家庭用の代替エネルギー：非標準エネルギー源の概要

序章

現代の世界経済全体は、恐竜の時代に蓄積された富、つまり石油、ガス、石炭、その他の化石燃料に依存しています。地下鉄に乗ることから台所でやかんを加熱することまで、私たちの生活のほとんどの活動は、最終的にこの先史時代の遺産の燃焼を必要とします。主な問題は、これらのすぐに利用できるエネルギー資源が再生可能ではないということです。遅かれ早かれ、人類は地球の腸からすべての石油を汲み出し、すべてのガスを燃やし、すべての石炭を掘り出します。では、ティーポットを加熱するために何を使用しますか？

また、燃料燃焼による環境への悪影響も忘れてはなりません。大気中の温室効果ガスの含有量が増えると、地球全体の平均気温が上がります。燃料の燃焼生成物は空気を汚染します。大都市の住民はこれを特によく感じています。

たとえこの未来が私たちと一緒に来なくても、私たちは皆未来について考えます。グローバルコミュニティは、化石燃料の限界を長い間認識してきました。そしてそれらの使用が環境に及ぼす悪影響。主要国はすでに、環境に優しく再生可能なエネルギー源への段階的な移行のためのプログラムを実施しています。

人類は世界中で化石燃料の代替品を探し、徐々に導入しています。太陽光発電、風力発電、潮力発電、地熱発電、水力発電は、世界中で長い間稼働しています。今のところ、人類のすべてのニーズに彼らの助けを提供することを妨げるものは何でしょうか？

実際、代替エネルギーには多くの問題があります。たとえば、エネルギー資源の地理的分布の問題。風力発電所は、強風が頻繁に吹く地域、太陽エネルギー（曇りの日数が最小）、水力発電所、大きな川にのみ建設されます。もちろん、石油もどこでも入手できるわけではありませんが、配達は簡単です。

代替エネルギーの2番目の問題は不安定性です。風力発電所では、発電は風に依存します。風は絶えず速度を変えたり、完全に停止したりします。太陽光発電所は、曇りの日にはうまく機能せず、夜間はまったく機能しません。

風も太陽もエネルギー消費者のニーズを考慮に入れていません。同時に、火力発電所または原子力発電所のエネルギー出力は一定であり、簡単に調整できます。この問題の解決策は、低出力の場合に予備を作成するための巨大なエネルギー貯蔵施設の建設だけです。ただし、これによりシステム全体のコストが大幅に増加します。

これらや他の多くの困難のために、世界の代替エネルギーの開発は減速しています。化石燃料の燃焼はさらに簡単で安価です。

しかし、世界経済の規模で代替エネルギー源があまり利益をもたらさない場合、個々の家の枠組みの中で、それらは非常に魅力的である可能性があります。すでに、多くの人が電気、熱、ガスの料金が絶えず上昇していると感じています。毎年、エネルギー会社は一般の人々のポケットに深く入り込んでいます。

国際ベンチャーファンドI2BFの専門家が、再生可能エネルギー市場の最初の概要を発表しました。彼らの予測によると、5〜10年以内に、代替エネルギー技術はより競争力を増し、普及するでしょう。すでに、代替エネルギーと従来型エネルギーのコストのギャップは急速に縮小しています。

エネルギーコストとは、代替エネルギー生産者がプロジェクトの存続期間中の資本的支出を補い、投資された資本に対して10％の利益を提供するために受け取りたい価格を指します。ほとんどがレバレッジが高いため、この価格には債務融資のコストも含まれます。

与えられたグラフは、2011年の第2四半期におけるさまざまなタイプの代替および従来のエネルギーの評価を示しています（図1）。

米。 1。	さまざまな種類の代替エネルギーと従来のエネルギーの評価

上記の図によると、地熱エネルギー、およびごみや埋立地ガスの燃焼によって生成されるエネルギーは、すべてのタイプの代替エネルギーの中で最も低コストです。実際、彼らはすでに伝統的なエネルギーと直接競争することができますが、彼らの制限要因は、これらのプロジェクトを実施できる場所の数が限られていることです。

電力技術者の気まぐれから自立したい、代替エネルギーの開発に貢献したい、エネルギーを少し節約したいという人のために、この本が書かれています。

本から V. Germanovich、A。Turilin「代替エネルギー源。風、太陽、水、地球、バイオマスエネルギーを使用するための実用的な設計。

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非伝統的な情報源の開発

非伝統的なエネルギー源は次のとおりです。

• 太陽のエネルギー;
• 風力エネルギー;
• 地熱;
• 海の潮と波のエネルギー;
• バイオマス;
• 環境の低ポテンシャルエネルギー。

ほとんどの種が遍在しているため、それらの開発は可能であるように思われます。また、環境への配慮と燃料部品の運用コストがないことにも注目できます。

ただし、工業規模での使用を妨げるいくつかの否定的な性質があります。これは低フラックス密度であり、大面積の「遮断」設備の使用と、時間の経過による変動を余儀なくされます。

これらすべてが、そのようなデバイスの材料消費量が多いという事実につながります。これは、設備投資も増加することを意味します。さて、気象条件に関連するランダム性のいくつかの要素のためにエネルギーを取得するプロセスは、多くの問題を引き起こします。

もう一つの最も重要な問題は、このエネルギー原料の「貯蔵」です。これは、電気を貯蔵するための既存の技術では、これを大量に行うことができないためです。しかし、国内の状況では、家庭用の代替エネルギー源がますます普及しているので、個人所有で設置できる主要な発電所について理解しましょう。

すべてがとてもスムーズですか？

民家の電力供給のためのそのような技術は、エネルギーを提供する伝統的な集中型の方法によって長い間市場から追い出されるべきだったように思われます。なぜこれが起こらないのですか？代替エネルギーを支持しないことを証言するいくつかの議論があります。しかし、それらの重要性は個人ベースで決定されます-カントリーハウスの所有者の中には、いくつかの欠点が関連していて、他の欠点はまったく興味がないものもあります。

大規模なカントリーコテージの場合、代替エネルギー設備の効率が高すぎないことが問題になる可能性があります。当然のことながら、地域の太陽光発電システム、ヒートポンプ、地熱設備は、最も古い水力発電所、火力発電所、さらには原子力発電所の生産性と比較することはできませんが、この欠点は2つまたは3つを設置することで最小限に抑えられることがよくありますシステム、より多くの電力を使用します。この結果は別の問題になる可能性があります-それらの設置には、より広い面積が必要になりますが、これはすべての住宅プロジェクトに割り当てることはできません。

現代の家庭に馴染みのある家電製品や暖房システムを途切れることなく供給するためには、多くの電力が必要です。したがって、プロジェクトは、そのような電力を生み出すことができるそのようなソースを提供する必要があります。そして、これには確かな投資が必要です。機器が強力であるほど、高価になります。

さらに、場合によっては（たとえば、風力エネルギーを使用する場合）、エネルギー源がエネルギー生産の一定性を保証しない場合があります。したがって、ストレージデバイスとのすべての通信を装備する必要があります。通常、バッテリーとコレクターはこの目的のために設置されますが、これにはすべて同じ追加コストがかかり、家にもっと多くの平方メートルを割り当てる必要があります。

風からのエネルギー

私たちの祖先は長い間、彼らのニーズに風力エネルギーを使用することを学びました。原則として、それ以来、デザインはあまり変わっていません。石臼だけが、回転するブレードのエネルギーを電気に変換する発電機ドライブに置き換えられました。

ジェネレーターを作成するには、次のパーツが必要です。

• 発生器。洗濯機のモーターを使用して、ローターをわずかに変形させるものもあります。
• 乗数;
• バッテリーとその充電コントローラー。
• 電圧変圧器。

風力発電機

自家製の風力タービンには多くのスキームがあります。それらはすべて同じ原則で完了します。

1. フレームは組み立て中です。
2. スイベルが取り付けられています。その後ろにブレードと発電機が取り付けられています。
3. スプリングカプラーでサイドショベルを取り付けます。
4. フレームにプロペラ付きの発電機を取り付け、フレームに取り付けます。
5. スイベルアセンブリに接続して接続します。
6. 集電装置を取り付けます。ジェネレーターに接続します。ワイヤーはバッテリーにつながっています。

アドバイス。ブレードの数は、プロペラの直径と発電量によって異なります。

代替エネルギー源の主な種類

最近、エネルギーを得るための多くの非伝統的なオプションが実際に試されてきました。統計によると、私たちはまだ潜在的な使用の1000分の1パーセントについて話しているとのことです。

代替エネルギー源の開発が途中で必然的に直面する典型的な困難は、国の財産としての天然資源の開発に関するほとんどの国の法律の完全なギャップです。代替エネルギーへの必然的な課税の問題は、法的な精緻化の欠如と密接に関連しています。

最も広く使用されている10の代替エネルギー源を考えてみましょう。

風

風力エネルギーは常に人間によって使用されてきました。現代の技術の開発のレベルは、私たちがそれをほとんど中断することなくすることを可能にします。

同時に、風車と同様に、特殊な装置を使用して電気を生成します。風車のプロペラは、風の運動エネルギーを発電機に伝え、発電機は回転するブレードによって電流を生成します。

このような風力発電所は、中国、インド、米国、および西ヨーロッパ諸国で特に一般的です。この分野で疑いの余地のないリーダーはデンマークです。デンマークは、ちなみに、風力エネルギーのパイオニアです。最初のインスタレーションは、19世紀の終わりにここに登場しました。デンマークはこのようにして総電力需要の最大25％を閉鎖します。

20世紀の終わりに、中国は風力タービンの助けを借りてのみ山岳地帯や砂漠地帯に電力を供給することができました。

風力エネルギーの使用は、おそらくエネルギー生産の最も進んだ方法です。これは、代替エネルギーとエコロジーを組み合わせた理想的な合成オプションです。世界の多くの先進国は、この方法で生成された電力の総エネルギーバランスに占める割合を絶えず増やしています。

太陽

太陽放射を使用してエネルギーを生成する試みも長い間行われてきましたが、現時点では、代替エネルギーを開発するための最も有望な方法の1つです。地球の多くの緯度にある太陽が一年中輝いていて、1年に全人類が消費するエネルギーの数万倍のエネルギーを地球に伝達しているという事実は、ソーラーステーションの積極的な使用を促しています。

最大のステーションのほとんどは米国にあり、合計で、太陽エネルギーはほぼ100か国に分散しています。フォトセル（日射変換器）をベースに、大規模なソーラーパネルにまとめています。

地球の熱

地球の深さの熱はエネルギーに変換され、世界の多くの国で人間のニーズに使用されます。間欠泉が多い火山活動の分野では、熱エネルギーが非常に効果的です。

この地域のリーダーは、アイスランド（国の首都レイキャビクは地熱エネルギーを完全に供給されています）、フィリピン（全体のバランスのシェアは20％）、メキシコ（4％）、および米国（1％）です。

このタイプのエネルギー源の使用に関する制限は、地熱エネルギーを距離を超えて輸送することが不可能であるためです（典型的なローカルエネルギー源）。

ロシアでは、カムチャッカにそのようなステーション（容量-11 MW）がまだ1つあります。同じ場所に新しい駅が建設中である（容量-200MW）。

近い将来、最も有望な10のエネルギー源は次のとおりです。

• 宇宙に拠点を置くソーラーステーション（プロジェクトの主な欠点は莫大な経済的コストです）;
• 人の筋力（需要、まず第一に-マイクロエレクトロニクス）;
• 引き潮と流れのエネルギーポテンシャル（不利な点は、建設費が高く、1日あたりの電力変動が大きいことです）。
• 燃料（水素）コンテナ（新しいガソリンスタンドを建設する必要性、それらに燃料を補給する車の高コスト）;
• 高速原子炉（液体Naに浸した燃料棒）-この技術は非常に有望です（使用済み廃棄物を再利用する可能性）。
• バイオ燃料-開発途上国（インド、中国）ですでに広く使用されている、利点-再生可能性、環境への配慮、欠点-資源の使用、作物の生産を目的とした土地、家畜の散歩（価格の上昇、食糧不足）。
• 大気電気（雷のエネルギーポテンシャルの蓄積）、主な欠点は、大気フロントの移動性、放電の速度（蓄積の複雑さ）です。

風力と太陽エネルギーの使用

暖房システムの風力タービン

運動エネルギーは通常、建物に電力を供給するために使用されますが、理想に近い条件の強力なモデルは、少なくとも部分的な暖房を提供できます。

初期費用を考慮しない場合、消費者にとって、結果として生じる電気は何の費用もかかりません。

風力発電機の操作に補助リソースが必要ないことは非常に重要です。補助リソースは常に自律的に機能します。補助エネルギー源としてのこれらの設備は、他のタイプの暖房装置が主なものであるシステムにうまく統合されています。これらのユニットは、補助エネルギー源として、他のタイプの暖房装置が主なものであるシステムにうまく統合されています。

補助エネルギー源としてのこれらの設備は、他のタイプの暖房装置が主なものであるシステムにうまく統合されています。

風車の設計には多くの種類がありますが、通常は2つの大きなカテゴリに分類されます。

1. プロペラタイプのブレードを備えた水平風力タービン。これらのユニットは生産性が高いため（風力エネルギーの利用率は最大52％）、暖房のニーズにより適していますが、運用上および消費者向けの制限がいくつかあります。
2. 垂直回転軸を備えた風力発電機。これらのタービンは比較的低出力（KIEVが40％未満）ですが、風向きを必要とせず、層流だけでなく乱流も使用でき、低速でも電流を生成し始めます。発電機はゴンドラのマストではなく地面の近くにあるため、メンテナンスが簡単です。

