktiven Nutzung von Solarstationen.

Die meisten der größten Stationen befinden sich in den Vereinigten Staaten, insgesamt wird Solarenergie in fast hundert Ländern vertrieben. Als Basis dienen Fotozellen (Konverter der Sonnenstrahlung), die zu großflächigen Solarpanels kombiniert werden.

Hitze der Erde

Die Wärme aus den Tiefen der Erde wird in vielen Ländern der Welt in Energie umgewandelt und für die menschlichen Bedürfnisse genutzt. Wärmeenergie ist sehr effektiv in Gebieten mit vulkanischer Aktivität, an Orten, an denen es viele Geysire gibt.

Spitzenreiter in diesem Bereich sind Island (die Landeshauptstadt Reykjavik wird vollständig mit Erdwärme versorgt), die Philippinen (Anteil an der Gesamtbilanz beträgt 20 %), Mexiko (4 %) und die USA (1 %).

Die Einschränkung bei der Nutzung dieser Art von Quellen ist auf die Unmöglichkeit zurückzuführen, geothermische Energie über Entfernungen zu transportieren (eine typische lokale Energiequelle).

In Russland gibt es noch eine solche Station (Kapazität - 11 MW) in Kamtschatka. An gleicher Stelle wird eine neue Station gebaut (Kapazität - 200 MW).

Zu den zehn vielversprechendsten Energiequellen der nahen Zukunft gehören:

• Solarstationen im Weltraum (der Hauptnachteil des Projekts sind die enormen finanziellen Kosten);
• Muskelkraft einer Person (Nachfrage vor allem - Mikroelektronik);
• das Energiepotential der Ebbe und Flut (der Nachteil sind die hohen Baukosten, gigantische Stromschwankungen pro Tag);
• Kraftstoffbehälter (Wasserstoff) (die Notwendigkeit, neue Tankstellen zu bauen, die hohen Kosten für Autos, die sie betanken);
• schnelle Kernreaktoren (in flüssiges Na getauchte Brennstäbe) - die Technologie ist äußerst vielversprechend (Möglichkeit der Wiederverwendung abgebrannter Abfälle);
• Biokraftstoff - bereits weit verbreitet in Entwicklungsländern (Indien, China), Vorteile - Erneuerbarkeit, Umweltfreundlichkeit, Nachteil - Ressourcenverbrauch, Land für die Produktion von Pflanzen, Viehtrieb (Preissteigerung, Nahrungsmangel);
• atmosphärische Elektrizität (Akkumulation des Energiepotentials von Blitzen), der Hauptnachteil ist die Mobilität atmosphärischer Fronten, die Geschwindigkeit der Entladungen (die Komplexität der Akkumulation).

Nutzung von Wind- und Sonnenenergie

Windkraftanlagen in Heizungsanlagen

Kinetische Windenergie wird normalerweise zum Betreiben von Gebäuden verwendet, aber leistungsstarke Modelle können unter nahezu idealen Bedingungen zumindest teilweise Wärme liefern.

Berücksichtigt man die Anschaffungskosten nicht, kostet der anfallende Strom für den Verbraucher nichts.

Es ist sehr wichtig, dass für den Betrieb des Windgenerators keine Hilfsressourcen benötigt werden, sie arbeiten die ganze Zeit autonom. Diese Installationen als Hilfsenergiequellen werden erfolgreich in Systeme integriert, in denen andere Arten von Heizgeräten im Vordergrund stehen. Diese Einheiten werden als Hilfsenergiequellen erfolgreich in Systeme integriert, in denen andere Arten von Heizgeräten die Hauptrolle spielen.

Diese Installationen als Hilfsenergiequellen werden erfolgreich in Systeme integriert, in denen andere Arten von Heizgeräten im Vordergrund stehen.

Es gibt viele Arten von Windmühlendesigns, aber sie werden normalerweise in zwei große Kategorien unterteilt:

1. Horizontale Windkraftanlagen mit Propellerflügeln. Diese Einheiten sind produktiver (Nutzungsgrad der Windenergie beträgt bis zu 52 %) und eignen sich daher besser für den Heizbedarf, weisen jedoch eine Reihe von Betriebs- und Verbraucherbeschränkungen auf.
2. Windgeneratoren mit vertikaler Drehachse. Diese Turbinen sind relativ leistungsschwach (KIEV weniger als 40%), benötigen jedoch keine Ausrichtung zum Wind, sie können nicht nur laminare, sondern auch turbulente Strömungen nutzen, sie beginnen bereits bei niedrigen Geschwindigkeiten, Strömung zu erzeugen. Sie sind wartungsfreundlicher, da der Generator in Bodennähe und nicht auf einem Mast in einer Gondel steht.

Hier sind einige Nachteile der Verwendung von Windmühlen zum Heizen:

• Hohe Kapitalkosten. Mehr als 70 Prozent der Mittel werden für Hilfselemente ausgegeben: Batterien, Wechselrichter, Steuerungsautomatisierung, Installationsstrukturen. Investitionen amortisieren sich erst nach mehreren Jahrzehnten.
• Geringer Wirkungsgrad - geringer Stromverbrauch. Außerdem geht ein Teil der Energie bei der Umwandlung von Strom in Wärme verloren.
• Das Gelände erfordert das Vorhandensein konstanter Winde mit hoher Geschwindigkeit. Energie ist instabil, stark wetter- und jahreszeitabhängig, erfordert regelmäßige Überwachung und Akkumulation.
• Die Ausrüstung nimmt viel Platz ein.
• Windkraftanlagen erzeugen im Betrieb viel Lärm.

