Énergie alternative pour la maison : un aperçu des sources d'énergie non standard

Introduction

Toute l'économie mondiale moderne dépend des richesses accumulées au temps des dinosaures : pétrole, gaz, charbon et autres énergies fossiles. La plupart des activités de notre vie, du métro au chauffage de la bouilloire dans la cuisine, nécessitent en fin de compte de brûler cet héritage préhistorique. Le principal problème est que ces ressources énergétiques facilement disponibles ne sont pas renouvelables. Tôt ou tard, l'humanité pompera tout le pétrole des entrailles de la terre, brûlera tout le gaz et extraira tout le charbon. Que va-t-on utiliser pour chauffer les théières alors ?

Nous ne devons pas non plus oublier l'impact environnemental négatif de la combustion de carburant. Une augmentation de la teneur en gaz à effet de serre dans l'atmosphère entraîne une augmentation de la température moyenne sur l'ensemble de la planète. Les produits de la combustion du carburant polluent l'air. Les habitants des grandes villes le ressentent particulièrement bien.

Nous pensons tous à l'avenir, même si cet avenir ne vient pas avec nous.La communauté mondiale reconnaît depuis longtemps les limites des combustibles fossiles. Et l'impact négatif de leur utilisation sur l'environnement. Les principaux États mettent déjà en œuvre des programmes de transition progressive vers des sources d'énergie renouvelables et respectueuses de l'environnement.

Partout dans le monde, l'humanité recherche et introduit progressivement des substituts aux combustibles fossiles. Des centrales solaires, éoliennes, marémotrices, géothermiques et hydroélectriques fonctionnent depuis longtemps dans le monde entier. Il semblerait qu'en ce moment, qu'est-ce qui nous empêche de subvenir à tous les besoins de l'humanité avec leur aide ?

En fait, l'énergie alternative pose de nombreux problèmes. Par exemple, le problème de la répartition géographique des ressources énergétiques. Les parcs éoliens sont construits uniquement dans les zones où soufflent souvent des vents forts, le solaire - où il y a un nombre minimum de jours nuageux, les centrales hydroélectriques - sur les grands fleuves. Le pétrole, bien sûr, n'est pas non plus disponible partout, mais il est plus facile de le livrer.

Le deuxième problème des énergies alternatives est l'instabilité. Dans les parcs éoliens, la production dépend du vent, qui change constamment de vitesse ou même s'arrête complètement. Les centrales solaires ne fonctionnent pas bien par temps nuageux et ne fonctionnent pas du tout la nuit.

Ni le vent ni le soleil ne tiennent compte des besoins des consommateurs d'énergie. Dans le même temps, la production d'énergie d'une centrale thermique ou nucléaire est constante et facilement régulée. La solution à ce problème ne peut être que la construction d'énormes installations de stockage d'énergie pour créer une réserve en cas de faible rendement. Cependant, cela augmente considérablement le coût de l'ensemble du système.

En raison de ces difficultés et de bien d'autres, le développement des énergies alternatives dans le monde ralentit. Brûler des combustibles fossiles est toujours plus facile et moins cher.

Cependant, si à l'échelle de l'économie mondiale les sources d'énergie alternatives n'apportent pas beaucoup d'avantages, alors dans le cadre d'une maison individuelle elles peuvent être très attractives. Déjà, beaucoup ressentent l'augmentation constante des tarifs de l'électricité, de la chaleur et du gaz. Chaque année, les entreprises énergétiques s'enfoncent davantage dans la poche des gens ordinaires.

Des experts du fonds de capital-risque international I2BF ont présenté le premier aperçu du marché des énergies renouvelables. Selon leurs prévisions, dans 5 à 10 ans, les technologies énergétiques alternatives deviendront plus compétitives et se généraliseront. Déjà, l'écart entre les coûts des énergies alternatives et conventionnelles se réduit rapidement.

Le coût de l'énergie fait référence au prix qu'un producteur d'énergie alternative souhaite recevoir afin de compenser ses dépenses en capital sur la durée de vie du projet et de fournir un rendement de 10 % sur le capital investi. Ce prix comprendra également le coût du financement par emprunt, car la plupart sont fortement endettés.

Le graphique ci-dessous illustre l'évaluation des différents types d'énergies alternatives et traditionnelles au cours du IIe trimestre 2011 (Fig. 1).