暖房に風車を使用することのいくつかの欠点は次のとおりです。

• 高い資本コスト。資金の70％以上は、バッテリー、インバーター、制御自動化、設置構造などの補助要素に費やされています。投資は数十年後にのみ報われます。
• 低効率-低電力。また、電気を熱に変換する過程でエネルギーの一部が失われます。
• 地形は高速で一定の風の存在を必要とします。エネルギーは不安定で、天候や季節に大きく依存するため、定期的な監視と蓄積が必要です。
• 機器は多くのスペースを占有します。
• 風力タービンは、運転中に多くの騒音を発生させます。

ソーラーシステムは、冷却剤を直接加熱するか、太陽光発電方式でエネルギーを変換します。最初のオプションでは、太陽光線が水/不凍液（一部のモデルでは空気）を加熱します。これは敷地内に運ばれ、ラジエーターを介して熱を放出します。 2番目のケースでは、光の光子が電気エネルギーに変換され、電気を動力源とする従来の暖房装置（ボイラー、ヒーター、床暖房）に供給されます。

したがって、デバイスには2つのタイプがあります。

• ソーラーコレクター。このシステムは、クーラントを循環させるための回路、蓄積タンク、およびコレクター自体で構成されています。設計に応じて、コレクターはフラット、真空、空気（冷却剤として空気が使用されます）に区別されます。
• ソーラーパネル。設置は、フォトセル、コントローラー、インバーターを備えたパネルで構成されています。バッテリーは24または12ボルトの直流を生成し、それはバッテリーに集められ、インバーターによって交流（220 V）に変換された後、ソケットに供給されます。

ソーラー設備にはいくつかの欠点があります。まず第一に、気象要因と周期性（季節的および毎日）への依存。バッテリーは効率が低く、大量の安定したエネルギーを提供します。バッテリーは広い面積を占め、高価な充電式バッテリーを装備する必要があり、頻繁に交換する必要があります。コレクターの欠点は、（ポンプまたはファンの動作のために）電気に依存していること、または、たとえば、冷却剤が凍結する危険性があることです。

世界規模の代替エネルギー

世界でのAESの使用に関する統計は、楽観的な理由を示しているようです。 EUでは、2017年の再生可能エネルギー源からの電力量は、石炭火力発電所からの電力量を上回りました。 2018年には、他の「ダーティ」リソースとの関係でのシェアが30％から32.3％に増加しました。

7月のレポートによると、2018年には、太陽光発電所と風力発電所の40年間の運用で初めて、世界の容量​​が1テラワット（1000 GW）に達しました。容量の90％は、過去10年間にのみ表示されました。

AIEには3つの主な問題があります。

1. 彼らは政治の利用を促進し、最終消費者は自分のポケットから「グリーン」エネルギーの代金を支払います。再生可能エネルギー源の導入に対する間接税は、料金のかなりの部分を占めています。批評家は、刺激関税補助金が高すぎると繰り返し言っており、コストは遅かれ早かれ消費者からの否定的な反応を引き起こすでしょう。

1. そのような資源は、伝統的な発電源を背景に安全としか言えません。風力タービンは昆虫を駆除することができることが判明しました。そのような設備のほとんどすべての生産は、環境に有害です。ソーラーパネルは、ソーラーシリコン生産からの排出物のために特に「汚れている」。

1. 世界のエネルギー「パイ」における再生可能エネルギー源の割合が増加しているという事実にもかかわらず、それらは依然として従来のエネルギー源と競争することはできません。それらを使用することは不採算であり、設備は比類のない小さな収益で多額の資本的支出を必要とし、したがって、州の支援の減少により、RESの需要はすぐに低下します。権威あるドイツの出版物であるDieWeltでさえ、「風車事業は深刻な打撃を受けている」と認めています。

トピックに関する結論と有用なビデオ

小さなカントリーハウスで発電するために代替電源を組み合わせる方法についてのビデオ：

自分の手で風力発電機を作る方法についてのビデオは、デバイスの原理を簡単に理解するのに役立ちます。

ヒートポンプの使用に関する短いビデオ：

バイオガスの入手に関するビデオクリップ：

従来の熱源を拒否することはかなり可能です。これを行うには、地域の特性、カントリーハウスの地域、および地域に基づいて、代替案を慎重に選択するか、いくつかを組み合わせる必要があります。

太陽のエネルギー、地球、風の力、動植物由来の家庭ごみの処理は、ガス、石炭、薪、および有償電力の価値のある代替品になる可能性があります。

家庭用の代替エネルギー源の1つを使用していますか？ユニットを組み立てるのにどれくらいの費用がかかり、どれだけ早く成果を上げたかを共有してください。

それとも、あなたの友人の1人が、彼のカントリーハウスに再生可能資源を備え付けているのでしょうか。ソーラーパネルシステムまたはヒートポンプを、熱、温水、および電気の独立した供給源として使用していますか？