Как сделать электростанцию своими руками в домашних условиях: Солнечная электростанция на дом площадью 200 м² своими руками — Техника на vc.ru

Рукам
alexxlab

Содержание

Солнечная электростанция на дом площадью 200 м² своими руками — Техника на vc.ru

Частенько в сети проскакивают сообщения о борьбе за экологию, развитие альтернативных источников энергии. Иногда даже проводят репортажи о том, как в заброшенной деревне сделали солнечную электростанцию, чтобы местные жители могли пользоваться благами цивилизации не два-три часа в сутки, пока работает генератор, а постоянно.

92 326 просмотров

Но это всё как-то далеко от нашей жизни, поэтому я решил на своём примере показать и рассказать, как устроена и как работает солнечная электростанция для частного дома.

Расскажу обо всех этапах: от идеи до включения всех приборов, а также поделюсь опытом эксплуатации. Статья получится немаленькая, поэтому кто не любит много букв, может посмотреть ролик. Там я постарался рассказать то же самое, но будет видно, как я всё это сам собираю.

Исходные данные: частный дом площадью около 200 м² подключён к электросетям. Трёхфазный ввод, суммарной мощностью 15 кВт. В доме стандартный набор электроприборов: холодильник, телевизоры, компьютеры, стиральные и посудомоечные машинки и так далее.

Стабильностью электросеть не отличается: зафиксированный мною рекорд — отключение шесть дней подряд на период от двух до восьми часов.

Что хочется получить: забыть о перебоях электроэнергии и пользоваться электричеством, невзирая ни на что.

Какие могут быть бонусы: максимально использовать энергию солнца, чтобы дом приоритетно питался солнечной энергией, а недостаток добирал из сети. Как бонус — после принятия закона о продаже частными лицами электроэнергии в сеть начать компенсировать часть своих затрат, продавая излишки выработки в общую электросеть.

С чего начать

Всегда есть минимум два пути для решения любой задачи: учиться самому или поручить решение задачи кому-то другому. Первый вариант предполагает изучение теоретических материалов, чтение форумов, общение с владельцами солнечных электростанций, борьбу с внутренне жабой и, наконец, покупку оборудования, а после — установку.

Второй вариант: позвонить в специализированную фирму, где зададут много вопросов, подберут и продадут нужное оборудование, а могут и установить за отдельные деньги.

Я решил совместить эти два способа. Отчасти потому, что мне это интересно, а отчасти для того, чтобы не напороться на продавцов, которым надо просто заработать, продав не совсем то, что мне нужно. Теперь пришло время теории, чтобы понять, как я делал выбор.

На фото пример «освоения» денег на строительстве солнечной электростанции. Обратите внимание, солнечные панели установлены за деревом — так свет на них не попадает, и они просто не работают.

Типы солнечных электростанций

Сразу отмечу, что говорить я буду не о промышленных решениях и не о сверхмощных системах, а об обычной потребительской солнечной электростанции для небольшого дома. Я не олигарх, чтобы разбрасываться деньгами, но я придерживаюсь принципа достаточной разумности.

То есть я не хочу греть бассейн «солнечным» электричеством или заряжать электромобиль, которого у меня нет, но я хочу, чтобы в моём доме все приборы постоянно работали, без оглядки на электросети.

Теперь расскажу про типы солнечных электростанций для частного дома. По большому счёту, их всего три, но бывают вариации. Расположу по росту стоимости каждой системы.

Сетевая солнечная электростанция — этот тип электростанции сочетает в себе невысокую стоимость и максимальную простоту эксплуатации. Состоит всего из двух элементов: солнечных панелей и сетевого инвертора. Электричество от солнечных панелей напрямую преобразуется в 220 В или 380 В в доме и потребляется домашними энергосистемами.

Но есть существенный недостаток: для работы ССЭ необходима опорная сеть. В случае отключения внешней электросети солнечные батареи превратятся в «тыкву» и перестанут выдавать электричество, так как для функционирования сетевого инвертора нужна опорная сеть, то есть само наличие электричества.

Кроме того, со сложившейся инфраструктурой электросети работа сетевого инвертора не очень выгодна. Пример: у вас солнечная электростанция на 3 кВт, а дом потребляет 1 кВт. Излишки будут «перетекать» в сеть, а обычные счётчики считают энергию «по модулю», то есть отданную в сеть энергию счётчик посчитает как потреблённую, и за неё ещё придётся заплатить.

Тут логично подходит вопрос: куда девать лишнюю энергию и как этого избежать? Переходим ко второму типу солнечных электростанций.

Гибридная солнечная электростанция — этот тип электростанции сочетает в себе достоинства сетевой и автономной электростанций. Состоит из четырёх элементов: солнечные панели, солнечный контроллер, аккумуляторы и гибридный инвертор.

Основа всего — гибридный инвертор, который способен в потребляемую от внешней сети энергию подмешивать энергию, выработанную солнечными панелями. Более того, хорошие инверторы имеют возможность настройки приоритизации потребляемой энергии.

В идеале дом должен потреблять сначала энергию от солнечных панелей и только при её недостатке — добирать из внешней сети. В случае исчезновения внешней сети инвертор переходит в автономную работу и пользуется энергией от солнечных панелей и энергией, запасённой в аккумуляторах.

Таким образом, даже если электроэнергию отключат на продолжительное время и будет пасмурный день (или электричество отключат ночью), в доме всё будет функционировать. Но что делать, если электричества нет вообще, а жить как-то надо? Тут я перехожу к третьему типу электростанции.

Автономная солнечная электростанция — этот тип электростанции позволяет жить полностью независимо от внешних электросетей. Она может включать в себя больше четырёх стандартных элементов: солнечные панели, солнечный контроллер, АКБ, инвертор.

Дополнительно к этому, а иногда вместо солнечных панелей, может быть установлена гидроэлектростанция малой мощности, ветряная электростанция, генератор (дизельный, газовый или бензиновый). Как правило, на таких объектах присутствует генератор, поскольку может не быть солнца и ветра, а запас энергии в аккумуляторах не бесконечен — в этом случае генератор запускается и обеспечивает энергией весь объект, попутно заряжая АКБ.

Такая электростанция легко трансформируется в гибридную при подключении внешней электросети, если инвертор обладает этими функциями. Основное отличие автономного инвертора от гибридного — это то, что он не умеет подмешивать энергию от солнечных панелей к энергии из внешней сети.

При этом гибридный инвертор, наоборот, умеет работать в качестве автономного, если внешняя сеть будет отключена. Как правило, гибридные инверторы соразмерны по цене с полностью автономными, а если и отличаются, то несущественно.

Что такое солнечный контроллер

Во всех типах солнечных электростанций присутствует солнечный контроллер. Даже в сетевой солнечной электростанции он есть, просто входит в состав сетевого инвертора. Да и многие гибридные инверторы выпускаются с солнечными контроллерами на борту.

Что же это такое и для чего он нужен? Буду говорить о гибридной и автономной солнечных электростанциях, поскольку это как раз мой случай, а с устройством сетевого инвертора могу ознакомить детальнее в комментариях, если будут вопросы.

Солнечный контроллер — это устройство, которое полученную от солнечных панелей энергию преобразует в перевариваемую инвертором энергию. Например, солнечные панели изготавливаются с напряжением кратно 12 В. И АКБ изготавливаются кратно 12 В, так уж повелось.

Простые системы на 1–2 кВт мощности работают от 12 В. Производительные системы на 2–3 кВт уже функционируют от 24 В, а мощные системы на 4–5 кВт и более работают на 48 В. Сейчас я буду рассматривать только «домашние» системы, потому что знаю, что есть инверторы, работающие на напряжениях в несколько сотен вольт, но для дома это уже опасно.

Итак, допустим, у нас есть система на 48 В и солнечные панели на 36 В (панель собрана кратно 3 х 12 В). Как получить искомые 48 В для работы инвертора? Конечно, к инвертору подключаются АКБ на 48 В, а к этим аккумуляторам подключается солнечный контроллер с одной стороны и солнечные панели с другой.

Солнечные панели собираются на заведомо большее напряжение, чтобы суметь зарядить АКБ. Солнечный контроллер, получая заведомо большее напряжение с солнечных панелей, трансформирует это напряжение до нужной величины и передаёт в АКБ. Это упрощённо.

Есть контроллеры, которые могут со 150–200 В от солнечных панелей понижать до 12 В аккумуляторов, но тут протекают очень большие токи, и контроллер работает с худшим КПД. Идеальный случай, когда напряжение с солнечных панелей вдвое больше напряжения на АКБ.

Солнечных контроллеров существует два типа: PWM (ШИМ — широтно-импульсная модуляция) и MPPT (Maximum Power Point Tracking — отслеживание точки максимальной мощности).

Принципиальная разница между ними в том, что ШИМ-контроллер может работать только со сборками панелей, не превышающими напряжения АКБ. MPPT-контроллер может работать с заметным превышением напряжения относительно АКБ. Кроме того, MPPT-контроллеры обладают заметно большим КПД, но и стоят дороже.

Как выбрать солнечные панели

На первый взгляд, все солнечные панели одинаковы: ячейки солнечных элементов соединены между собой шинками, а на задней стороне есть два провода: плюс и минус.

Но есть в этом деле масса нюансов. Солнечные панели бывают из разных элементов: аморфных, поликристаллических, монокристаллических. Я не буду агитировать за тот или иной тип элементов. Скажу просто, что сам предпочитаю монокристаллические солнечные панели.

Но и это не всё. Каждая солнечная батарея — это четырёхслойный пирог: стекло, прозрачная EVA-плёнка, солнечный элемент, герметизирующая плёнка. И вот тут каждый этап крайне важен.

Стекло подходит не любое, а со специальной фактурой, которое снижает отражение света и преломляет падающий под углом свет таким образом, чтобы элементы были максимально освещены, ведь от количества света зависит количество выработанной энергии.

От прозрачности EVA-плёнки зависит, сколько энергии попадёт на элемент и сколько энергии выработает панель. Если плёнка окажется бракованной и со временем помутнеет, то и выработка заметно упадёт.

Далее идут сами элементы, и они распределяются по типам в зависимости от качества: Grade A, B, C, D и далее. Конечно, лучше иметь элементы качества А и хорошую пайку, ведь при плохом контакте элемент будет греться и быстрее выйдет из строя.

Ну и финишная плёнка должна также быть качественной и обеспечивать хорошую герметизацию. В случае разгерметизации панелей очень быстро на элементы попадёт влага, начнётся коррозия, и панель выйдет из строя.

Как правильно выбрать солнечную панель? Основной производитель для нашей страны — это Китай, хотя на рынке присутствуют и Российские производители. Есть масса OEM-заводов, которые наклеят любой заказанный шильдик и отправят панели заказчику.

А есть заводы, которые обеспечивают полный цикл производства и способны проконтролировать качество продукции на всех этапах производства. Как узнать о таких заводах и брендах? Есть пара авторитетных лабораторий, которые проводят независимые испытания солнечных панелей и открыто публикуют результаты этих испытаний.

Перед покупкой вы можете вбить название и модель солнечной панели и узнать, насколько солнечная панель соответствует заявленным характеристикам. Первая лаборатория — это Калифорнийская энергетическая комиссия, а вторая лаборатория европейская — TUV.

Если производителя панелей в этих списках нет, то стоит задуматься о качестве. Это не значит, что панель плохая. Просто бренд может быть OEM, а завод-производитель выпускает и другие панели. В любом случае присутствие в списках этих лабораторий уже свидетельствует о том, что вы покупаете солнечные батареи не у производителя-однодневки.

Мой выбор солнечной электростанции

Перед покупкой стоит очертить круг задач, которые ставятся перед солнечной электростанцией, чтобы не заплатить за ненужное и не переплатить за неиспользуемое. Тут я перейду к практике, как и что делал я сам.

Цель и исходные: в деревне периодически отключают электроэнергию на период от получаса до восьми часов. Возможны отключения как раз в месяц, так и подряд несколько дней. Задача: обеспечить дом электроснабжением в круглосуточном режиме с некоторым ограничением потребления на период отключения внешней сети.

При этом основные системы безопасности и жизнеобеспечения должны функционировать, то есть: должны работать насосная станция, система видеонаблюдения и сигнализации, роутер, сервер и вся сетевая инфраструктура, освещение и компьютеры, холодильник.

Вторично: телевизоры, развлекательные системы, электроинструмент (газонокосилка, триммер, насос для полива огорода). Можно отключить: бойлер, электрочайник, утюг и прочие греющие и много потребляющие устройства, работа которых сиюминутно не важна. Чайник можно вскипятить на газовой плите, а погладить позже.

Как правило, солнечную электростанцию можно купить в одном месте. Продавцы солнечных панелей продают всё сопутствующее оборудование, поэтому я начал поиск, отталкиваясь от солнечных батарей.

Один из солидных брендов — TopRay Solar. О нём есть хорошие отзывы и реальный опыт эксплуатации в России, в частности, в Краснодарском крае, где знают толк в солнце. В РФ есть официальный дистрибьютор и дилеры по регионам, на вышеозначенных сайтах с лабораториями для проверки солнечных панелей этот бренд присутствует, и далеко не на последних местах, то есть можно брать.

Кроме того, фирма-продавец солнечных панелей TopRay также занимается собственным производством контроллеров и электроники для дорожной инфраструктуры: системы управления трафиком, светодиодные светофоры, мигающие знаки, солнечные контроллеры и прочее. Ради любопытства даже напросился на их производство — вполне технологично и даже есть девушки, которые знают, с какой стороны подходить к паяльнику. Бывает же!

Со своим списком хотелок я обратился к ним и попросил собрать мне пару комплектаций: подороже и подешевле для моего дома. Мне задали ряд уточняющих вопросов насчёт резервируемой мощности, наличия потребителей, максимальной и постоянной потребляемой мощности.

Последнее вообще оказалось для меня неожиданным: дом в режиме энергосбережения, когда работают только системы видеонаблюдения, охраны, связь с инетом и сетевая инфраструктура, потребляет 300–350 Вт. То есть даже если дома никто не пользуется электричеством, на внутренние нужды уходит до 215 кВт⋅ч в месяц.

Вот тут и задумаешься над проведением энергетического аудита. И начнёшь выключать из розеток зарядки, телевизоры и приставки, которые в режиме ожидания потребляют по чуть-чуть, а набегает прилично.

Не буду томить, остановился я на более дешёвой системе, так как зачастую до половины суммы за электростанцию может занимать стоимость аккумуляторов. Список оборудования получился следующим:

Дополнительно мне предложили купить профессиональную систему крепления солнечных панелей на крышу, но я, посмотрев фотографии, решил обойтись самодельными креплениями и тоже сэкономить.

Но я решил собирать систему сам и не жалел сил и времени, а монтажники работают с этими системами постоянно и гарантируют быстрый и качественный результат. Так что решайте сами: с заводскими креплениями работать гораздо приятнее и проще, а моё решение просто дешевле.

Что даёт солнечная электростанция

Этот комплект может выдать до 5 кВт мощности в автономном режиме — именно такой мощности я выбрал однофазный инвертор. Если докупить такой же инвертор и модуль сопряжения к нему, то можно нарастить мощность до 5 кВт + 5 кВт = 10 кВт на фазу. Или можно сделать трёхфазную систему, но я пока довольствуюсь и этим.

Инвертор высокочастотный, а потому достаточно лёгкий (около 15 кг) и занимает немного места — легко монтируется на стену. В него уже встроено 2 MPPT-контроллера мощностью 2,5 кВт каждый, то есть я могу добавить ещё столько же панелей без покупки дополнительного оборудования.

Солнечных панелей у меня на 2520 Вт по шильдику, но из-за неоптимального угла установки они выдают меньше — максимум я видел 2400 Вт. Оптимальный угол — это перпендикулярно солнцу, что в наших широтах составляет примерно 45 градусов к горизонту. У меня панели установлены под 30 градусов.

Сборка АКБ составляет 100 А⋅ч 48 В, то есть запасено 4,8 кВт⋅ч, но забирать энергию полностью крайне нежелательно, поскольку тогда их ресурс заметно сокращается. Желательно разряжать такие АКБ не более чем на 50%. Это литий-железофосфатные или литий-титанатные можно заряжать и разряжать глубоко и большими токами, а свинцово-кислотные, будь то жидкостные, гелевые или AGM, лучше не насиловать.

Итак, у меня есть половина ёмкости, а это 2,4 кВт⋅ч, то есть около восьми часов в полностью автономном режиме без солнца. Этого хватит на ночь работы всех систем, и ещё останется половина ёмкости АКБ на аварийный режим.

Утром уже встанет солнце и начнёт заряжать АКБ, параллельно обеспечивая дом энергией. То есть дом может функционировать и автономно в таком режиме, если снизить энергопотребление и погода будет хорошей. Для полной автономии можно было бы добавить ещё аккумуляторов и генератор. Ведь зимой солнца совсем мало, и без генератора будет не обойтись.

Начинаю собирать

Перед покупкой и сборкой необходимо просчитать всю систему, чтобы не ошибиться с расположением всех систем и прокладкой кабелей. От солнечных панелей до инвертора у меня около 25–30 метров, и я заранее проложил два гибких провода сечением 6 мм², так как по ним будет передаваться напряжение до 100 В и ток 25–30 А.

Такой запас по сечению был выбран, чтобы минимизировать потери на проводе и максимально доставить энергию до приборов. Сами солнечные панели я монтировал на самодельные направляющие из алюминиевых уголков и притягивал их самодельными же креплениями.

Чтобы панель не сползала вниз, на алюминиевом уголке напротив каждой панели смотрит вверх пара 30 мм болтов, они — своеобразный «крючок» для панелей. После монтажа их не видно, но они продолжают нести нагрузку.

Солнечные панели были собраны в три блока по три панели в каждом. В блоках панели подключаются последовательно — так напряжение удалось поднять до 115 В без нагрузки и снизить ток, а значит, можно выбрать провода меньшего сечения.

Блоки между собой подключены параллельно специальными коннекторами, обеспечивающими хороший контакт и герметичность соединения — называются MC4. Их же я использовал для подключения проводов к солнечному контроллеру, так как они обеспечивают надёжный контакт и быстрое замыкание и размыкание цепи для обслуживания.

Далее переходим к монтажу в доме. АКБ предварительно заряжены «умной» автомобильной зарядкой, чтобы выровнять напряжение, и подключены последовательно для обеспечения напряжения 48В. Далее они подключены к инвертору кабелем с сечением 25 мм².

Кстати, во время первого подключения АКБ к инвертору будет заметная искра на контактах. Если вы не спутали полярность, то всё нормально — в инверторе установлены довольно ёмкие конденсаторы, и они начинают заряжаться в момент подключения к аккумуляторам.

Максимальная мощность инвертора — 5000 Вт, а значит, ток, который может проходить по проводу от АКБ, будет составлять 100–110 А. Выбранного кабеля хватает для безопасной эксплуатации. После подключения АКБ можно подключать внешнюю сеть и нагрузку дома. К клеммным колодкам цепляются провода: фаза, ноль, заземление. Тут всё просто и наглядно, но если для вас починить розетку небезопасно, то подключение этой системы лучше доверить опытным электромонтажникам.

Ну и последним элементом подключаю солнечные панели: тут тоже надо быть внимательным и не перепутать полярность. При мощности в 2,5 кВт и неправильном подключении солнечный контроллер сгорит моментально. Да что там говорить: при такой мощности от солнечных панелей можно заниматься сваркой напрямую, без сварочного инвертора.

Здоровья это солнечным панелям не добавит, но мощь солнца действительно велика. Так как я дополнительно использую разъемы MC4, перепутать полярность просто невозможно при первоначальном правильном монтаже.

Всё подключено, один щелчок выключателя — и инвертор переходит в режим настройки: тут надо выставить тип АКБ, режим работы, зарядные токи и прочее. Для этого есть вполне понятная инструкция, и если вы можете справиться с настройкой роутера, то настройка инвертора тоже не будет очень сложной. Надо только знать параметры АКБ и правильно их настроить, чтобы они прослужили как можно дольше. После этого, хм. После этого наступает самое интересное.

Эксплуатация гибридной солнечной электростанции

После запуска солнечной электростанции я и моя семья пересмотрели многие привычки. Например, если раньше стирка или посудомоечная машина запускались после 23 часов, когда работал ночной тариф в электросетях, то теперь эти энергозатратные работы перенесены на день, потому что стиралка потребляет 500–2100 Вт во время работы, посудомоечная машина потребляет 400–2100 Вт.

Почему такой разброс? Потому что насосы и моторы потребляют немного, а вот нагреватели воды крайне прожорливы. Гладить оказалось тоже «выгоднее» и приятнее днём: в комнате гораздо светлее, а энергия солнца полностью покрывает потребление утюга.

На скриншоте продемонстрирован график выработки энергии солнечной электростанцией. Хорошо виден утренний пик, когда работала стиральная машинка и потребляла много энергии — эта энергия была выработана солнечными панелями.

Первые дни я по несколько раз подходил к инвертору, чтобы взглянуть на экран выработки и потребления. После поставил утилиту на домашний сервер, который в реальном времени отображает режим работы инвертора и все параметры электросети. К примеру, на скриншоте видно, что дом потребляет больше 2 кВт энергии (пункт AC output active power) и вся эта энергия заимствуется от солнечных батарей (пункт PV1 input power).

То есть инвертор, работая в гибридном режиме с приоритетом питания от солнца, полностью покрывает энергопотребление приборов за счёт солнца. Это ли не счастье? Каждый день в таблице появлялся новый столбик выработки энергии, и это не могло не радовать. А когда во всей деревне отключили электричество, я узнал об этом только по писку инвертора, который оповещал о работе в автономном режиме. Для всего дома это означало только одно: живём, как прежде, пока соседи ходят за водой с вёдрами.

Но есть в наличии дома солнечной электростанции и нюансы:

1. Я начал замечать, что птицы любят солнечные панели и, пролетая над ними, не могут сдержаться от счастья наличия технологичного оборудования в деревне. То есть иногда всё же солнечные панели надо мыть от следов и пыли. Думаю, что при установке под 45 градусов все следы просто смывались бы дождями.

Выработка от нескольких птичьих следов вообще не падает, но если затенена часть панели, то падение выработки становится ощутимым. Это я заметил, когда солнце пошло к закату и тень от крыши начала накрывать панели одну за другой. То есть лучше располагать панели вдали от всех конструкций, способных их затенить. Но даже вечером, при рассеянном свете, панели выдавали несколько сотен ватт.

2. При большой мощности солнечных панелей и подкачке от 700 Ватт и более инвертор включает вентиляторы активнее, и их становится слышно, если дверь в техническое помещение открыта. Тут либо закрывать дверь, либо крепить инвертор на стену через демпфирующие прокладки. В принципе ничего неожиданного: любая электроника греется при работе. Просто надо учитывать, что инвертор не стоит вешать там, где он может мешать звуком своей работы.

3. Фирменное приложение умеет отправлять оповещения по электронной почте или в SMS, если произошло какое-либо событие: включение и отключение внешней сети, разряд АКБ и подобное. Вот только приложение работает по незащищённому 25 порту SMTP, а все современные почтовые сервисы вроде Gmail или Mail.ru работают по защищённому порту 465. То есть сейчас фактически оповещения по почте не приходят, а хотелось бы.

Не сказать, что эти пункты как-то огорчают, ведь всегда надо стремиться к совершенству, но имеющаяся энергонезависимость того стоит.

Заключение

Полагаю, что это не последний мой рассказ о собственной солнечной электростанции. Опыт эксплуатации в различных режимах и в разное время года однозначно будет отличаться, но я точно знаю, что даже если в Новый год отключат электричество, в моём доме будет светло. По результатам эксплуатации установленной солнечной электростанции могу отметить, что оно того стоило.

Несколько отключений внешней сети прошли незаметно. О нескольких я узнал только по звонкам соседей с вопросом «У тебя тоже нет света?». Бегущие числа выработки электричества безмерно радуют, а возможность убрать от компа UPS, зная, что даже при отключении электроэнергии всё продолжит работать, — это приятно.

А когда у нас наконец-то примут закон о возможности продажи электроэнергии частными лицами в сеть, я первый подам заявку на эту функцию, ведь в инверторе достаточно изменить один пункт и всю выработанную, но не потребленную домом энергию, я буду продавать в сеть и получать за это деньги.

В общем, это оказалось довольно просто, эффективно и удобно. Готов ответить на ваши вопросы и выдержать натиск критиков, убеждающих всех, что в наших широтах солнечная электростанция — это игрушка.

Электростанция своими руками, видео — Ремонт220

Автор Фома Бахтин На чтение 4 мин. Просмотров 3.1k. Опубликовано Обновлено

В условиях удаленности от централизованной системы электроснабжения (на даче, за городом) необходимость в поиске подходящего источника электрической энергии приводит к рассмотрению вариантов постройки электростанции своими руками. Чаще всего при этом рассматриваются проекты экологических электростанций, источником энергии которых являются природные факторы. К таким электростанциям относят ветряные, солнечные и водяные. Предлагаемые в продаже подобные агрегаты, как правило, имеют слишком высокую стоимость и не всегда удовлетворяют требованиям конкретной ситуации со стороны потребителей электроэнергии.

Немаловажным минусом покупных электростанций является необходимость единовременно затратить довольно значительные денежные средства, что не всегда реализуемо. В то же время электростанция своими руками – это проект, который можно создавать постепенно, затраты на него растягиваются во времени, а результат от ее работы можно ощутить с проверкой на практических примерах. Важно понимать, что каким бы ни был источник энергии (солнце, ветер или вода), самодельная электростанция в любом случае должна иметь в своем составе аккумуляторный накопитель электрической энергии и электронную систему, управляющую работой электроэнергетического комплекса.

Ветряная электростанция для дома своими руками

Для того, чтобы создать ветряную электростанцию своими руками, необходимо сконструировать ветродвигательную установку, присоединить к ней электрический генератор и подключить его выход к системе управления накоплением и расходованием электроэнергии. В качестве ветродвигательной установки чаще всего рассматривают варианты с горизонтальным и вертикальным вращением ротора ветряной электростанции. Конструктивно вариант вертикальной оси вращения ротора представляется более реализуемым из-за простоты конструкции. Она представляет собой вал, на котором крепятся параллельные ему лопасти.

Каждая лопасть – это кусок листового материала (сталь, дюралюминий, многослойная лакированная фанера и т.п.), изогнутый по дуге так, что бы получилось подобие крыла. Оно имеет прямоугольную форму и крепится к валу длинной стороной параллельно оси его вращения. На валу может быть несколько таких лопастей. В более сложных конструкциях ветровых электростанций предусматривается механизм изменения углового положения лопастей. Это позволяет регулировать воздушное сопротивление агрегата и минимизировать его в случае возникновения слишком сильного ветра (чтобы избежать разрушения конструкции).

 

Солнечная электростанция для дома своими руками

Конструкция самодельньной солнечной электростанции, построенной своими руками, представляет собой сочетание самодельной солнечной батареи и системы накопления и расходования электроэнергии. В такой электростанции наиболее дорогостоящей частью является набор солнечных элементов, которые необходимо поместить в защитный поддон. После соединения солнечной панели с аккумулирующей системой остается правильно установить и ориентировать фотопанели.

В некоторых конструкциях солнечных панелей для этого предусматриваются специальные стойки, позволяющие регулировать угол наклона панели и фиксировать азимутальную ее ориентацию. Это позволяет обеспечить максимальность количества получаемой электроэнергии в зависимости от положения солнца.

Водяная электростанция своими руками

Безусловным достоинством водной самодельной электростанции как на видео является независимость выработки ею электроэнергии от наличия благоприятных природных погодных факторов – ветра и солнца. Вода в реке или ручье течет круглые сутки, а в некоторых местах – в течение всего года. Соответственно получение электроэнергии имеет более стабильный характер, определяемый, главным образом, перепадом высоты воды. Впрочем, это не избавляет от необходимости включения в состав водной электростанции системы накопления вырабатываемой электроэнергии, компенсирующей изменения величины потребляемого тока (днем он может быть больше, а ночью – меньше).

БКак и в варианте ветряного энергоагрегата, в состав гидроэлектростанции входит лопастная установка, электрогенератор и конструкция, объединяющая все эти устройства в одну систему. В качестве электрогенератора можно использовать соответствующий узел от легкового или грузового автомобиля в комплексе с его электрической обвязкой.

Мы искренне надеемся, что наша статья с видео помогла вам ответить на вопрос, как сделать домашнюю электростанцию своими руками.

✅Бюджетная мощная Солнечная Электростанция из доступных элементов своими руками


Домашняя электростанция своими руками. Часть 1.


Как сделать генератор переменного тока 220в своими руками в домашних условиях

Генератор является устройством, который производит продукты, вырабатывающие электрическую энергию либо преобразующую ее в другую. Что собой представляет устройство, как сделать генератор, каков принцип его работы, в чем отличие от синхронного генератора? Об этом расскажем далее.

Устройство и принцип работы

Генератором называется электромашина, которая занимается преобразованием механической энергии в токовую электроэнергию. В большинстве случаев используется для этого вращательный тип магнитного поля. Состоит аппарат из реле, вращающегося индуктора, контактных колец, терминала, скользящей щетки, диодного моста, диодов, токосъемного кольца, статора, ротора, подшипников, роторного вала, шкива, крыльчатки и передней крышки. Нередко в конструкцию входит виток с электромагнитом, который осуществляет выработку энергии.

Генератор своими руками

Важно отметить, что генератор бывает переменного и постоянного тока. В первом случае не образовываются вихревые токи, работать аппарат может при экстремальных условиях и обладает пониженным весом. Во втором случае генератор не нуждается в повышенном внимании и имеет большее количество ресурсов.

Бывает генератор переменного тока синхронным и асинхронным. Первый это агрегат, который работает как генератор, где количество совершаемых вращений статора равно ротору. Ротор формирует магнитное поле и создает в статоре ЭДС.

Обратите внимание! В результате создается постоянный электрический магнит. Из преимуществ отмечают высокую стабильность создаваемого напряжения, из недостатков — токовую перегрузку, поскольку при завышенной нагрузке, регулятор повышает ток в роторной обмотке.

Устройство синхронного аппарата

Асинхронный аппарат состоит из короткозамкнутого ротора и точно такого же статора, как и предыдущей модели. В момент вращения ротора асинхронный генератор индуцирует электроток и магнитное поле создает синусоидальное напряжения. Поскольку он не имеет связи с ротором, то возможности в том, чтобы искусственно регулировать напряжение и ток, нет. Эти параметры изменяются под электрической нагрузкой на стартерной обмотки.

Устройство асинхронного аппарата

Принцип действия

Любой генератор действует по электромагнитному индуктивному закону, благодаря наводке электротока в замкнутой рамке пересечением вращающегося магнитного поля, создаваемое с помощью постоянных магнитов или обмоток. Электродвижущая сила попадает в замкнутый контур из коллектора и щеточного узла вместе с магнитным потоком, вращается ротор и вырабатывает напряжение. Благодаря подпружиненным щеткам, которые прижимаются к пластинчатым коллекторам, передается электроток к выходным клеммам. Далее он идет в сеть пользователя и распространяется по электрооборудованию.

Принцип работы

Отличие от синхронного генератора

Синхронный бензиновый генератор не перегружается из-за переходных режимов, которые связаны с пуском под нагрузкой из потребителей подобной мощности. Он является источником реактивной мощности, в то время как асинхронный ее потребляет. Первый не боится перегрузок при поставленном режиме благодаря системе авторегулирования через связь, которая обратна току с напряжением в проводе. Второй имеет нерегулируемую искусственно силу сцепления электромагнитного роторного поля.

Обратите внимание! Важно понимать, что асинхронная разновидность более популярна благодаря простой конструкции, неприхотливости, отсутствию надобности в техническом квалифицированном обслуживании и сравнительной дешевизне. Он ставится тогда, когда: нет высоких требований к частоте с напряжением; предполагается работать агрегату в запыленном месте; нет возможности переплачивать за другую разновидность.

Синхронная разновидность

Область применения

Генератор переменного тока — многофункциональный аппарат, благодаря которому энергию можно передавать на большие расстояния и при этом быстро ее перераспределять. Кроме того, она превращается в световую, тепловую, механическую и другую энергию по инструкции. Прост в изготовлении. Поэтому область их применения обширна. Сегодня используются такие устройства везде: как в промышленности, так и в условиях быта. Ими оснащается мощный мотор.

К примеру, электро и ветрогенератор будет полезен в то время, когда будет отключена сеть вольт, произойдет авария на электростанции, нужна будет дополнительная энергия в двигателе.

Бензиновый и магнитный генератор, благодаря небольшому весу и компактности, можно транспортировать и использовать в сельском хозяйстве, на даче, в лесу. Он послужит оборудованием быстрого реагирования и поможет создать аварийное освещение.

Область применения

Классификация прибора

Классификация прибора обширная. Сегодня он бывает асинхронным и синхронным, с неподвижным ротором или статором, однофазным, двухфазным и трехфазным, с независимым или самостоятельным возбуждением, с обмотками возбуждения или возбуждением от постоянно действующего магнита.

Обратите внимание! Стоит отметить, что на данный момент пользуются большей популярностью трехфазные модели благодаря вращающемуся круговому магнитному полю, уравновешенности системы, работы в нескольких режимах и высоких уровнях коэффициента полезного действия.

Классификация оборудования

Схема сборки устройства

Собрать электро генераторы на 220 своими руками можно по аналогии с производственной моделью. Для этого могут понадобиться видеоуроки или учебные пособия. Затем нужно правильно подключать все приборы одной системы. Сделать это можно по схеме звезда или треугольник.

В первом случае электросоединение происходит для всех концов обмоток одной точки, а во втором случае предусматривается последовательный тип обмоточных генераторных соединений. Важно отметить, что эти схемы можно использовать лишь в том случае, если нагрузка фаз равномерная. Тогда тема, как сделать генератор в домашних условиях, будет актуальной.

Схема подключения звезда

В целом, генератором называется устройство, превращающее механическую энергию в электрическую при помощи проволочной разновидности катушки магнитного поля. По количеству фаз агрегаты бывают с одной, двумя и тремя фазами.

Схема подключения треугольник

Сделать его сегодня можно своими руками, используя специальную схему, указанную выше.

Генератор своими руками — инструкция, как сделать простой электрический генератор в домашних условиях

Электрогенераторы – это дополнительный источник энергии для дома. В случае большой удаленности основных электросетей он вполне может их заменить. Частые перебои электроэнергии вынуждают устанавливать генераторы переменного тока.

Стоят они не дешево, есть ли смысл тратить более 10 000 т.р. за устройство, если можно сделать генератор из электродвигателя самому? Разумеется, для этого пригодятся некоторые навыки электротехника, и инструменты. Главное не придется тратить деньги.

Можно собрать простой генератор своими руками, он будет актуален в том случае, если нужно покрыть временную недостачу электроэнергии. Для более серьезных дел он не пригоден, так как не обладает достаточной функциональностью и надежностью.

Естественно, в процессе ручной сборки есть немало трудностей. Требуемые детали и инструменты могут отсутствовать. Неимение опыта и навыков в подобных работах может наводить страх. Но сильное желание будет являться главным стимулом, и поможет преодолеть все трудоемкие процедуры.

Краткое содержимое статьи:

Реализация генератора и принцип его работы

Благодаря электромагнитной индукции в генераторе образуется электрический ток. Это происходит потому, что обмотка движется в искусственно созданном магнитном поле. В этом и есть принцип работы электрогенератора.

Движение генератору придает двигатель внутреннего сгорания малой мощности. Он может работать на бензине, газу или дизельном топливе.


В устройстве электрогенератора имеется ротор и статор. Магнитное поле создается при помощи ротора. На нем крепятся магниты. Статор является неподвижной частью генератора, и состоит из специальных стальных пластин и катушки. Между ротором и статором есть маленький зазор.

Есть два типа электрогенератора. Первый имеет синхронное вращение ротора. У него сложная конструкция, и низкий КПД. Во втором типе ротор вращается асинхронно. По принципу действия – он прост.

Асинхронные двигатели теряют минимум энергии, тогда как в синхронных генераторах показатель потерь доходит до 11%. Поэтому электродвигатели с асинхронным вращением ротора пользуются большой популярностью в бытовых приборах, и на различных заводах.

В процессе работы могут возникать перепады напряжения, они губительно сказываются на бытовых приборах. Для этого на выходных концах стоит выпрямитель.

Асинхронный генератор прост в техническом обслуживании. Его корпус надежен и герметичен. Можно не бояться за бытовые приборы, имеющие омическую нагрузку, и чувствительные к перепадам напряжения. Высокое КПД, и продолжительный период эксплуатации, делают устройство востребованным, к тому же его можно собрать самостоятельно.

Что понадобится для сборки генератора? Во-первых, нужно подобрать подходящий электродвигатель. Его можно взять от стиральной машинки. Самостоятельно делать статор не стоит, лучше воспользоваться готовым решением, где есть обмотки.

Стоит сразу запастись достаточным количество медных проводов, и изолирующими материалами. Так как любой генератор будет производить скачки напряжения, то понадобится выпрямитель.

По инструкции для генератора своими руками требуется сделать расчет мощности. Чтобы будущее устройство выдавало необходимую мощность, ему нужно дать число оборотов чуть больше номинальной мощности.


Воспользуемся тахометром и включим двигатель в сеть, так можно узнать скорость вращения ротора. К полученной величине нужно прибавить 10%, это позволит не доводить двигатель до перегрева.

Поддерживать необходимый уровень напряжения помогут конденсаторы. Они подбираются в зависимости от генератора. Например, для мощности в 2 кВт потребуется емкость конденсаторов в 60 мкФ. Таких деталей нужно 3шт с одинаковой емкостью. Чтобы устройство получилось безопасным, его нужно заземлить.

Процесс сборки

Тут все просто! К электродвигателю подключаются конденсаторы по схеме «треугольник». В процессе работы периодически нужно проверять температуру корпуса. Его нагрев может происходить из-за неправильно подобранных емкостей конденсатора.

За самодельным генератором, не обладающим автоматикой, нужно постоянно следить. Возникающий со временем нагрев будет понижать КПД. Тогда устройству нужно дать время для охлаждения. Время от времени следует замерять напряжение, число оборотов, и силу тока.

Неправильно рассчитанные характеристики не способны придать оборудованию необходимую мощность. Поэтому перед началом сборки, следует провести чертежные работы, и запастись схемами.

Вполне возможно, что самодельное устройство будут сопровождать частые поломки. Не стоит этому удивляться, так как герметичного монтажа всех элементов электрогенератора в домашних условиях получиться практически не может.

Итак, как сделать генератор из электродвигателя теперь надеюсь понятно. Если есть желание сконструировать аппарат, мощность которого должно хватать для одновременной работы бытовых приборов и осветительных ламп, или строительного инструмента, тогда нужно сложить их мощность и подобрать нужный двигатель. Желательно чтобы он был с небольшим запасом мощности.

Если при ручной сборке электрогенератора постигла неудача, не стоит отчаиваться. На рынке есть множество современных моделей, не нуждающихся в постоянном надзоре. Они могут быть различной мощности, и достаточно экономичными. В интернете есть фото генераторов, они помогут оценить габариты устройства. Единственный минус – это их дороговизна.

Фото генераторов своими руками

Самодельный генератор. Все способы своими руками

Способ 1

В Интернете нашел статью о том, как переделать генератор автомобиля на генератор с постоянными магнитами. Можно ли использовать этот принцип и переделать генератор своими руками из асинхронного электродвигателя? Возможно, что будут большие потери энергии, не такое расположение катушек.

Двигатель асинхронного типа у меня на напряжение 110 вольт, обороты – 1450, 2,2 ампера, однофазный. При помощи емкостей я не берусь делать самодельный генератор, так как будут большие потери.

Предлагается пользоваться простыми двигателями по такой схеме.

Если изменять двигатель или генератор с магнитами округлой формы от динамиков, то надо их устанавливать в крабы? Крабы – это две металлические детали, стоят на якоре снаружи катушек возбуждения.

Если магниты надевать на вал, то вал будет шунтировать магнитные силовые линии. Как тогда будет возбуждение? Катушка тоже расположена на валу из металла.

Если поменять подсоединение обмоток и сделать параллельное соединение, разогнать до оборотов выше нормальных значений, то получается 70 вольт. Где взять механизм для таких оборотов? Если перематывать его на уменьшение оборотов и ниже питание, то слишком упадет мощность.

Двигатель асинхронного типа с замкнутым ротором – это железо, которое залито алюминием. Можно взять самодельный генератор от автомобиля, у которого напряжение 14 вольт, сила тока 80 ампер. Это неплохие данные. Двигатель с коллектором на переменный ток от пылесоса или стиральной машины можно применить для генератора. На статор установить подмагничивание, напряжение постоянного тока снимать со щеток. По наибольшему ЭДС поменять угол щеток. Коэффициент полезного действия стремится к нулю. Но, лучше, чем генератор синхронного типа, не изобрели.

Решил испытать самодельный генератор. Однофазный асинхронный мотор от стиралки малютки крутил дрелью. Подключил к нему емкость 4 мкФ, получилось 5 вольт 30 герц и ток 1,5 миллиампера на короткое замыкание.

Не каждый электромотор можно использовать в качестве генератора таким методом. Есть моторы со стальным ротором, имеющие малую степень намагниченности на остатке.

Необходимо знать разницу между преобразованием электрической энергии и генерацией энергии. Преобразовать 1 фазу в 3 можно несколькими способами. Один из них – это механическая энергия. Если электростанцию отсоединить от розетки, то пропадает все преобразование.

Откуда возьмется движение провода с повышением скорости, ясно. Откуда магнитное поле будет для получения ЭДС в проводе – не понятно.

Объяснить это просто. Из-за механизма магнетизма, который остался, образуется ЭДС в якоре. Возникает ток в статорной обмотке, который замкнут на емкости.

Ток возник, значит, дает усиление на электродвижущую силу на катушках роторного вала. Появившийся ток дает усиление электродвижущей силы. Электроток статорный образует электродвижущую силу намного больше. Это идет до установления равновесия статорных магнитных потоков и ротора, а также дополнительные потери.

Размер конденсаторов рассчитывают так, что на выводах напряжение достигает номинального значения. Если оно маленькое, то снижают емкость, то повышают. Были сомнения по поводу старых моторов, которые якобы не возбуждаются. После разгона ротора мотора или генератора надо ткнуть быстро в любую фазу малым количеством вольт. Все придет в нормальное состояние. Зарядить конденсатор до напряжения равному половину емкости. Включение производить выключателем с тремя полюсами. Это относится с 3-фазному мотору. Такая схема используется для генераторов вагонов пассажирского транспорта, так как у них ротор короткозамкнутый.

Способ 2

Самодельный генератор сделать можно и по-другому. Статор имеет хитрую конструкцию (имеет специальное конструкторское решение), имеется возможность регулировки напряжения выхода. Я сделал генератор своими руками такого вида на строительстве. Двигатель брал мощностью 7 кВт на 900 оборотов. Обмотку возбуждения я подключил по схеме треугольника на 220 В. Запустил его на 1600 оборотов, конденсаторы были на 3 на 120 мкФ. Включались они контактором с тремя полюсами. Генератор действовал как выпрямитель с тремя фазами. С этого выпрямителя питалась электрическая дрель с коллектором на 1000 ватт, и пила дисковая на 2200 ватт, 220 В, болгарка 2000 ватт.

Приходилось изготавливать систему мягкого пуска, другой резистор с закороченной фазой через 3 секунды.

Для моторов с коллекторами это неправильно. Если в два раза повысить вращающую частоту, то уменьшится и емкость.

Также повысится и частота. Схема емкостей отключалась в автоматическом режиме, чтобы не использовать тор реактивности, не расходовать горючее.

Во время работы надо нажать на статор контактора. Три фазы разобрал их по ненужности. Причина кроется в высоком зазоре и увеличенном рассеивании поля полюсов.

Специальные механизмы с двойной клеткой для белки и косыми глазами для белки. Все-таки я получил с моторчика стиралки 100 вольт и частоту 30 герц, лампа на 15 ватт не хочет гореть. Очень слабая мощность. Надо мотор брать сильнее, или конденсаторов больше ставить.

Под вагонами используется генератор с ротором короткозамкнутым. Его механизм приходит от редуктора и на ременную передачу. Обороты вращения 300 оборотов. Он находится как дополнительный генератор нагрузки.

Способ 3

Можно сконструировать самодельный генератор, электростанцию на бензине.

Вместо генератора использовать 3-фазный асинхронный мотор на 1,5 кВт на 900 оборотов. Электродвигатель итальянский, подключаться может треугольником и звездой. Сначала я поставил мотор на основание с мотором постоянного тока, присоединил к муфте. Стал крутить двигатель на 1100 оборотов. Появилось напряжение 250 вольт на фазах. Подключил лампочку на 1000 ватт, напряжение сразу упало до 150 вольт. Наверное, это от фазного перекоса. На каждую фазу надо включать отдельную нагрузку. Три лампочки по 300 ватт не смогут снизить напряжение до 200 вольт, теоретически. Можно конденсатор поставить больше.

Обороты двигателя надо делать больше, при нагрузке не снижать, тогда питание сети будет постоянным.

Необходима значительная мощность, автогенератор такую мощность не даст. Если перемотать большой камазовский, то с него не выйдет 220 В, так как магнитопровод будет перенасыщен. Он был сконструирован на 24 вольта.

Сегодня собирался пробовать подсоединить нагрузку через 3-фазный блок питания (выпрямитель). В гаражах свет отключили, не получилось. В городе энергетиков систематически отключают свет, поэтому надо делать источник постоянного питания электричеством. Для электросварки есть навеска, подцепляется к трактору. Для подключения электрического инструмента нужен постоянный источник напряжения на 220 В. