ليس سراً أن الموارد التي تستخدمها البشرية اليوم محدودة ، علاوة على ذلك ، فإن المزيد من استخراجها واستخدامها يمكن أن يؤدي ليس فقط إلى الطاقة ، ولكن أيضًا إلى كارثة بيئية. الموارد المستخدمة تقليديا من قبل البشرية - الفحم والغاز والنفط - سوف تنفد في غضون بضعة عقود ، ويجب اتخاذ التدابير الآن ، في عصرنا. بالطبع ، يمكننا أن نأمل أن نجد مرة أخرى بعض الرواسب الغنية ، تمامًا كما كان الحال في النصف الأول من القرن الماضي ، لكن العلماء على يقين من أن هذه الرواسب الكبيرة لم تعد موجودة. ولكن على أي حال ، حتى اكتشاف الرواسب الجديدة لن يؤدي إلا إلى تأخير أمر لا مفر منه ، فمن الضروري إيجاد طرق لإنتاج طاقة بديلة والتحول إلى الموارد المتجددة مثل الرياح والشمس والطاقة الحرارية الأرضية وطاقة تدفق المياه وغيرها ، جنبًا إلى جنب مع هذا ، من الضروري الاستمرار في تطوير تقنيات توفير الطاقة.
في هذه المقالة ، سننظر في بعض الأفكار الواعدة ، في رأي العلماء المعاصرين ، والتي ستُبنى عليها طاقة المستقبل.
لطالما تساءل الناس عما إذا كان من الممكن تسخين المياه تحت أشعة الشمس وتجفيف الملابس والفخار قبل إرسالها إلى الفرن ، لكن لا يمكن وصف هذه الطرق بأنها فعالة. ظهرت الوسائل التقنية الأولى لتحويل الطاقة الشمسية في القرن الثامن عشر. أظهر العالم الفرنسي جي بوفون تجربة تمكن من خلالها من إشعال شجرة جافة بمساعدة مرآة مقعرة كبيرة في طقس صافٍ من مسافة حوالي 70 مترًا. استخدم مواطنه ، العالم الشهير A.Lavoisier ، العدسات لتركيز طاقة الشمس ، وفي إنجلترا ابتكروا زجاجًا محدبًا مزدوجًا ، والذي ، من خلال تركيز أشعة الشمس ، يذوب الحديد الزهر في بضع دقائق فقط.
أجرى علماء الطبيعة العديد من التجارب التي أثبتت أن الشمس على الأرض ممكنة. ومع ذلك ، ظهرت بطارية شمسية من شأنها تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة ميكانيكية مؤخرًا نسبيًا ، في عام 1953. تم إنشاؤه من قبل علماء من وكالة الفضاء الوطنية الأمريكية. بالفعل في عام 1959 ، تم استخدام بطارية شمسية لأول مرة لتجهيز قمر فضائي.
ربما حتى ذلك الحين ، وإدراكًا منهم أن مثل هذه البطاريات أكثر كفاءة في الفضاء ، توصل العلماء إلى فكرة إنشاء محطات شمسية فضائية ، لأنه في غضون ساعة تولد الشمس قدرًا من الطاقة لا يستهلكه كل البشر في عام ، فلماذا لا تستخدمه؟ ماذا ستكون الطاقة الشمسية في المستقبل؟
من ناحية أخرى ، يبدو أن استخدام الطاقة الشمسية هو خيار مثالي. ومع ذلك ، فإن تكلفة محطة الطاقة الشمسية الفضائية الضخمة باهظة للغاية ، بالإضافة إلى أن تشغيلها سيكون مكلفًا. بمرور الوقت ، عندما يتم إدخال تقنيات جديدة لنقل البضائع إلى الفضاء ، وكذلك المواد الجديدة ، سيصبح تنفيذ مثل هذا المشروع ممكنًا ، لكن في الوقت الحالي لا يمكننا استخدام سوى بطاريات صغيرة نسبيًا على سطح الكوكب. سيقول الكثير أن هذا أمر جيد أيضًا. نعم ، هذا ممكن في منزل خاص ، ولكن بالنسبة لإمدادات الطاقة للمدن الكبيرة ، على التوالي ، فأنت بحاجة إما إلى الكثير من الألواح الشمسية ، أو تقنية تجعلها أكثر كفاءة.
الجانب الاقتصادي من المشكلة موجود هنا أيضًا: أي ميزانية ستعاني بشكل كبير إذا تم تكليفها بمهمة تحويل مدينة بأكملها (أو دولة بأكملها) إلى ألواح شمسية. يبدو أنه من الممكن إلزام سكان المدينة بدفع بعض المبالغ لإعادة المعدات ، لكن في هذه الحالة سيكونون غير سعداء ، لأنه إذا كان الناس مستعدين للذهاب لمثل هذه النفقات ، لكانوا قد فعلوا ذلك بأنفسهم منذ فترة طويلة: الجميع لديه الفرصة لشراء بطارية شمسية.
هناك مفارقة أخرى بخصوص الطاقة الشمسية: تكاليف الإنتاج. إن تحويل الطاقة الشمسية إلى كهرباء مباشرة ليس أكثر الأشياء كفاءة. حتى الآن ، لم يتم العثور على طريقة أفضل من استخدام أشعة الشمس لتسخين المياه ، والتي تتحول بدورها إلى بخار وتدور دينامو. في هذه الحالة ، يكون فقدان الطاقة ضئيلًا. تريد البشرية استخدام الألواح الشمسية "الخضراء" ومحطات الطاقة الشمسية للحفاظ على الموارد على الأرض ، لكن مثل هذا المشروع يتطلب قدرًا كبيرًا من نفس الموارد ، وطاقة "غير خضراء". على سبيل المثال ، في فرنسا ، تم بناء محطة للطاقة الشمسية مؤخرًا ، تغطي مساحة تبلغ حوالي كيلومترين مربعين. بلغت تكلفة البناء حوالي 110 مليون يورو ، غير شامل تكاليف التشغيل. مع كل هذا ، ينبغي ألا يغيب عن البال أن عمر خدمة هذه الآليات يبلغ حوالي 25 عامًا.
كما استخدم الناس طاقة الرياح منذ العصور القديمة ، وأبسط مثال على ذلك هو الإبحار وطواحين الهواء. لا تزال طواحين الهواء قيد الاستخدام حتى اليوم ، خاصة في المناطق ذات الرياح المستمرة ، مثل الساحل. يطرح العلماء باستمرار أفكارًا حول كيفية ترقية الأجهزة الحالية لتحويل طاقة الرياح ، أحدها توربينات الرياح في شكل توربينات مرتفعة. بسبب الدوران المستمر ، يمكن أن "تتدلى" في الهواء على مسافة عدة مئات من الأمتار من الأرض ، حيث تكون الرياح قوية وثابتة. هذا من شأنه أن يساعد في كهربة المناطق الريفية حيث لا يمكن استخدام طواحين الهواء القياسية. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن تجهيز مثل هذه التوربينات الشاهقة بوحدات الإنترنت ، والتي سيتم من خلالها تزويد الأشخاص بإمكانية الوصول إلى شبكة الويب العالمية.
إن الطفرة في الطاقة الشمسية وطاقة الرياح تتلاشى تدريجياً ، وقد اجتذبت الطاقة الطبيعية الأخرى اهتمام الباحثين. والأكثر وعدا هو استخدام المد والجزر. بالفعل ، هناك حوالي مائة شركة حول العالم تتعامل مع هذا الموضوع ، وهناك العديد من المشاريع التي أثبتت فاعلية هذه الطريقة في توليد الكهرباء. الميزة على الطاقة الشمسية هي أن الخسائر أثناء نقل طاقة إلى أخرى ضئيلة: تقوم موجة المد بتدوير توربين ضخم يولد الكهرباء.
مشروع أويستر هو فكرة تركيب صمام مفصلي في قاع المحيط لتزويد الشاطئ بالمياه ، وبالتالي إدارة توربينات كهرومائية بسيطة. مجرد تركيب واحد من هذا القبيل يمكن أن يوفر الكهرباء لمقاطعة صغيرة صغيرة.
يتم بالفعل استخدام موجات المد والجزر بنجاح في أستراليا: في مدينة بيرث ، تم تركيب محطات تحلية تعمل على هذا النوع من الطاقة. يسمح عملهم بتزويد حوالي نصف مليون شخص بالمياه العذبة. يمكن أيضًا الجمع بين الطاقة الطبيعية والصناعة في هذا الفرع من إنتاج الطاقة.
يختلف الاستخدام إلى حد ما عن التقنيات التي تعودنا على رؤيتها في محطات الطاقة الكهرومائية النهرية. غالبًا ما تضر محطات الطاقة الكهرومائية بالبيئة: فالمناطق المجاورة تغمرها المياه ، ويدمر النظام البيئي ، لكن المحطات التي تعمل على موجات المد والجزر أكثر أمانًا في هذا الصدد.
أحد أكثر المشاريع الرائعة في قائمتنا هو استخدام طاقة الأشخاص الأحياء. يبدو الأمر مذهلاً وحتى مرعبًا إلى حد ما ، لكن ليس كل شيء مخيفًا جدًا. يعتز العلماء بفكرة كيفية استخدام الطاقة الميكانيكية للحركة. تدور هذه المشاريع حول الإلكترونيات الدقيقة وتقنيات النانو مع استهلاك منخفض للطاقة. في حين أنها تبدو وكأنها مدينة فاضلة ، إلا أنه لا توجد تطورات حقيقية ، لكن الفكرة شيقة للغاية ولا تترك أذهان العلماء. موافق ، ستكون الأجهزة المريحة للغاية ، مثل الساعات ذات الملء التلقائي ، سيتم شحنها من حقيقة أن المستشعر يتم تمريره بإصبع ، أو من حقيقة أن الجهاز اللوحي أو الهاتف يتدلى ببساطة في حقيبة عند المشي. ناهيك عن الملابس التي يمكن أن تحول طاقة حركة الإنسان إلى كهرباء ، مليئة بأجهزة ميكروية مختلفة.
في بيركلي ، في مختبر لورانس ، على سبيل المثال ، حاول العلماء تنفيذ فكرة استخدام الفيروسات لضغط الكهرباء. هناك أيضًا آليات صغيرة تعمل بالحركة ، ولكن حتى الآن لم يتم تشغيل هذه التكنولوجيا. نعم ، لا يمكن التعامل مع أزمة الطاقة العالمية بهذه الطريقة: كم عدد الأشخاص الذين سيتعين عليهم "التجوال" لجعل المصنع بأكمله يعمل؟ ولكن كواحد من التدابير المستخدمة مجتمعة ، فإن النظرية قابلة للتطبيق تمامًا.
ستكون هذه التقنيات فعالة بشكل خاص في الأماكن التي يصعب الوصول إليها ، في المحطات القطبية ، في الجبال والتايغا ، بين المسافرين والسائحين الذين لا تتاح لهم دائمًا الفرصة لشحن أجهزتهم ، ولكن البقاء على اتصال أمر مهم ، خاصة إذا كان المجموعة في وضع حرج. ما مقدار ما يمكن منعه إذا كان لدى الأشخاص دائمًا جهاز اتصال موثوق به لا يعتمد على "القابس".
ربما كان كل مالك سيارة ، عند النظر إلى مؤشر كمية البنزين التي تقترب من الصفر ، يفكر في مدى روعة الأمر إذا كانت السيارة تسير على الماء. لكن ذراتها الآن لفتت انتباه العلماء كأشياء حقيقية للطاقة. الحقيقة هي أن جسيمات الهيدروجين - الغاز الأكثر شيوعًا في الكون - تحتوي على كمية هائلة من الطاقة. علاوة على ذلك ، يحرق المحرك هذا الغاز بدون أي منتجات ثانوية تقريبًا ، أي أننا نحصل على وقود صديق للبيئة للغاية.
يتم تغذية الهيدروجين بواسطة بعض الوحدات النمطية لمحطة الفضاء الدولية والمكوكات ، ولكنه موجود على الأرض بشكل أساسي في شكل مركبات مثل الماء. في الثمانينيات في روسيا ، كانت هناك تطورات في الطائرات التي تستخدم الهيدروجين كوقود ، وتم وضع هذه التقنيات موضع التنفيذ ، وأثبتت النماذج التجريبية فعاليتها. عندما يتم فصل الهيدروجين ، ينتقل إلى خلية وقود خاصة ، وبعد ذلك يمكن توليد الكهرباء مباشرة. هذه ليست طاقة المستقبل ، إنها حقيقة واقعة. يتم بالفعل إنتاج سيارات مماثلة وعلى دفعات كبيرة إلى حد ما. من أجل التأكيد على تنوع مصدر الطاقة والسيارة ككل ، أجرت هوندا تجربة نتج عنها توصيل السيارة بالشبكة الكهربائية المنزلية ، ولكن ليس من أجل إعادة شحنها. يمكن للسيارة توفير الطاقة لمنزل خاص لعدة أيام ، أو القيادة لما يقرب من خمسمائة كيلومتر دون التزود بالوقود.
العيب الوحيد لمصدر الطاقة هذا في الوقت الحالي هو التكلفة المرتفعة نسبيًا لمثل هذه السيارات الصديقة للبيئة ، وبالطبع عدد صغير نسبيًا من محطات تعبئة الهيدروجين ، لكن بناءها مخطط بالفعل في العديد من البلدان. على سبيل المثال ، لدى ألمانيا بالفعل خطة لتركيب 100 محطة تعبئة بحلول عام 2017.
إن تحويل الطاقة الحرارية إلى كهرباء هو جوهر الطاقة الحرارية الأرضية. في بعض البلدان حيث يصعب استخدام صناعات أخرى ، يتم استخدامه على نطاق واسع. على سبيل المثال ، في الفلبين ، 27٪ من الكهرباء تأتي من محطات الطاقة الحرارية الأرضية ، بينما هذا الرقم في آيسلندا حوالي 30٪. إن جوهر طريقة إنتاج الطاقة هذه بسيط للغاية ، فالآلية تشبه المحرك البخاري البسيط. قبل "بحيرة" الصهارة المزعومة ، من الضروري حفر بئر يتم من خلالها إمداد المياه. عند ملامسة الصهارة الساخنة ، يتحول الماء على الفور إلى بخار. يرتفع حيث يدور توربين ميكانيكي ، وبالتالي يولد الكهرباء.
يتمثل مستقبل الطاقة الحرارية الأرضية في إيجاد "مخازن" كبيرة من الصهارة. على سبيل المثال ، في آيسلندا المذكورة أعلاه ، نجحوا: في جزء من الثانية ، حولت الصهارة الساخنة كل الماء الذي تم ضخه إلى بخار عند درجة حرارة حوالي 450 درجة مئوية ، وهو رقم قياسي مطلق. يمكن لمثل هذا البخار عالي الضغط أن يزيد من كفاءة محطة الطاقة الحرارية الأرضية عدة مرات ، ويمكن أن يصبح هذا دافعًا لتطوير الطاقة الحرارية الأرضية في جميع أنحاء العالم ، وخاصة في المناطق المشبعة بالبراكين والينابيع الحرارية.
الطاقة النووية ، في وقت واحد ، سببت تناثر. هكذا كان الأمر حتى أدرك الناس خطورة قطاع الطاقة هذا. الحوادث ممكنة ، لا أحد محصن من مثل هذه الحالات ، لكنها نادرة جدًا ، لكن النفايات المشعة تظهر بشكل ثابت وحتى وقت قريب ، لم يتمكن العلماء من حل هذه المشكلة. الحقيقة هي أن قضبان اليورانيوم ، "الوقود" التقليدي لمحطات الطاقة النووية ، لا يمكن استخدامها إلا بنسبة 5٪. بعد العمل على هذا الجزء الصغير ، يتم إرسال القضيب بالكامل إلى "التفريغ".
