Energía alternativa para el hogar: una visión general de las fuentes de energía no estándar

Introducción

Toda la economía mundial moderna depende de la riqueza acumulada en la época de los dinosaurios: petróleo, gas, carbón y otros combustibles fósiles. La mayoría de las actividades de nuestra vida, desde viajar en metro hasta calentar la tetera en la cocina, requieren en última instancia quemar este legado prehistórico. El principal problema es que estos recursos energéticos fácilmente disponibles no son renovables. Tarde o temprano, la humanidad extraerá todo el petróleo de las entrañas de la tierra, quemará todo el gas y extraerá todo el carbón. ¿Qué usaremos para calentar teteras entonces?

Tampoco debemos olvidarnos del impacto ambiental negativo de la quema de combustible. Un aumento del contenido de gases de efecto invernadero en la atmósfera provoca un aumento de la temperatura media en todo el planeta. Los productos de la combustión del combustible contaminan el aire. Los residentes de las grandes ciudades sienten esto especialmente bien.

Todos pensamos en el futuro, aunque este futuro no venga con nosotros.La comunidad mundial ha reconocido durante mucho tiempo las limitaciones de los combustibles fósiles. Y el impacto negativo de su uso en el medio ambiente. Los estados líderes ya están implementando programas para una transición gradual hacia fuentes de energía renovables y respetuosas con el medio ambiente.

En todo el mundo, la humanidad está buscando e introduciendo gradualmente sustitutos de los combustibles fósiles. Las plantas de energía solar, eólica, mareomotriz, geotérmica e hidroeléctrica han estado operando en todo el mundo durante mucho tiempo. Parecería que en este momento, ¿qué nos impide satisfacer todas las necesidades de la humanidad con su ayuda?

De hecho, la energía alternativa tiene muchos problemas. Por ejemplo, el problema de la distribución geográfica de los recursos energéticos. Los parques eólicos se construyen solo en áreas donde a menudo soplan fuertes vientos, solares, donde hay un número mínimo de días nublados, centrales hidroeléctricas, en grandes ríos. El petróleo, por supuesto, tampoco está disponible en todas partes, pero es más fácil entregarlo.

El segundo problema de la energía alternativa es la inestabilidad. En los parques eólicos, la generación depende del viento, que cambia constantemente de velocidad o incluso se detiene por completo. Las plantas de energía solar no funcionan bien cuando está nublado y no funcionan en absoluto durante la noche.

Ni el viento ni el sol tienen en cuenta las necesidades de los consumidores de energía. Al mismo tiempo, la producción de energía de una central térmica o nuclear es constante y fácilmente regulable. La solución a este problema solo puede ser la construcción de enormes instalaciones de almacenamiento de energía para crear una reserva en caso de baja producción. Sin embargo, esto aumenta considerablemente el costo de todo el sistema.

Debido a estas y muchas otras dificultades, el desarrollo de energías alternativas en el mundo se está desacelerando. La quema de combustibles fósiles sigue siendo más fácil y económica.

Sin embargo, si en la escala de la economía global, las fuentes de energía alternativas no brindan muchos beneficios, en el marco de una casa individual pueden ser muy atractivas. Muchos ya sienten el aumento constante de las tarifas de electricidad, calefacción y gas. Cada año, las empresas de energía se meten más en el bolsillo de la gente común.

Expertos del fondo de riesgo internacional I2BF presentaron la primera visión general del mercado de energías renovables. Según sus previsiones, en 5 a 10 años, las tecnologías de energía alternativa serán más competitivas y se generalizarán. La brecha en el costo de la energía alternativa y convencional ya se está reduciendo rápidamente.

El costo de la energía se refiere al precio que un productor de energía alternativa desea recibir para compensar sus gastos de capital durante la vida del proyecto y proporcionar un rendimiento del 10 % sobre el capital invertido. Este precio también incluirá el costo de la financiación de la deuda, ya que la mayoría están fuertemente apalancados.

El gráfico presentado ilustra la evaluación de varios tipos de energía alternativa y tradicional en el segundo trimestre de 2011 (Fig. 1).

De acuerdo con las cifras anteriores, la energía geotérmica, así como la energía generada por la quema de basura y gas de vertedero, tiene el costo más bajo de todos los tipos de energía alternativa. De hecho, ya pueden competir directamente con la energía tradicional, pero el factor limitante para ellos es el número limitado de lugares donde se pueden implementar estos proyectos.

Para aquellos que quieren independizarse de los caprichos de los ingenieros eléctricos, que quieren contribuir al desarrollo de energía alternativa, que solo quieren ahorrar un poco de energía, este libro está escrito.

Del libro V. Germanovich, A. Turilin “Fuentes de energía alternativas. Diseños prácticos para el aprovechamiento de la energía del viento, sol, agua, tierra, biomasa.

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Desarrollo de fuentes no tradicionales

Las fuentes de energía no tradicionales incluyen:

• energía del sol;
• energía eólica;
• geotermia;
• energía de las mareas y olas del mar;
• biomasa;
• energía de bajo potencial del medio ambiente.

Su desarrollo parece posible debido a la distribución ubicua de la mayoría de las especies; también se puede notar su respeto por el medio ambiente y la ausencia de costos operativos para el componente de combustible.

Sin embargo, existen algunas cualidades negativas que impiden su uso a escala industrial. Se trata de una baja densidad de flujo, lo que obliga al uso de instalaciones "interceptantes" de gran superficie, así como a la variabilidad en el tiempo.

Todo esto lleva al hecho de que tales dispositivos tienen un alto consumo de material, lo que significa que las inversiones de capital también aumentan. Bueno, el proceso de obtención de energía debido a algún elemento de aleatoriedad asociado con las condiciones climáticas causa muchos problemas.

El otro problema más importante es el “almacenamiento” de esta materia prima energética, ya que las tecnologías existentes para almacenar electricidad no permiten que se haga en grandes cantidades.Sin embargo, en las condiciones domésticas, las fuentes de energía alternativas para el hogar son cada vez más populares, así que conozcamos las principales plantas de energía que se pueden instalar en propiedad privada.

¿Es todo tan suave?

Parecería que una tecnología de este tipo para el suministro de energía de una casa privada debería haber sido expulsada del mercado durante mucho tiempo por los métodos tradicionales centralizados de suministro de energía. ¿Por qué no sucede esto? Hay varios argumentos que no dan testimonio a favor de la energía alternativa. Pero su importancia se determina de forma individual: para algunos propietarios de casas de campo, algunas deficiencias son relevantes y otras no tienen ningún interés.

Para casas de campo grandes, la eficiencia no demasiado alta de las instalaciones de energía alternativa puede convertirse en un problema. Naturalmente, los sistemas solares locales, las bombas de calor o las instalaciones geotérmicas no pueden compararse con la productividad de las centrales hidroeléctricas, las centrales térmicas y más aún las centrales nucleares más antiguas, pero este inconveniente suele minimizarse instalando dos o incluso tres sistemas, utilizando más energía. La consecuencia de esto puede ser otro problema: para su instalación, se requerirá un área más grande, que no es posible asignar en todos los proyectos de casas.

Para garantizar el suministro ininterrumpido de la cantidad de electrodomésticos y el sistema de calefacción familiar para un hogar moderno, se requiere mucha energía. Por lo tanto, el proyecto debe prever tales fuentes que puedan producir tal energía. Y esto requiere una inversión sólida: cuanto más potente es el equipo, más caro es.

Además, en algunos casos (por ejemplo, cuando se usa energía eólica), la fuente puede no garantizar la constancia de la producción de energía. Por lo tanto, es necesario equipar toda la comunicación con dispositivos de almacenamiento. Por lo general, las baterías y los colectores se instalan para este propósito, lo que conlleva los mismos costos adicionales y la necesidad de asignar más metros cuadrados en la casa.

Energía del viento

Nuestros antepasados ​​han aprendido durante mucho tiempo a utilizar la energía eólica para sus necesidades. En principio, desde entonces el diseño no ha cambiado mucho. Solo la piedra de molino fue reemplazada por un generador que convierte la energía de las aspas giratorias en electricidad.

Para hacer un generador, necesitará las siguientes partes:

• generador. Algunos usan el motor de la lavadora, transformando ligeramente el rotor;
• multiplicador;
• batería y su controlador de carga;
• Transformador de voltage.

generador de viento

Hay muchos esquemas para aerogeneradores caseros. Todos ellos se completan con el mismo principio.

1. El marco se está montando.
2. El giratorio está instalado. Las palas y un generador están montados detrás.
3. Monte una pala lateral con un acoplador de resorte.
4. El generador con una hélice se une al marco, luego se instala en el marco.
5. Conecte y conecte al conjunto giratorio.
6. Instale el colector actual. Conéctelo a un generador. Los cables van a la batería.

Consejo. El número de palas dependerá del diámetro de la hélice, así como de la cantidad de electricidad generada.

Los principales tipos de fuentes de energía alternativas.

Recientemente, se han probado en la práctica muchas opciones no tradicionales para la obtención de energía. Las estadísticas dicen que todavía estamos hablando de milésimas de un por ciento del uso potencial.

Las dificultades típicas que inevitablemente enfrenta el desarrollo de fuentes de energía alternativas en su camino son vacíos completos en las leyes de la mayoría de los países con respecto a la explotación de los recursos naturales como propiedad del estado. El problema de la inevitable tributación de las energías alternativas está estrechamente relacionado con la falta de elaboración legal.

Considere las 10 fuentes de energía alternativa más utilizadas.

Viento

La energía eólica siempre ha sido utilizada por el hombre. El nivel de desarrollo de las tecnologías modernas nos permite hacerlo casi ininterrumpido.

Al mismo tiempo, la electricidad se genera utilizando molinos de viento, similares a molinos, dispositivos especiales. La hélice de un molino de viento comunica la energía cinética del viento a un generador que produce corriente por medio de aspas giratorias.

Tales parques eólicos son especialmente comunes en China, India, EE. UU. y países de Europa Occidental. El líder indiscutible en este ámbito es Dinamarca, que, por cierto, es pionera en energía eólica: las primeras instalaciones aparecieron aquí a finales del siglo XIX. Dinamarca cierra de esta forma hasta un 25% de la demanda eléctrica total.

A fines del siglo XX, China pudo proporcionar electricidad a las regiones montañosas y desérticas solo con la ayuda de turbinas eólicas.

El uso de la energía eólica es quizás la forma más avanzada de producción de energía. Esta es una variante ideal de síntesis, en la que se combinan energía alternativa y ecología. Muchos países desarrollados del mundo aumentan constantemente la proporción de electricidad generada de esta manera en su balance energético total.

Sol

Los intentos de utilizar la radiación solar para generar energía también se han realizado durante mucho tiempo, en este momento es una de las formas más prometedoras para desarrollar energías alternativas. El hecho mismo de que el sol en muchas latitudes del planeta brille durante todo el año, transfiriendo a la Tierra decenas de miles de veces más energía de la que consume toda la humanidad en un año, inspira el uso activo de las estaciones solares.

La mayoría de las estaciones más grandes se encuentran en Estados Unidos, en total, la energía solar se distribuye en casi un centenar de países. Se toma como base fotocélulas (convertidores de radiación solar), que se combinan en paneles solares a gran escala.

calor de la tierra

El calor de las profundidades de la tierra se convierte en energía y se utiliza para las necesidades humanas en muchos países del mundo. La energía térmica es muy eficaz en zonas de actividad volcánica, lugares donde hay muchos géiseres.

Los líderes en esta área son Islandia (la capital del país, Reykjavik, está totalmente provista de energía geotérmica), Filipinas (la participación en el balance total es del 20 %), México (4 %) y EE. UU. (1 %).

La limitación en el uso de este tipo de fuentes se debe a la imposibilidad de transportar la energía geotérmica a distancia (fuente de energía local típica).

En Rusia, todavía hay una de esas estaciones (capacidad: 11 MW) en Kamchatka. Se está construyendo una nueva central en el mismo lugar (capacidad - 200 MW).

Las diez fuentes de energía más prometedoras en el futuro cercano incluyen:

• estaciones solares basadas en el espacio (el principal inconveniente del proyecto son los enormes costos financieros);
• fuerza muscular de una persona (demanda, en primer lugar, microelectrónica);
• el potencial energético de flujos y reflujos (la desventaja es el alto costo de construcción, fluctuaciones de energía gigantescas por día);
• contenedores de combustible (hidrógeno) (la necesidad de construir nuevas estaciones de servicio, el alto costo de los automóviles que las repostarán);
• reactores nucleares rápidos (barras de combustible sumergidas en Na líquido): la tecnología es extremadamente prometedora (posibilidad de reutilizar los desechos gastados);
• biocombustible: ya ampliamente utilizado por los países en desarrollo (India, China), ventajas: capacidad de renovación, respeto por el medio ambiente, desventaja: uso de recursos, tierra destinada a la producción de cultivos, caminata de ganado (aumento de precio, falta de alimentos);
• electricidad atmosférica (acumulación del potencial energético del rayo), la principal desventaja es la movilidad de los frentes atmosféricos, la velocidad de las descargas (la complejidad de la acumulación).

Aprovechamiento de la energía eólica y solar

Aerogeneradores en sistemas de calefacción

La energía eólica cinética generalmente se usa para alimentar edificios, pero los modelos potentes en condiciones cercanas a las ideales pueden proporcionar al menos calefacción parcial.

Si no tiene en cuenta los costos iniciales, entonces para el consumidor la electricidad resultante no cuesta nada.

Es muy importante que no se necesiten recursos auxiliares para el funcionamiento del aerogenerador, estos funcionan de manera autónoma todo el tiempo. Estas unidades, como fuentes de energía auxiliares, se integran con éxito en sistemas donde otros tipos de dispositivos de calefacción son los principales. Estas unidades, como fuentes de energía auxiliares, se integran con éxito en sistemas donde otros tipos de dispositivos de calefacción son los principales.

Estas unidades, como fuentes de energía auxiliares, se integran con éxito en sistemas donde otros tipos de dispositivos de calefacción son los principales.

Hay muchos tipos de diseños de molinos de viento, pero generalmente se dividen en dos grandes categorías:

1. Aerogeneradores horizontales con palas tipo hélice. Estas unidades son más productivas (tasa de utilización de energía eólica de hasta el 52 %), por lo que son más adecuadas para las necesidades de calefacción, pero tienen una serie de restricciones operativas y de consumo.
2. Generadores eólicos con eje de rotación vertical. Estas turbinas tienen una potencia relativamente débil (KIEV inferior al 40%), pero no requieren orientación al viento, pueden usar no solo flujos laminares, sino también turbulentos, comienzan a generar corriente incluso a bajas velocidades. Son más fáciles de mantener porque el generador está cerca del suelo y no en un mástil en una góndola.

Aquí hay algunas desventajas de usar molinos de viento para calentar:

• Altos costos de capital. Más del 70 por ciento de los fondos se gastan en elementos auxiliares: baterías, inversor, automatización de control, estructuras de instalación. Las inversiones se amortizan solo después de varias décadas.
• Baja eficiencia - baja potencia. Además, parte de la energía se pierde en el proceso de convertir la electricidad en calor.
• El terreno requiere la presencia de vientos constantes con alta velocidad. La energía es inestable, depende en gran medida del clima y la estación, requiere monitoreo y acumulación regulares.
• El equipo ocupa mucho espacio.
• Los aerogeneradores generan mucho ruido durante su funcionamiento.

Los sistemas solares realizan el calentamiento directo del refrigerante o convierten la energía mediante el método fotovoltaico.En la primera opción, los rayos del sol calientan agua / anticongelante (en algunos modelos, aire), que se transporta al local y emite calor a través de radiadores. En el segundo caso, los fotones de luz se transforman en energía eléctrica que alimenta los dispositivos de calefacción convencionales alimentados por electricidad (calderas, calentadores, suelos radiantes).

En consecuencia, hay dos tipos de dispositivos:

• Colectores solares. El sistema consta de un circuito para la circulación del refrigerante, un depósito de acumulación y el propio colector. Según el diseño, los colectores se distinguen: plano, vacío y aire (el aire se usa como refrigerante).
• Paneles solares. La instalación consta de paneles con fotocélulas, controladores e inversor. La batería genera una corriente continua de 24 o 12 voltios, que se recoge en baterías y, tras ser convertida por un inversor en corriente alterna (220 V), se suministra a las tomas.

Hay varias desventajas de las instalaciones solares. En primer lugar, la dependencia de los factores meteorológicos y la ciclicidad (estacional y diaria). Las baterías tienen baja eficiencia para proporcionar una gran cantidad de energía estable, deben ocupar un área grande y estar equipadas con costosas baterías recargables, que a menudo deben cambiarse. La desventaja de los colectores es su dependencia de la electricidad (para el funcionamiento de una bomba o ventilador) o, por ejemplo, el peligro de congelación del refrigerante.

Energía alternativa a escala mundial

Las estadísticas sobre el uso de AES en el mundo, al parecer, dan motivos para el optimismo. En la UE, la cantidad de electricidad procedente de fuentes renovables en 2017 superó la recibida de plantas de carbón.En 2018, su participación en relación con otros recursos "sucios" aumentó del 30% al 32,3%.

En 2018, por primera vez en 40 años de operación de plantas de energía solar y eólica, su capacidad global alcanzó 1 teravatio (1000 GW), según un informe de julio. El 90% de las capacidades aparecieron sólo en los últimos 10 años.

Hay tres problemas principales con AIE:

1. Promueven su uso de la política, y el consumidor final paga la energía "verde" de su propio bolsillo. Los impuestos indirectos sobre la introducción de fuentes de energía renovable constituyen una parte importante de la tarifa. Los críticos han dicho repetidamente que los subsidios a las tarifas de estímulo son demasiado altos y que los costos, tarde o temprano, provocarán una reacción negativa de los consumidores.

1. Dichos recursos solo pueden considerarse seguros en el contexto de las fuentes tradicionales de generación de electricidad. Resultó que las turbinas eólicas son capaces de exterminar insectos. La producción de casi todas estas instalaciones es perjudicial para el medio ambiente. Los paneles solares están especialmente "sucios" debido a las emisiones de la producción solar de silicio.

1. A pesar de que la participación de las fuentes de energía renovable en el "pastel" energético global está creciendo, aún no pueden competir con las fuentes tradicionales. No es rentable usarlos, el equipo requiere grandes gastos de capital con un rendimiento incomparablemente pequeño y, por lo tanto, con una reducción del apoyo estatal, la demanda de RES cae inmediatamente. Incluso la publicación alemana autorizada Die Welt admitió que "el negocio de las turbinas eólicas está en un profundo golpe de gracia".

Conclusiones y video útil sobre el tema.

Video sobre la combinación de fuentes alternativas para generar electricidad en una pequeña casa de campo:

Un video sobre cómo hacer un generador de viento con sus propias manos lo ayudará a comprender fácilmente los principios del dispositivo:

Un breve video sobre el uso de una bomba de calor:

Videoclip sobre la obtención de biogás:

Es muy posible rechazar las fuentes tradicionales de calefacción. Para hacer esto, debe seleccionar cuidadosamente una alternativa o combinar varias, según las características del área, el área de su casa de campo y el área local.

La energía del sol, la de la tierra, la fuerza del viento, la eliminación de desechos domésticos de origen vegetal y animal son muy capaces de convertirse en un digno reemplazo del gas, el carbón, la leña y la electricidad paga.

¿Está utilizando una de las fuentes de energía alternativas para uso doméstico? Comparta cuánto le costó armar la unidad y qué tan rápido valió la pena.

¿O tal vez uno de tus amigos ha equipado su casa de campo con fuentes renovables? ¿Utiliza un sistema de paneles solares o una bomba de calor como fuente independiente de calor, agua caliente y electricidad?