Selon les chiffres ci-dessus, l'énergie géothermique, ainsi que l'énergie générée par la combustion des ordures et des gaz d'enfouissement, a le coût le plus bas de tous les types d'énergie alternative. En fait, ils peuvent déjà concurrencer directement l'énergie traditionnelle, mais le facteur limitant pour eux est le nombre limité d'endroits où ces projets peuvent être mis en œuvre.

Pour ceux qui veulent s'affranchir des caprices des ingénieurs électriciens, qui veulent contribuer au développement des énergies alternatives, qui veulent juste économiser un peu d'énergie, ce livre est écrit.

Du livre V. Germanovich, A. Turilin « Sources d'énergie alternatives. Conceptions pratiques pour l'utilisation du vent, du soleil, de l'eau, de la terre, de l'énergie de la biomasse.

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Développement des sources non traditionnelles

Les sources d'énergie non traditionnelles comprennent :

• énergie du soleil;
• l'énergie éolienne;
• géothermique;
• énergie des marées et des vagues ;
• biomasse;
• énergie à faible potentiel de l'environnement.

Leur développement semble possible du fait de la répartition omniprésente de la plupart des espèces ; on peut également noter leur respect de l'environnement et l'absence de coûts d'exploitation pour la composante carburant.

Cependant, certaines qualités négatives empêchent leur utilisation à l'échelle industrielle. Il s'agit d'une faible densité de flux, ce qui oblige à utiliser des installations "interceptantes" d'une grande surface, ainsi qu'une variabilité dans le temps.

Tout cela conduit au fait que de tels dispositifs ont une consommation de matière élevée, ce qui signifie que les investissements en capital augmentent également. Eh bien, le processus d'obtention d'énergie en raison d'un élément aléatoire associé aux conditions météorologiques cause beaucoup de problèmes.

L'autre problème le plus important est le "stockage" de cette matière première énergétique, puisque les technologies existantes de stockage de l'électricité ne permettent pas de le faire en grande quantité.Cependant, dans les conditions domestiques, les sources d'énergie alternatives pour la maison deviennent de plus en plus populaires, alors familiarisons-nous avec les principales centrales électriques pouvant être installées en propriété privée.

Est-ce que tout est si fluide ?

Il semblerait qu'une telle technologie d'alimentation électrique d'une maison privée aurait dû être depuis longtemps évincée du marché par les méthodes centralisées traditionnelles de fourniture d'énergie. Pourquoi cela n'arrive-t-il pas ? Il existe plusieurs arguments qui ne témoignent pas en faveur des énergies alternatives. Mais leur importance est déterminée sur une base individuelle - pour certains propriétaires de maisons de campagne, certaines lacunes sont pertinentes et d'autres ne présentent aucun intérêt.

Pour les grands chalets, le rendement pas trop élevé des installations d'énergie alternative peut devenir un problème. Naturellement, les systèmes solaires locaux, les pompes à chaleur ou les installations géothermiques ne peuvent être comparés à la productivité des centrales hydroélectriques, thermiques et plus encore nucléaires, même les plus anciennes, mais cet inconvénient est souvent minimisé en installant deux, voire trois systèmes, en utilisant plus de puissance. La conséquence de cela peut être un autre problème - pour leur installation, une plus grande surface sera nécessaire, ce qui n'est pas possible d'allouer dans tous les projets de maison.

Pour assurer l'approvisionnement ininterrompu du nombre d'appareils électroménagers et du système de chauffage familiers à une maison moderne, il faut beaucoup d'énergie. Par conséquent, le projet devrait prévoir de telles sources qui peuvent produire une telle puissance. Et cela nécessite un investissement solide - plus l'équipement est puissant, plus il est cher.

De plus, dans certains cas (par exemple, lors de l'utilisation de l'énergie éolienne), la source peut ne pas garantir la constance de la production d'énergie. Par conséquent, il est nécessaire d'équiper toutes les communications de périphériques de stockage. Habituellement, des batteries et des collecteurs sont installés à cet effet, ce qui entraîne tout de même des coûts supplémentaires et la nécessité d'allouer plus de mètres carrés dans la maison.

L'énergie du vent

Nos ancêtres ont depuis longtemps appris à utiliser l'énergie éolienne pour leurs besoins. En principe, depuis lors, la conception n'a pas beaucoup changé. Seule la meule a été remplacée par une génératrice qui convertit l'énergie des pales en rotation en électricité.

Pour fabriquer un générateur, vous aurez besoin des pièces suivantes :

• Générateur. Certains utilisent le moteur de la machine à laver, transformant légèrement le rotor ;
• multiplicateur;
• batterie et son contrôleur de charge ;
• Transformateur de tension.

générateur de vent

Il existe de nombreux programmes pour les éoliennes artisanales. Tous sont complétés sur le même principe.

1. Le cadre est en cours d'assemblage.
2. Le pivot est installé. Des lames et un générateur sont montés derrière.
3. Montez une pelle latérale avec un coupleur à ressort.
4. Le générateur avec une hélice est fixé au châssis, puis il est installé sur le châssis.
5. Connectez et connectez à l'ensemble pivotant.
6. Installez le collecteur de courant. Connectez-le à un générateur. Les fils mènent à la batterie.

Conseils. Le nombre de pales dépendra du diamètre de l'hélice, ainsi que de la quantité d'électricité générée.

Les principaux types d'énergies alternatives

Récemment, de nombreuses options non traditionnelles pour obtenir de l'énergie ont été pratiquement essayées. Les statistiques indiquent que nous parlons encore de millièmes de pour cent de l'utilisation potentielle.

Les difficultés typiques auxquelles le développement des sources d'énergie alternatives se heurte inévitablement sur son chemin sont des lacunes complètes dans les lois de la plupart des pays concernant l'exploitation des ressources naturelles en tant que propriété de l'État. Le problème de la taxation inévitable des énergies alternatives est étroitement lié au manque d'élaboration juridique.

Considérez les 10 sources d'énergie alternatives les plus largement utilisées.

Vent

L'énergie éolienne a toujours été utilisée par l'homme. Le niveau de développement des technologies modernes nous permet de le rendre presque ininterrompu.

Dans le même temps, l'électricité est générée à l'aide d'éoliennes, semblables à des moulins, des appareils spéciaux. L'hélice d'une éolienne communique l'énergie cinétique du vent à un générateur qui produit du courant au moyen de pales rotatives.

Ces parcs éoliens sont particulièrement courants en Chine, en Inde, aux États-Unis et dans les pays d'Europe occidentale. Le leader incontesté dans ce domaine est le Danemark, qui est d'ailleurs un pionnier de l'énergie éolienne : les premières installations y sont apparues à la fin du XIXe siècle. Le Danemark ferme ainsi jusqu'à 25% de la demande totale d'électricité.

À la fin du XXe siècle, la Chine ne pouvait fournir de l'électricité aux régions montagneuses et désertiques qu'avec l'aide d'éoliennes.

L'utilisation de l'énergie éolienne est peut-être le moyen le plus avancé de production d'énergie. Il s'agit d'une variante idéale de la synthèse, dans laquelle énergie alternative et écologie se conjuguent. De nombreux pays développés du monde augmentent constamment la part de l'électricité ainsi produite dans leur bilan énergétique total.

Soleil

Des tentatives d'utilisation du rayonnement solaire pour générer de l'énergie ont également été faites depuis longtemps, à l'heure actuelle, c'est l'une des voies les plus prometteuses pour développer des énergies alternatives. Le fait même que le soleil à de nombreuses latitudes de la planète brille toute l'année, transférant à la Terre des dizaines de milliers de fois plus d'énergie que ce qui est consommé par toute l'humanité en un an, inspire l'utilisation active des stations solaires.

La plupart des plus grandes stations sont situées aux États-Unis, au total, l'énergie solaire est distribuée dans près d'une centaine de pays. Les photocellules (convertisseurs de rayonnement solaire) sont prises comme base, qui sont combinées dans des panneaux solaires à grande échelle.

Chaleur de la Terre

La chaleur des profondeurs de la terre est convertie en énergie et utilisée pour les besoins humains dans de nombreux pays du monde. L'énergie thermique est très efficace dans les zones d'activité volcanique, là où se trouvent de nombreux geysers.

Les leaders dans ce domaine sont l'Islande (la capitale du pays, Reykjavik, est entièrement alimentée en énergie géothermique), les Philippines (la part dans le bilan total est de 20%), le Mexique (4%) et les États-Unis (1%).

La limitation de l'utilisation de ce type de source est due à l'impossibilité de transporter l'énergie géothermique sur de longues distances (une source d'énergie typiquement locale).

En Russie, il existe encore une centrale de ce type (capacité - 11 MW) au Kamtchatka. Une nouvelle station est en construction au même endroit (capacité - 200 MW).

Les dix sources d'énergie les plus prometteuses dans un avenir proche comprennent :

• stations solaires basées dans l'espace (le principal inconvénient du projet est l'énorme coût financier);
• force musculaire d'une personne (demande, tout d'abord - microélectronique);
• le potentiel énergétique des flux et reflux (l'inconvénient est le coût élevé de la construction, les gigantesques fluctuations de puissance par jour) ;
• conteneurs de carburant (hydrogène) (nécessité de construire de nouvelles stations-service, coût élevé des voitures qui les ravitailleront);
• réacteurs nucléaires rapides (crayons de combustible immergés dans du Na liquide) - la technologie est extrêmement prometteuse (possibilité de réutiliser les déchets usés) ;
• biocarburant - déjà largement utilisé par les pays en développement (Inde, Chine), avantages - renouvelabilité, respect de l'environnement, inconvénient - utilisation des ressources, terres destinées à la production de cultures, marche du bétail (augmentation des prix, manque de nourriture);
• l'électricité atmosphérique (accumulation du potentiel énergétique de la foudre), le principal inconvénient est la mobilité des fronts atmosphériques, la vitesse des décharges (la complexité de l'accumulation).

Utilisation de l'énergie éolienne et solaire

Éoliennes dans les systèmes de chauffage

L'énergie éolienne cinétique est généralement utilisée pour alimenter les bâtiments, mais des modèles puissants dans des conditions proches de l'idéal peuvent fournir un chauffage au moins partiel.

Si vous ne tenez pas compte des coûts initiaux, l'électricité qui en résulte ne coûte rien au consommateur.

Il est très important que les ressources auxiliaires ne soient pas nécessaires au fonctionnement de l'éolienne, elles fonctionnent de manière autonome tout le temps. Ces unités, en tant que sources d'énergie auxiliaires, sont intégrées avec succès dans des systèmes où d'autres types d'appareils de chauffage sont les principaux. Ces unités, en tant que sources d'énergie auxiliaires, sont intégrées avec succès dans des systèmes où d'autres types d'appareils de chauffage sont les principaux.

Ces unités, en tant que sources d'énergie auxiliaires, sont intégrées avec succès dans des systèmes où d'autres types d'appareils de chauffage sont les principaux.

Il existe de nombreux types de modèles d'éoliennes, mais ils sont généralement divisés en deux grandes catégories :

1. Éoliennes horizontales à pales de type hélice. Ces unités sont plus productives (taux d'utilisation de l'énergie éolienne jusqu'à 52%), donc elles sont plus adaptées aux besoins de chauffage, mais elles ont un certain nombre de contraintes d'exploitation et de consommation.
2. Éoliennes à axe de rotation vertical. Ces turbines sont relativement peu puissantes (KIEV moins de 40%), mais elles ne nécessitent pas d'orientation au vent, elles peuvent utiliser non seulement des écoulements laminaires, mais aussi turbulents, elles commencent à générer du courant même à basse vitesse. Ils sont plus faciles à entretenir car le générateur est près du sol et non sur un mât dans une nacelle.

Voici quelques inconvénients de l'utilisation d'éoliennes pour le chauffage :

• Coûts d'investissement élevés. Plus de 70% des fonds sont dépensés pour des éléments auxiliaires: batteries, onduleur, automatisation du contrôle, structures d'installation. Les investissements ne rapportent qu'après plusieurs décennies.
• Faible efficacité - faible puissance. De plus, une partie de l'énergie est perdue lors du processus de conversion de l'électricité en chaleur.
• Le terrain nécessite la présence de vents constants à grande vitesse. L'énergie est instable, fortement dépendante de la météo et de la saison, nécessite une surveillance et une accumulation régulières.
• L'équipement prend beaucoup de place.
• Les éoliennes génèrent beaucoup de bruit pendant leur fonctionnement.

Les systèmes solaires effectuent un chauffage direct du liquide de refroidissement ou convertissent l'énergie par la méthode photovoltaïque.Dans la première option, les rayons du soleil chauffent l'eau / l'antigel (dans certains modèles - l'air), qui est transporté dans les locaux et dégage de la chaleur par les radiateurs. Dans le second cas, les photons de la lumière sont transformés en énergie électrique qui alimente les appareils de chauffage classiques alimentés à l'électricité (chaudières, radiateurs, planchers chauffants).

Ainsi, il existe deux types d'appareils :

• Collecteurs solaires. Le système se compose d'un circuit pour la circulation du liquide de refroidissement, d'un réservoir d'accumulation et du collecteur lui-même. Selon la conception, les collecteurs sont distingués: plats, sous vide et à air (l'air est utilisé comme liquide de refroidissement).
• Panneaux solaires. L'installation se compose de panneaux avec des photocellules, des contrôleurs et un onduleur. La batterie génère un courant continu de 24 ou 12 volts, qui est collecté dans des batteries et, après avoir été converti par un onduleur en courant alternatif (220 V), est fourni aux prises.

Les installations solaires présentent plusieurs inconvénients. Tout d'abord, la dépendance aux facteurs météorologiques et la cyclicité (saisonnière et journalière). Les batteries ont un faible rendement pour fournir une grande quantité d'énergie stable, elles doivent occuper une grande surface et être équipées de batteries rechargeables coûteuses, qu'il faut souvent changer. L'inconvénient des collecteurs est leur dépendance à l'électricité (pour le fonctionnement d'une pompe ou d'un ventilateur), ou, par exemple, le danger de gel du liquide de refroidissement.

L'énergie alternative à l'échelle mondiale

Les statistiques sur l'utilisation des AES dans le monde, semble-t-il, incitent à l'optimisme. Dans l'UE, la quantité d'électricité produite à partir de sources renouvelables en 2017 a dépassé celle reçue des centrales au charbon.En 2018, leur part par rapport aux autres ressources "sales" est passée de 30% à 32,3%.

En 2018, pour la première fois en 40 ans d'exploitation de centrales solaires et éoliennes, leur capacité globale a atteint 1 térawatt (1000 GW), selon un rapport de juillet. 90% des capacités ne sont apparues que dans les 10 dernières années.

Il y a trois problèmes principaux avec AIE :

1. Ils promeuvent leur utilisation de la politique, et le consommateur final paie l'énergie "verte" de sa propre poche. Les taxes indirectes sur l'introduction des SER constituent une part importante du tarif. Les critiques ont déclaré à plusieurs reprises que les subventions tarifaires de relance sont trop élevées et que les coûts provoqueront tôt ou tard une réaction négative des consommateurs.

1. De telles ressources ne peuvent être qualifiées de sûres que dans le contexte des sources traditionnelles de production d'électricité. Il s'est avéré que les éoliennes sont capables d'exterminer les insectes. La production de presque toutes ces installations est nocive pour l'environnement. Les panneaux solaires sont particulièrement "sales" en raison des émissions provenant de la production de silicium solaire.

1. Malgré le fait que la part des sources d'énergie renouvelables dans le "gâteau" énergétique mondial augmente, elles ne peuvent toujours pas rivaliser avec les sources traditionnelles. Il n'est pas rentable de les utiliser, l'équipement nécessite d'importantes dépenses en capital avec un rendement incomparablement faible, et donc, avec une réduction du soutien de l'État, la demande de SER chute immédiatement. Même la publication allemande faisant autorité Die Welt a admis que "le secteur des éoliennes est en pleine crise".

Conclusions et vidéo utile sur le sujet

Vidéo sur la combinaison de sources alternatives pour produire de l'électricité dans une petite maison de campagne :

Une vidéo sur la fabrication d'une éolienne de vos propres mains vous aidera à comprendre facilement les principes de l'appareil :

Petite vidéo sur l'utilisation d'une pompe à chaleur :

Clip vidéo sur l'obtention de biogaz :

Il est tout à fait possible de refuser les sources de chauffage traditionnelles. Pour ce faire, vous devez sélectionner soigneusement une alternative ou en combiner plusieurs, en fonction des caractéristiques de la région, de la superficie de votre maison de campagne et de la région.

L'énergie du soleil, de la terre, la puissance du vent, l'élimination des déchets ménagers d'origine végétale et animale sont tout à fait capables de remplacer dignement le gaz, le charbon, le bois de chauffage et l'électricité payante.

Utilisez-vous l'une des sources d'énergie alternatives à usage domestique ? Partagez combien cela vous a coûté d'assembler l'unité et à quelle vitesse cela a porté ses fruits.

Ou peut-être qu'un de vos amis a équipé sa maison de campagne avec des sources renouvelables ? Vous utilisez un système de panneaux solaires ou une pompe à chaleur comme source indépendante de chaleur, d'eau chaude et d'électricité ?