في السابق ، تم استخدام تقنية يتم فيها غمر القضبان في الماء ، مما يؤدي إلى إبطاء النيوترونات ، مما يحافظ على رد فعل ثابت. الآن تم استخدام الصوديوم السائل بدلاً من الماء. هذا الاستبدال يجعل من الممكن ليس فقط استخدام الحجم الكامل لليورانيوم ، ولكن أيضًا لمعالجة عشرات الآلاف من الأطنان من النفايات المشعة.
إن تخليص كوكب الأرض من النفايات النووية أمر مهم ، ولكن هناك واحد "لكن" في التكنولوجيا نفسها. اليورانيوم مورد ، واحتياطياته على الأرض محدودة. إذا تم تحويل الكوكب بأكمله حصريًا إلى الطاقة المتلقاة من محطات الطاقة النووية (على سبيل المثال ، في الولايات المتحدة ، تنتج محطات الطاقة النووية 20 ٪ فقط من إجمالي الكهرباء المستهلكة) ، فسيتم استنفاد احتياطيات اليورانيوم بسرعة كبيرة ، وهذا سيؤدي مرة أخرى إلى البشرية إلى عتبة أزمة طاقة ، لذا فإن الطاقة النووية ، وإن كانت حديثة ، إلا إجراء مؤقت.
حتى هنري فورد ، بعد أن ابتكر "الموديل T" ، توقع أنه سيعمل بالفعل على الوقود الحيوي. ومع ذلك ، في ذلك الوقت ، تم اكتشاف حقول نفط جديدة ، واختفت الحاجة إلى مصادر طاقة بديلة لعدة عقود ، لكنها الآن تعود مرة أخرى.
على مدى الخمسة عشر عامًا الماضية ، زاد استخدام الوقود النباتي مثل الإيثانول والديزل الحيوي عدة مرات. يتم استخدامها كمصادر مستقلة للطاقة وكمضافات للبنزين. منذ بعض الوقت ، كانت الآمال معلقة على ثقافة خاصة للدخن تسمى "الكانولا". إنه غير مناسب تمامًا للأغذية البشرية أو للماشية ، ولكنه يحتوي على نسبة عالية من الزيت. من هذا النفط بدأوا في إنتاج "وقود الديزل الحيوي". لكن هذا المحصول سيشغل مساحة كبيرة إذا حاولت زراعته بما يكفي لتوفير الوقود لجزء على الأقل من الكوكب.
يتحدث العلماء الآن عن استخدام الطحالب. يبلغ محتوى الزيت حوالي 50٪ ، مما يجعل استخراج الزيت بنفس السهولة ، ويمكن تحويل النفايات إلى أسمدة ، على أساسها ستزرع الطحالب الجديدة. تعتبر الفكرة مثيرة للاهتمام ، ولكن لم يتم إثبات جدواها بعد: لم يتم نشر نشر التجارب الناجحة في هذا المجال بعد.
الطاقة المستقبلية للعالم ، وفقًا للعلماء المعاصرين ، مستحيلة بدون التكنولوجيا ، وهذا ، في الوقت الحالي ، هو أكثر التطورات الواعدة التي تُستثمر فيها مليارات الدولارات بالفعل.
في الطاقة المستخدمة للانشطار. إنه أمر خطير لأن هناك تهديدًا برد فعل غير منضبط سيدمر المفاعل ويؤدي إلى إطلاق كمية هائلة من المواد المشعة: ربما يتذكر الجميع الحادث الذي وقع في محطة تشيرنوبيل للطاقة النووية.
تستخدم تفاعلات الاندماج ، كما يوحي الاسم ، الطاقة المنبعثة عندما تندمج الذرات. نتيجة لذلك ، على عكس الانشطار الذري ، لا يتم إنتاج أي نفايات مشعة.
تكمن المشكلة الرئيسية في أنه نتيجة الاندماج النووي الحراري ، يتم تكوين مادة ذات درجة حرارة عالية بحيث يمكنها تدمير المفاعل بأكمله.
المستقبل هو الواقع. والأوهام هنا غير مناسبة ، في الوقت الحالي بدأ بناء المفاعل بالفعل في فرنسا. تم استثمار عدة مليارات من الدولارات في مشروع تجريبي تم تمويله من قبل العديد من الدول ، والتي تشمل ، بالإضافة إلى الاتحاد الأوروبي ، الصين واليابان والولايات المتحدة وروسيا ودول أخرى. في البداية ، كان من المقرر إطلاق التجارب الأولى في وقت مبكر من عام 2016 ، لكن الحسابات أظهرت أن الميزانية كانت صغيرة جدًا (بدلاً من 5 مليارات ، استغرق الأمر 19 عامًا) ، وتم تأجيل الإطلاق لمدة 9 سنوات أخرى. ربما في غضون سنوات قليلة سنرى ما يمكن للطاقة النووية الحرارية.
ليس فقط العلماء ، ولكن أيضًا كتاب الخيال العلمي ، يقدمون الكثير من الأفكار لتطبيق تكنولوجيا المستقبل في قطاع الطاقة ، لكن الجميع يتفقون على أنه حتى الآن لا يمكن لأي من الخيارات المقترحة أن تلبي تمامًا جميع احتياجات حضارتنا. على سبيل المثال ، إذا كانت جميع السيارات في الولايات المتحدة تعمل بالوقود الحيوي ، فيجب أن تغطي حقول الكانولا مساحة تساوي نصف البلد بأكمله ، بغض النظر عن حقيقة أنه لا يوجد الكثير من الأراضي المناسبة للزراعة في الولايات المتحدة. علاوة على ذلك ، فإن جميع طرق إنتاج الطاقة البديلة حتى الآن باهظة الثمن. ربما يوافق كل ساكن عادي في المدينة على أنه من المهم استخدام موارد صديقة للبيئة ومتجددة ، ولكن ليس عندما يتم إخبارهم بتكلفة هذا الانتقال في الوقت الحالي. لا يزال أمام العلماء الكثير من العمل للقيام به في هذا المجال. الاكتشافات الجديدة والمواد الجديدة والأفكار الجديدة - كل هذا سيساعد البشرية على التعامل بنجاح مع أزمة الموارد التي تلوح في الأفق. لا يمكن حل الكواكب إلا من خلال إجراءات معقدة. في بعض المناطق ، يكون استخدام توليد طاقة الرياح أكثر ملاءمة ، في مكان ما - الألواح الشمسية ، وما إلى ذلك. ولكن ربما يكون العامل الرئيسي هو تقليل استهلاك الطاقة بشكل عام وإنشاء تقنيات موفرة للطاقة. يجب أن يفهم كل شخص أنه مسؤول عن الكوكب ، ويجب على كل شخص أن يسأل نفسه السؤال: "ما نوع الطاقة التي أختارها للمستقبل؟" قبل الانتقال إلى الموارد الأخرى ، يجب أن يدرك الجميع أن هذا ضروري حقًا. فقط من خلال نهج متكامل سيكون من الممكن حل مشكلة استهلاك الطاقة.
غالبًا ما يجبر الافتقار إلى البنية التحتية المتطورة في المناطق النائية أصحابها على البحث عن مصادر طاقة بديلة لمنازلهم. التقنيات لا تقف مكتوفة الأيدي ، مثل هذه الأشياء لم تعد غريبة ويصعب الوصول إليها. في هذه المقالة ، سوف تكتشف ما يقدمه السوق اليوم كبديل للاتصال بشبكة الطاقة المركزية.
الطاقة موجودة دائمًا في البيئة بشكل أو بآخر. هذه هي الرياح ، وإشعاع الشمس ، وتدفق المياه ، ودفء الأرض. يبقى فقط استخدامها وتحويلها إلى ما هو مطلوب. فكر في مصادر الطاقة البديلة التي تتيح لك القيام بذلك.
يعتمد مبدأ التشغيل على قدرة الأجهزة الإلكترونية المسماة الخلايا الضوئية على تحويل طاقة فوتونات ضوء الشمس إلى طاقة كهربائية. هذا المثال للطاقة البديلة هو الأكثر شيوعًا.
البطاريات المنتجة للاستخدام الخاص تستخدم خلايا السيليكون الضوئية. هم على نوعين:
مزايا الألواح الشمسية:
عيوبها هي التكلفة العالية للمعدات ، والتي تؤتي ثمارها لفترة طويلة ، والاعتماد على شدة ضوء الشمس. إذا كانت السماء ملبدة بالغيوم ، تقل قوة الخلايا الضوئية.
إنها مزيج من توربينات الرياح ذات الشفرات المركبة على سارية خاصة ومولد كهربائي. عندما يتدفق الهواء عبر هذا التثبيت ، تبدأ الشفرات في الدوران تحت تأثيرها وتحريك العمود الداخلي المتصل بعلبة التروس.
يتيح لك هذا التصميم زيادة سرعة الدوران الأولية. يتم توصيل علبة التروس بمولد ، عندما يدور الدوار ، يولد تيارًا كهربائيًا. يتراكم الفائض في البطاريات المثبتة.
اعتمادًا على موقع محور الدوران ، يتم تقسيم توربينات الرياح إلى أفقي ورأسي. النوع الأول أكثر شيوعًا. تم تجهيز العديد من الطرز بمنعطف أوتوماتيكي في اتجاه الريح ، مما يزيد بشكل كبير من كفاءة التثبيت.
تتشابه مزايا هذه الأجهزة من نواح كثيرة مع الألواح الشمسية. يمكن أن تتراوح الكفاءة من 25٪ إلى 47٪ اعتمادًا على الطراز المحدد والظروف الجوية.
لا يعتمد تشغيل مولد الرياح على الوقت من اليوم. كل ما تحتاجه هو الريح ، وكلما كانت أقوى كان ذلك أفضل. تكلفة المعدات منخفضة نسبيًا ، لكن تكاليف التركيب يمكن أن تكون أعلى من ذلك بكثير.
تتمثل العيوب الرئيسية في الضوضاء أثناء التشغيل والموجات فوق الصوتية منخفضة التردد ، مما يؤثر سلبًا على الصحة. لهذا السبب ، يجب تثبيت الصاري بالجهاز بعيدًا عن السكن قدر الإمكان.
تستخدم نفايات مختلفة للعمل ، على سبيل المثال ، من الحيوانات الأليفة أو حيوانات المزرعة والطيور. في وعاء مغلق ، يتم معالجتهم بالبكتيريا اللاهوائية ، والتي بدورها تطلق الغاز الحيوي.
لجعل العملية أسرع ، يجب خلط النفايات بشكل دوري ، حيث يتم استخدام خلاط يدوي أو ميكانيكي.
يدخل الغاز الحيوي مخزنًا خاصًا ، يسمى خزان الغاز ، حيث يتعرض للانكماش. ثم يتم استخدامه كغاز طبيعي عادي. يمكن تصنيع الأسمدة من النفايات المتبقية بعد المعالجة.
تتيح لك التقنيات الحديثة لتوليد الطاقة باستخدام محطات الغاز الحيوي القيام بذلك دون القيام بأعمال غير سارة. مزاياها الرئيسية:
تشمل العيوب ما يلي:
ومن الأصح أن نطلق عليهم مصدر بديل للحرارة. مخصصة لتنظيم التدفئة وإمدادات المياه الساخنة للمنزل. تستهلك الكهرباء ، لذا يجب استخدامها مع أنواع أخرى من الطاقة البديلة.
يعتمد مبدأ التشغيل على قدرة المواد مثل الفريون على الغليان في درجات حرارة منخفضة. عندما تتحول إلى حالة غازية ، يتم إطلاق الطاقة الحرارية. يتكون التركيب من دوائر خارجية وداخلية ، بالإضافة إلى دائرة مضخة. الجزء الخارجي مدفون تحت الأرض أو يغرق في قاع الخزان.
يتم تسخين الفريون الذي يدور من خلاله تحت تأثير البيئة ، في دائرة المضخة تحت ضغط عالٍ ينتقل إلى حالة غازية ، ونتيجة لذلك ترتفع درجة الحرارة إلى 70 درجة مئوية. يحمل المبرد الداخلي المبرد المسخن في المضخة حول المنزل.
تعتبر المضخات الحرارية فعالة للغاية وقادرة على توفير الماء الساخن والتدفئة على مدار السنة. في الوقت نفسه ، تكون تكاليف الكهرباء ضئيلة - مع استهلاك 1 كيلو واط من الكهرباء ، يتم إطلاق 4 كيلو واط من الطاقة الحرارية في المتوسط.
دعنا نتعرف على خيار الطاقة البديلة الأفضل. الألواح الشمسية هي الخيار الأكثر تفضيلاً بسبب بساطتها وملاءمتها للبيئة. ومع ذلك ، فهي لا تعمل في الليل.
تعتبر مولدات الرياح مناسبة تمامًا للمناطق التي تهب فيها الرياح القوية باستمرار. تعملان ليلًا ونهارًا ، ولكن إذا ضعف تدفق الهواء ، تصبح الكفاءة صفرية. الخيار الأفضل هو مزيج من هذين الجهازين. عندها يمكنك أن تكون متأكدًا بنسبة 100٪ أنك لن تترك بدون كهرباء أبدًا.
اختر مصنعًا للغاز الحيوي إذا كنت تربي أبقارًا أو خنازيرًا أو دجاجًا في المزرعة ، أو إذا كانت هناك مزرعة قريبة حيث يمكنك أخذ النفايات للمعالجة.
وإذا كنت بحاجة إلى الماء الساخن والتدفئة ، أضف مضخات الحرارة إلى نظام منزلك. إنهم لا يطالبون بالصيانة ، ولا داعي لشراء الوقود وتخزينه في مكان ما ، كما هو الحال ، على سبيل المثال ، مع غلاية تعمل بالوقود الصلب.
لقد أجبرت الاحتياطيات المحدودة من الوقود الأحفوري والتلوث البيئي العالمي البشرية على البحث عن مصادر بديلة متجددة لهذه الطاقة بحيث يكون الضرر الناجم عن معالجتها في حده الأدنى بتكلفة مقبولة لإنتاج موارد الطاقة ومعالجتها ونقلها.
تجعل التقنيات الحديثة من الممكن استخدام موارد الطاقة البديلة المتاحة ، على نطاق عالمي وداخل شبكة الطاقة لشقة أو منزل خاص.
إن التطور العنيف للحياة على مدى عدة مليارات من السنين يثبت بوضوح تزويد الأرض بمصادر الطاقة. يسمح ضوء الشمس ودفء الأعماق والإمكانات الكيميائية للكائنات الحية بإجراء عمليات تبادل متعددة للطاقة ، الموجودة في بيئة ناتجة عن عوامل فيزيائية - درجة الحرارة والضغط والرطوبة والتركيب الكيميائي.
تداول المادة والطاقة في الطبيعة منذ العصور القديمة ، استخدم الإنسان طاقة الرياح كدافع للسفن ، مما سمح بتنمية التجارة. كان الوقود المتجدد المصنوع من النباتات الميتة والمخلفات البشرية مصدر الحرارة للطهي والحصول على المعادن الأولى. طاقة قطرة الماء كانت مصدر قوة لأحجار الرحى. لآلاف السنين ، كانت هذه هي الأنواع الرئيسية للطاقة ، والتي نسميها الآن المصادر البديلة.
مع تطور الجيولوجيا وتقنيات التعدين ، أصبح استخراج الهيدروكربونات وحرقها لتوليد الطاقة حسب الحاجة أكثر اقتصادية ، بدلاً من انتظار الطقس بجوار البحر ، على أمل مصادفة ناجحة للتيارات واتجاه الرياح والغطاء السحابي .
أدى عدم الاستقرار وتقلب الأحوال الجوية ، فضلاً عن الرخص النسبي لمحركات الوقود الأحفوري ، إلى دفع التقدم نحو استخدام الطاقة من أحشاء الأرض.
رسم بياني يوضح نسبة استهلاك مصادر الطاقة الأحفورية والمتجددة عند استيعابه ومعالجته بواسطة الكائنات الحية ، يعود ثاني أكسيد الكربون الذي كان يستريح في الأعماق لملايين السنين مرة أخرى إلى الغلاف الجوي عند حرق الهيدروكربونات الأحفورية ، وهو مصدر لتأثير الاحتباس الحراري والاحتباس الحراري. تجبر رفاهية الأجيال القادمة والتوازن الهش للنظام الإيكولوجي البشرية على إعادة النظر في المؤشرات الاقتصادية واستخدامها أشكال بديلة للطاقةلأن الصحة هي أثمن شيء.
أصبح الاستخدام الواعي لمصادر الطاقة البديلة المتجددة بطبيعتها شائعًا ، ولكن كما كان من قبل ، تسود الأولويات الاقتصادية. ولكن في منزل ريفي أو منزل ريفي ، قد يكون استخدام مصادر الكهرباء والحرارة البديلة هو الخيار الوحيد الفعال من حيث التكلفة للحصول على الطاقة إذا كان تركيب خطوط إمداد الطاقة وتوصيلها وتركيبها باهظ التكلفة.
توفير منزل بعيد عن الحضارة بالحد الأدنى المطلوب من الكهرباء باستخدام الألواح الشمسية ومولد للرياح بينما يستكشف العلماء اتجاهات جديدة ويطورون تقنيات الاندماج البارد ، يمكن للحرفيين المنزليين استخدام مصادر الطاقة البديلة التالية للمنزل:
وفقًا لأنواع الطاقة المتجددة البديلة ، هناك حلول جاهزة تم تقديمها بنجاح في الإنتاج الضخم. على سبيل المثال ، يمكن شراء الألواح الشمسية وتوربينات الرياح ومحطات الغاز الحيوي والمضخات الحرارية ذات السعات المختلفة مع التسليم والتركيب من أجل الحصول على مصادر بديلة للكهرباء والتدفئة لمنزل خاص.
لوحة شمسية منتجة تجارياً مثبتة على سطح منزل خاص يجب أن يكون لكل حالة على حدة خطتها الخاصة لتزويد الأجهزة الكهربائية المنزلية بمصادر الطاقة الكهربائية البديلة ، حسب الاحتياجات والإمكانيات. على سبيل المثال ، لتشغيل جهاز كمبيوتر محمول وجهاز لوحي وشحن هاتف ، يمكنك استخدام مصدر 12 فولت ومحولات محمولة. هذا الجهد ، مع كمية كافية من طاقة البطارية ، سيكون كافياً للإضاءة.
يجب أن تقوم الألواح الشمسية وتوربينات الرياح بشحن البطاريات ، بسبب تقلب الإضاءة وقوة طاقة الرياح. مع زيادة قوة المصادر البديلة للكهرباء وحجم البطاريات ، يزداد استقلالية الطاقة لمصدر طاقة مستقل. إذا كان مطلوبًا توصيل الأجهزة الكهربائية التي تعمل من 220 فولت إلى مصدر بديل للكهرباء ، فقم بالتطبيق محولات الجهد.
رسم بياني يوضح إمداد الطاقة للأجهزة الكهربائية المنزلية من البطاريات المشحونة بواسطة مولد الرياح والألواح الشمسية في المنزل ، يكاد يكون من المستحيل إنشاء خلايا شمسية ، لذلك يستخدم مصممو مصادر الطاقة البديلة مكونات جاهزة ، ويجمعون هياكل التوليد ، ويحققون الطاقة المطلوبة. يؤدي توصيل الخلايا الكهروضوئية في السلسلة إلى زيادة جهد الخرج لمصدر الكهرباء الناتج ، كما أن توصيل السلاسل المجمعة بالتوازي يعطي تيار تجميع إجمالي أكبر.
مخطط ربط الخلايا الضوئية في التجمع يمكنك التركيز على شدة طاقة الإشعاع الشمسي - هذا حوالي كيلو واط واحد لكل متر مربع. تحتاج أيضًا إلى مراعاة كفاءة الألواح الشمسية - في الوقت الحالي تبلغ حوالي 14٪ ، ولكن يجري تطوير مكثف لزيادة كفاءة المولدات الشمسية. تعتمد طاقة الخرج على شدة الإشعاع وزاوية حدوث الحزم.
يمكنك البدء على نطاق صغير - شراء واحدة أو أكثر من الألواح الشمسية الصغيرة ، والحصول على مصدر بديل للكهرباء في الدولة بالمقدار اللازم لشحن هاتف ذكي أو كمبيوتر محمول من أجل الوصول إلى الإنترنت العالمي. من خلال قياس التيار والجهد ، فإنهم يدرسون حجم استهلاك الطاقة ، مع الأخذ في الاعتبار احتمال زيادة التوسع في استخدام مصادر الطاقة البديلة.
تركيب ألواح شمسية إضافية على سطح المنزل يجب أن نتذكر أن ضوء الشمس هو أيضًا مصدر للإشعاع الحراري (الأشعة تحت الحمراء) ، والذي يمكن استخدامه لتسخين المبرد دون مزيد من تحويل الطاقة إلى كهرباء. يتم تطبيق هذا المبدأ البديل في تجميع الطاقة الشمسية، حيث بمساعدة العواكس ، يتم تركيز الأشعة تحت الحمراء ونقلها بواسطة المبرد إلى نظام التدفئة.
مجمع الطاقة الشمسية كجزء من نظام التدفئة المنزلية أسهل طريقة لبناء توربينات الرياح بنفسك هي استخدام مولد السيارة. لزيادة السرعة والجهد لمصدر الكهرباء البديلة (كفاءة توليد الطاقة الكهربائية) ، يجب استخدام علبة تروس أو محرك سير. إن شرح جميع أنواع الفروق التكنولوجية هو خارج نطاق هذه المقالة - تحتاج إلى دراسة مبادئ الديناميكا الهوائية لفهم عملية تحويل سرعة تدفق الكتل الهوائية إلى كهرباء بديلة.
في المرحلة الأولى من دراسة احتمالات تحويل مصادر الطاقة المتجددة البديلة لطاقة الرياح إلى كهرباء ، تحتاج إلى اختيار تصميم طاحونة الهواء. أكثر التصميمات شيوعًا هي مروحة المحور الأفقي ، دوار سافونيوس ، وتوربينات داريوس. المروحة ثلاثية الشفرات كمصدر للطاقة البديلة هي الخيار الأكثر شيوعًا للاستخدام المنزلي.
أنواع مختلفة من توربينات دارير عند تصميم شفرات المروحة ، فإن السرعة الزاوية لدوران طاحونة هوائية لها أهمية كبيرة. يوجد ما يسمى بعامل كفاءة المروحة ، والذي يعتمد على سرعة تدفق الهواء ، بالإضافة إلى طول الريش وقسمها وعددها وزاويتها.
بشكل عام ، يمكن فهم هذا المفهوم على النحو التالي - في حالة الرياح الصغيرة ، لن يكون طول الشفرات ذات الزاوية الأكثر نجاحًا للهجوم كافياً لتحقيق أقصى قدر من الكفاءة في توليد الطاقة ، ولكن مع تضخيم متعدد للتدفق و زيادة السرعة الزاوية ، ستواجه حواف الشفرات مقاومة مفرطة ، مما قد يؤدي إلى إتلافها.
المظهر الجانبي المعقد لشفرة الطاحونة الهوائية لذلك ، يتم حساب طول الشفرات بناءً على متوسط سرعة الرياح ، مما يؤدي إلى تغيير زاوية الهجوم بسلاسة بالنسبة إلى المسافة من مركز المروحة. لمنع تكسر الشفرات في رياح شديدة القوة ، تكون أسلاك المولد ذات دائرة قصر ، مما يمنع المروحة من الدوران. للحسابات التقريبية ، يمكن أخذ كيلو وات واحد من الكهرباء البديلة من مروحة ثلاثية الشفرات بقطر 3 أمتار بمتوسط سرعة رياح 10 م / ث.
لإنشاء ملف تعريف الشفرة الأمثل ، يلزم نمذجة الكمبيوتر وآلة CNC. في المنزل ، يستخدم الحرفيون مواد وأدوات مرتجلة ، في محاولة لإعادة إنشاء رسومات لمصادر طاقة الرياح البديلة بأكبر قدر ممكن من الدقة. يستخدم الخشب والمعدن والبلاستيك وما إلى ذلك كمواد.
مروحة توربينات الرياح محلية الصنع مصنوعة من الخشب واللوح المعدني لتوليد الكهرباء ، قد لا تكون طاقة مولد السيارة كافية ، لذلك يصنع الحرفيون آلات توليد كهربائية بأيديهم ، أو يعيدون صنع المحركات الكهربائية. التصميم الأكثر شيوعًا لمصدر كهرباء بديل هو دوار به مغناطيس نيوديميوم متناوب وعضو ثابت مع لفات.
دوارات المولدات محلية الصنع 
الجزء الثابت مع اللفات لمولد محلي الصنع يتم الحصول على الغاز الحيوي كمصدر للطاقة بشكل أساسي بطريقتين - هذا هو الانحلال الحراريوالتحلل اللاهوائي (بدون أكسجين) للمواد العضوية. يتطلب الانحلال الحراري إمدادًا محدودًا من الأكسجين للحفاظ على درجة حرارة التفاعل ، بينما يتم إطلاق الغازات القابلة للاحتراق: الميثان ، والهيدروجين ، وأول أكسيد الكربون والمركبات الأخرى: ثاني أكسيد الكربون ، وحمض الخليك ، والماء ، وبقايا الرماد. كمصدر للانحلال الحراري ، فإن الوقود الذي يحتوي على نسبة عالية من الراتنج هو الأنسب. يُظهر الفيديو أدناه عرضًا مرئيًا لإطلاق الغازات القابلة للاحتراق من الخشب عند تسخينها.
لتجميع الغاز الحيوي من نفايات الكائنات الحية ، يتم استخدام خزانات الميثان ذات التصميمات المختلفة. من المنطقي أن تقوم بتركيب خزان ميثان في المنزل بيديك إذا كان هناك حظيرة دجاج وخنازير وماشية من الماشية في المنزل. الغاز الرئيسي الناتج هو الميثان ، لكن كمية كبيرة من كبريتيد الهيدروجين وشوائب المركبات العضوية الأخرى تتطلب استخدام أنظمة تنقية لإزالة الرائحة ومنع انسداد الشعلات في مولدات الحرارة أو تلوث مسارات وقود المحرك.
هناك حاجة إلى دراسة شاملة لطاقة العمليات الكيميائية ، والتقنيات ذات مجموعة تدريجية من الخبرة ، بعد أن مرت بمسار التجربة والخطأ ، من أجل الحصول على غاز بيولوجي قابل للاحتراق بجودة مقبولة عند إخراج المصدر.
بغض النظر عن الأصل ، بعد التنظيف ، يتم إدخال خليط الغازات في مولد حراري (غلاية ، موقد ، موقد) أو في المكربن لمولد البنزين - بهذه الطريقة ، يتم الحصول على طاقة بديلة كاملة مع الفرد اليدين. مع الطاقة الكافية لمولدات الغاز ، من الممكن ليس فقط تزويد المنزل بالطاقة البديلة ، ولكن أيضًا لضمان تشغيل الإنتاج الصغير ، كما هو موضح في الفيديو:
مضخات حراريةتستخدم على نطاق واسع في الثلاجات ومكيفات الهواء. لوحظ أن نقل الحرارة يتطلب طاقة أقل بعدة مرات من توليدها. لذلك ، فإن الماء البارد من البئر له إمكانات حرارية بالنسبة للطقس الفاتر. من خلال خفض درجة حرارة المياه الجارية من بئر أو من أعماق بحيرة غير متجمدة ، تأخذ المضخات الحرارية الحرارة وتنقلها إلى نظام التدفئة ، مع تحقيق وفورات كبيرة في الكهرباء.
توفير الطاقة بمضخة حرارية نوع آخر من المحركات الحرارية هو محرك "ستيرلنغ" ، يتم تشغيله بواسطة طاقة اختلاف درجة الحرارة في نظام مغلق من الأسطوانات والمكابس موضوعة على العمود المرفقي بزاوية 90 درجة. يمكن استخدام دوران العمود المرفقي لتوليد الكهرباء. تحتوي الشبكة على الكثير من المواد من مصادر موثوقة تشرح بالتفصيل مبدأ تشغيل محرك "ستيرلنغ" ، بل وتعطي أمثلة على التصميمات محلية الصنع ، كما في الفيديو أدناه:
لسوء الحظ ، لا تسمح لك ظروف المنزل بإنشاء محرك ستيرلينغ بمعلمات خرج طاقة أعلى من تلك الموجودة في لعبة ممتعة أو منصة عرض. للحصول على طاقة وكفاءة مقبولة ، يجب أن يكون غاز العمل (الهيدروجين أو الهليوم) تحت ضغط مرتفع (200 ضغط جوي أو أكثر). يتم استخدام محركات حرارية مماثلة بالفعل في محطات الطاقة الشمسية والطاقة الحرارية الأرضية وقد بدأ إدخالها في القطاع الخاص.
محرك ستيرلينغ في بؤرة مرآة مكافئة للحصول على الكهرباء الأكثر استقرارًا واستقلالية في منزل ريفي أو في منزل خاص ، ستحتاج إلى الجمع بين العديد من مصادر الطاقة البديلة.
لن يتمكن أي متذوق من تغطية النطاق الكامل لإمكانيات الطاقة البديلة المتجددة. مصادر الطاقة البديلة متاحة حرفيًا في كل خلية حية. على سبيل المثال ، لطالما عُرفت طحالب الكلوريلا كمصدر للبروتين في طعام الأسماك.
التجارب جارية لزراعة الكلوريلا في انعدام الوزن ، لاستخدامها كغذاء لرواد الفضاء خلال الرحلات الفضائية لمسافات طويلة في المستقبل. تتم دراسة إمكانات الطاقة للطحالب والكائنات الحية البسيطة الأخرى من أجل تخليق الهيدروكربونات القابلة للاحتراق.
تراكم ضوء الشمس في الخلايا الحية للكلوريلا المزروعة في المنشآت الصناعية يجب ألا يغيب عن الأذهان أنه لم يتم حتى الآن اختراع محول ومجمع لطاقة ضوء الشمس أفضل من البلاستيك الفلوري للخلية الحية. لذلك ، تتوفر مصادر الطاقة المتجددة المحتملة للكهرباء البديلة في كل ورقة خضراء يتم تنفيذها البناء الضوئي.
تتمثل الصعوبة الرئيسية في جمع المواد العضوية ، باستخدام العمليات الكيميائية والفيزيائية للحصول على الطاقة من هناك وتحويلها إلى كهرباء. الآن ، تم تخصيص مساحات كبيرة من الأراضي الزراعية لزراعة محاصيل الطاقة البديلة.
حصاد ميسكانثوس - محصول زراعي للطاقة يمكن أن تكون كهرباء الغلاف الجوي بمثابة مصدر هائل آخر للطاقة البديلة. طاقة البرق ضخمة ولها تأثيرات مدمرة ، وتستخدم قضبان الصواعق للحماية منها.
alt الصعوبات في كبح إمكانات الطاقة من البرق والكهرباء الجوية هي في الجهد العالي والتيار للتصريف في وقت قصير جدًا ، مما يتطلب إنشاء أنظمة متعددة المراحل من المكثفات لتراكم الشحنات مع الاستخدام اللاحق للطاقة المخزنة. كما أن للكهرباء الساكنة في الغلاف الجوي آفاق جيدة.
تعتبر الكهرباء من أهم مصادر الطاقة لمنزل خاص. تساعد الكهرباء في الطهي وتسخين الغرفة وضخ الماء فيها وبإضاءة بسيطة. إنها قادرة على استبدال إمدادات الغاز وإمدادات المياه المركزية بشكل كامل. بدون كهرباء ، لا يعتبر المنزل الحديث مريحًا وعمليًا. تصل خطوط الجهد العالي حتى أبعد القرى والبلدات وتزودها بالكهرباء. ولكن لا تزال هناك أماكن لا يتم فيها وضع الاتصالات ، وسيكلف تركيبها مبلغًا مناسبًا. في هذه الحالة ، سوف تساعد مصادر الطاقة البديلة. فهي صديقة للبيئة ومستقلة تمامًا ومربحة ماليًا. لا يعتمد صاحب مصدر الطاقة الكهربائية الخاص به على الإصلاحات المجدولة والأعطال وانقطاع التيار الكهربائي الذي يترك قرى بأكملها بدون كهرباء. تتم مناقشة مصادر الطاقة غير التقليدية الأكثر شيوعًا وغير المألوفة بالتفصيل أدناه.
المصدر الأول والأكثر شيوعًا للطاقة في المنزل ، والذي يوجد غالبًا في المنازل الخاصة - مولدات الطاقة. حسب نوع الوقود المستخدم يتم تقسيمها إلى ديزل وبنزين وغاز.
تتميز مولدات الديزل بالعديد من المزايا ، بما في ذلك الكفاءة والموثوقية وانخفاض مخاطر نشوب حريق. مع الاستخدام اليومي المنتظم ، يكون مولد الديزل أكثر ربحية من الموديلات التي تستهلك الغاز أو البنزين. استهلاك الوقود لمعدات الديزل ليس مرتفعًا ، كما أن سعر الوقود ليس مرتفعًا ، ولا يتطلب إصلاحات باهظة الثمن واستثمارات مالية. عيوب مولدات الديزل هي كمية كبيرة من الغازات المنبعثة أثناء التشغيل والضوضاء وارتفاع سعر الجهاز نفسه. يبلغ متوسط سعر المعدات التي تبلغ قوتها 5 كيلو واط 850 دولارًا.
مولد البنزين - هذه الوحدة مثالية كمصدر احتياطي أو موسمي للتيار. المولدات على هذا النوع من الوقود صغيرة الحجم ، وتحدث ضوضاء قليلة أثناء التشغيل ، والجهاز نفسه له سعر أقل من نظيره الذي يعمل بالديزل. متوسط سعر مولد البنزين 5 كيلو واط هو 500 دولار. عيوب استخدام مولد البنزين - بالرغم من أن مستوى الضوضاء منخفض ، إلا أنه يتم إطلاق كمية كبيرة من ثاني أكسيد الكربون أثناء التشغيل ، لذلك يجب وضع الجهاز في غرف منفصلة مع عزل صوتي جيد.
أثبتت مولدات الغاز والكهرباء أنها جيدة من جميع الجهات. وهي تعمل بالغاز الطبيعي والوقود المسال المعبأ. مستوى الضوضاء لهذه الأجهزة هو الأدنى ، ومورد المحرك مرتفع للغاية. متوسط سعر الجهاز بقدرة 5 كيلوواط هو 600 دولار.
مصدر بديل آخر للطاقة الكهربائية هو الطاقة الشمسية. يتم استخدامه ليس فقط لتوليد الطاقة الكهربائية ، ولكن أيضًا لتوفير التدفئة المستقلة. للحصول على الكهرباء من الشمس يتم تركيب ألواح شمسية بأحجام مختلفة ومجهزة ببطارية وعاكس. تتضمن بعض فوائد استخدام مصادر الطاقة الشمسية ما يلي:
كل هذه الصفات تجعل مصادر الطاقة الشمسية من أكثر مصادر الطاقة شهرة. لكن طريقة توليد الكهرباء هذه لها أيضًا عيوب:
يبلغ سعر المحطة النهائية من 3500 دولار إلى 7000 دولار. طريقة أكثر بأسعار معقولة للحصول على الطاقة من الشمس هي مجمعات لتسخين المياه. يلتقط هذا الجهاز حرارة الشمس حتى في الأيام التي يكون فيها النجم مختبئًا خلف السحب. يتم استخدامه فقط لتسخين المياه ، ولا يولد الكهرباء. جامع واحد يلبي الحاجة اليومية للمياه الساخنة لعائلة مكونة من ثلاثة أفراد. السعر يختلف من 1000 إلى 4000 دولار. عيب هذا النوع من المعدات هو واحد فقط ، متأصل في البطاريات الشمسية - استحالة العمل في المناطق ذات النشاط الشمسي المنخفض وفي الليل.
لم تعد المنشآت الخاصة بتحويل طاقة تدفق الهواء إلى كهرباء تنتمي أيضًا إلى فئة الخيال العلمي وتستخدم في كل مكان. إنهم يعملون على مبدأ توربينات الرياح ، التي تحول الطاقة الحركية للرياح إلى طاقة ميكانيكية من دوران التوربين. يتم جمع هذه الطاقة وتحويلها بواسطة العاكس إلى تيار متناوب. الحد الأدنى لسرعة الرياح التي يتم عندها توليد الكهرباء من دولاب الموازنة هو 2 م / ث. سرعة الرياح المثلى 8 م / ث. وفقًا لنوع البناء ، يتم تقسيم مولدات طاقة الرياح إلى نماذج ذات دوار أفقي وآخر عمودي.
يتميز التصميم الأفقي للمولد بمعامل كفاءة عالي ، ويستخدم التثبيت كمية صغيرة من المواد. العيوب - مطلوب سارية عالية للتثبيت ، والمولد نفسه به جزء ميكانيكي معقد ، وليس من المناسب صيانته. تتميز عموديًا بنطاق أكبر من سرعات الرياح التي تعمل بها. لكن في نفس الوقت ، مولدات الرياح العمودية ليست اقتصادية ، لأنها تتطلب استخدام المزيد من المعدات والمواد.
استخدام مزرعة الرياح محدود بمؤشرات الرياح في سياق كل موسم. إذا كانت المحطة في غير موسمها ، مع زيادة النشاط الجوي ، ستكون فعالة للغاية ، فلن يتم توليد الكهرباء في أيام الهدوء. لتخفيف هذا الاختلاف وتزويد المنزل بالتيار الكهربائي دون انقطاع ، تم تجهيز مزرعة الرياح ببطارية تخزين. يساعد هذا الإجراء على تجميع الطاقة في الطقس العاصف واستخدامها خلال فترات الهدوء.
بديل لتركيب بطارية في مزرعة رياح هو تحويل الطاقة إلى حرارة. يتم استخدامه لكل من التدفئة وإمدادات الماء الساخن. في هذا التصميم ، يتم استبدال البطارية بخزان مياه. يمكن أن يؤدي استخدام مزرعة الرياح بهذه الطريقة إلى تقليل تكلفتها الإجمالية بنسبة 25٪. تبلغ تكلفة مزرعة الرياح التي تحتوي على بطارية في المتوسط 10000 دولار ، بدون بطارية - 1000-2000 دولار.
من بين الفروق الدقيقة غير السارة في استخدام مزرعة الرياح الحاجة إلى تجهيز أساس للمعدات. تم تقويته بعناية خاصة بحيث لا يتم سحب الصاري مع طاحونة الهواء من الأرض أثناء الرياح القوية. الفارق البسيط الثاني هو إمكانية تثليج الشفرات في الشتاء مما يقلل من كفاءة المحطة. أثناء التشغيل ، يولد هذا الجهاز ضوضاء واهتزازًا ، لذلك يتم تركيبه بعيدًا عن المباني السكنية.
الطاقة الحرارية الأرضية هي مصدر جديد للطاقة لمنزل خاص. في هذه الحالة ، يتم استخدام الحرارة المتولدة في أحشاء الكوكب. تتميز لب الأرض بدرجة حرارة عالية ، والتي تأتي إلى السطح في المناطق البركانية ، ومصادر المياه والبخار ، كما توجد أيضًا في الطبقات العميقة للكوكب. تستخدم الحرارة الجوفية كمصدر للطاقة للتيار والحرارة.
مبدأ تشغيل مصدر الطاقة الحرارية الأرضية في منزل خاص بسيط للغاية - إنهم يحفرون بئرًا يتم فيه تثبيت مضخة حرارية. يقوم التركيب بضخ الماء الساخن من الطبقات العميقة ، وعند تبريده يولد الطاقة ، ثم يتم تحويلها إلى كهرباء. أثناء التشغيل ، يستهلك هذا التثبيت التيار الكهربائي ، ولكن في نفس الوقت ، لكل كيلو وات يتم إنفاقه ، فإنه ينتج 5-6 كيلو واط من التيار. متوسط تكلفة التركيب لمنزل مساحته 150 مترًا مربعًا هو 30 ألف دولار أمريكي. مزايا الاستخدام - مصدر طاقة لا ينضب ، لا يعتمد على الموسم والوقت من اليوم والظروف الجوية.
مساوئ استخدام طاقة الأرض - غالبًا ما تكون المياه الحرارية عالية المعادن وتحتوي على شوائب سامة ، وبالتالي لا يمكن إرسالها إلى مياه الصرف الصحي العادية. تعود المياه العادمة إلى الأفق العميق الذي تم ضخها منه. يعتقد بعض العلماء أن هذا النوع من إنتاج الطاقة يؤدي إلى زيادة النشاط الزلزالي في قشرة الأرض.
لقد سمع الكثير من الناس بالفعل عن الوقود الحيوي. حول هذا النوع من المراجعات الساخنة ، يندلع الكثير من الجدل والمراجعات المتضاربة. كوقود للسيارات ، له سعر مغرٍ ، لكن تأثيره على المحرك وقوته غير مفهوم تمامًا. لكن وقود القتال لا يستخدم فقط كوقود للمركبات ، ولكن أيضًا كمصدر للتيار الكهربائي. يحل هذا الوقود محل الغاز والبنزين والديزل عند إعادة التزود بالوقود لتوليد الطاقة الكهربائية.
يتم إنتاج الوقود الحيوي عن طريق معالجة النباتات المختلفة. لتصنيع الديزل البيولوجي ، يتم استخدام الدهون من بذور المحاصيل الزيتية ، ويتم إنتاج البنزين عن طريق تخمير الذرة وقصب السكر والبنجر وغيرها من النباتات. تُعرف الطحالب بأنها المصدر الأمثل للطاقة البيولوجية ، لأنها متواضعة ، وتتحول بسهولة إلى كتلة حيوية ذات خصائص زيتية مماثلة للزيت.
تتيح هذه التقنية أيضًا الحصول على الغاز البيولوجي ، الذي يتم التقاطه أثناء تخمير النفايات العضوية من صناعة الأغذية وتربية الحيوانات. في هذه الحالة ، يتم الحصول على الميثان. يتم الحصول على الإيثانول السليلوزي عن طريق التقاط الغاز في مدافن النفايات. ينتج طن واحد من القمامة غير المفيدة ما يصل إلى 500 متر مكعب من الغاز المفيد.
فيما يتعلق بالاستخدام المحلي للوقود الحيوي لتوليد الطاقة الكهربائية ، يتم شراء مصنع غاز حيوي فردي لهذا الغرض. ينتج هذا الجهاز الغاز الطبيعي من النفايات. تنتج وحدة IBGU-1 القياسية من 3 إلى 12 مترًا مكعبًا من الغاز يوميًا ، والتي تُستخدم بعد ذلك لتدفئة المنزل ، وإعادة تزويد المعدات المختلفة بالوقود ، بما في ذلك مولد طاقة الغاز. يبلغ متوسط تكلفة مصنع الغاز الحيوي 9000 دولار.
نوع آخر من الطاقة البديلة التي يتم استخدامها بنجاح في المنازل الخاصة هي محطات الطاقة الكهرومائية الفردية. في التركيب ، يعد هذا النوع من مولدات الكهرباء من أصعب الأنواع ، ولكن في نفس الوقت تكون كفاءته أعلى بكثير من كفاءة مصادر الرياح والطاقة الشمسية. تُبنى محطات الطاقة الكهرومائية بسدود وبدون سدود ، الخيار الثاني هو الأبسط والأكثر سهولة. تسمى هذه التركيبات أيضًا محطات التدفق. وفقًا للجهاز ، يتم تقسيمها إلى محطات بها عجلة وإكليل ودوار Darier ومروحة.
من بين الأنواع المعروضة من محطات الطاقة الكهرومائية ، يعتبر تركيب الطوق الأكثر إزعاجًا. لديها إنتاجية منخفضة ، والتصميم نفسه يشكل خطرا على الناس المحيطين ، وتركيب المحطة يتطلب استهلاك كمية كبيرة من المواد. يعتبر دوار Darier أكثر ملاءمة ، حيث يقع المحور عموديًا ويمكن تركيبه فوق الماء. لكن من الصعب جدًا تركيب مثل هذه المحطة ويجب أن يتم لف الدوار في البداية. أفضل خيار لصنع يديك هو محطة ذات مروحة أو عجلة. متوسط تكلفة محطة 6 كيلوواط هو 8000-10000 دولار.
الطاقة البديلة هي الطاقة ، مصدرها يختلف عن تلك التي اعتدنا استخدامها (الفحم ، الغاز ، الوقود النووي ، النفط ، إلخ) ؛ أكثر شيوعًا في سياق التوافر المحدود للوقود الأحفوري وانبعاثاته من غازات الدفيئة الضارة في الغلاف الجوي. الطاقة البديلة - صناعة جديدة نسبيًا (لأنه لم تكن هناك حاجة للبحث عن شيء أقل كفاءة ، ولكن أنظف من الفحم ، على سبيل المثال) لا تجد عددًا كبيرًا من المؤيدين ، لكن الانتقال إليها أمر لا مفر منه. عندما نجد طرقًا لإنتاج كميات كبيرة من الكهرباء (تخزينها ، بدلاً من ذلك) ، واستخدام الهيدروجين وعناصر أخرى ، والطاقة الشمسية أو الطاقة الحرارية النووية الفعالة لتحل محل المصادر التقليدية ، فإن العالم سيتغير إلى ما هو أبعد من التعرف عليه.
إن تكلفة إنتاج الطاقة من ما يسمى بالمصادر المتجددة ، مثل الرياح وضوء الشمس ، تنخفض ببطء ولكن بثبات كل عام. ومع ذلك ، فإن إحدى عيوب هذا الإنتاج لا تزال دون حل - ماذا تفعل بالطاقة الزائدة المنتجة ، وكيف تخزنها؟ لنفترض أنه في الطقس العاصف ، تنتج طواحين الهواء طاقة كافية لتشغيل شبكة الطاقة. ولكن بمجرد توقف الريح ، لا توجد طاقة. تحاول العديد من الشركات حول العالم حل هذه المشكلة. على سبيل المثال ، تقوم الشركة بتطوير بطاريات موفرة للطاقة. لكن بشكل عام ، إنها قطرة في محيط. الى جانب ذلك ، إنها باهظة الثمن.
ربما تتحدث عن كيفية عمل المخترع الشهير ورائد الأعمال الموهوب بلا شك