Solaranlagen erwärmen das Kühlmittel direkt oder wandeln Energie photovoltaisch um.Bei der ersten Option erhitzen die Sonnenstrahlen Wasser / Frostschutzmittel (bei einigen Modellen - Luft), das in die Räumlichkeiten transportiert wird und über Heizkörper Wärme abgibt. Im zweiten Fall werden Lichtphotonen in elektrische Energie umgewandelt, die herkömmliche mit Strom betriebene Heizgeräte (Boiler, Heizungen, Fußbodenheizung) speist.

Dementsprechend gibt es zwei Arten von Geräten:

• Sonnenkollektoren. Das System besteht aus einem Kreislauf für die Zirkulation des Kühlmittels, einem Sammelbehälter und dem Sammler selbst. Je nach Ausführung werden Kollektoren unterschieden: Flach, Vakuum und Luft (Luft wird als Kühlmittel verwendet).
• Sonnenkollektoren. Die Installation besteht aus Paneelen mit Fotozellen, Steuerungen und einem Wechselrichter. Die Batterie erzeugt einen Gleichstrom von 24 oder 12 Volt, der in Batterien gesammelt und nach Umwandlung durch einen Wechselrichter in Wechselstrom (220 V) in die Steckdosen eingespeist wird.

Es gibt mehrere Nachteile von Solaranlagen. Zunächst einmal die Abhängigkeit von meteorologischen Faktoren und Zyklizität (saisonal und täglich). Batterien haben einen geringen Wirkungsgrad, um eine große Menge stabiler Energie bereitzustellen, sie müssen eine große Fläche einnehmen und mit teuren wiederaufladbaren Batterien ausgestattet sein, die oft gewechselt werden müssen. Der Nachteil von Kollektoren ist die Stromabhängigkeit (für den Betrieb einer Pumpe oder eines Lüfters) oder beispielsweise die Gefahr des Einfrierens des Kühlmittels.

Alternative Energie auf globaler Ebene

Die Statistik über die Verwendung von AES in der Welt scheint Anlass zu Optimismus zu geben. In der EU überstieg die Strommenge aus erneuerbaren Quellen im Jahr 2017 die aus Kohlekraftwerken.2018 stieg ihr Anteil im Verhältnis zu anderen „schmutzigen“ Ressourcen von 30 % auf 32,3 %.

Im Jahr 2018 erreichte laut einem Bericht vom Juli zum ersten Mal seit 40 Jahren des Betriebs von Solar- und Windkraftwerken ihre globale Kapazität 1 Terawatt (1000 GW). 90 % der Kapazitäten sind erst in den letzten 10 Jahren entstanden.

Es gibt drei Hauptprobleme mit AIE:

1. Sie werben für ihren Einsatz in der Politik, und der Endverbraucher zahlt „grüne“ Energie aus eigener Tasche. Indirekte Steuern auf die Einführung von RES machen einen erheblichen Teil des Tarifs aus. Kritiker haben wiederholt geäußert, dass die Stimulus-Tarifsubventionen zu hoch seien und die Kosten früher oder später eine negative Reaktion der Verbraucher hervorrufen würden.

1. Solche Ressourcen können nur vor dem Hintergrund traditioneller Quellen der Stromerzeugung als sicher bezeichnet werden. Es stellte sich heraus, dass Windkraftanlagen Insekten vernichten können. Die Herstellung fast aller solcher Anlagen ist umweltschädlich. Besonders „verschmutzt“ sind Solarmodule durch Emissionen aus der Solarsiliziumproduktion.

1. Obwohl der Anteil erneuerbarer Energiequellen am globalen Energiekuchen wächst, können sie mit traditionellen Quellen noch nicht konkurrieren. Ihre Nutzung ist unrentabel, die Ausrüstung erfordert große Investitionen mit einer unvergleichlich geringen Rendite, und daher sinkt die Nachfrage nach erneuerbaren Energien mit einer Reduzierung der staatlichen Unterstützung sofort. Sogar die maßgebliche deutsche Publikation Die Welt gab zu, dass "das Geschäft mit Windkraftanlagen in einem tiefen Knockout steckt".

Schlussfolgerungen und nützliches Video zum Thema

Video über die Kombination alternativer Quellen zur Stromerzeugung in einem kleinen Landhaus:

Ein Video über die Herstellung eines Windgenerators mit Ihren eigenen Händen hilft Ihnen, die Prinzipien des Geräts leicht zu verstehen:

Ein kurzes Video über den Einsatz einer Wärmepumpe:

Videoclip zur Gewinnung von Biogas:

Es ist durchaus möglich, herkömmliche Heizquellen abzulehnen. Dazu müssen Sie sorgfältig eine Alternative auswählen oder mehrere kombinieren, basierend auf den Merkmalen der Gegend, der Gegend Ihres Landhauses und der Umgebung.

Die Energie der Sonne, der Erde, die Kraft des Windes, die Entsorgung von Hausmüll pflanzlichen und tierischen Ursprungs sind durchaus in der Lage, ein würdiger Ersatz für Gas, Kohle, Brennholz und kostenpflichtigen Strom zu werden.

Verwenden Sie eine der alternativen Energiequellen für den Heimgebrauch? Teilen Sie mit, wie viel es Sie gekostet hat, das Gerät zusammenzubauen, und wie schnell es sich ausgezahlt hat.

Oder vielleicht hat einer Ihrer Freunde sein Landhaus mit erneuerbaren Energien ausgestattet? Nutzen Sie eine Solaranlage oder eine Wärmepumpe als unabhängige Quelle für Wärme, Warmwasser und Strom?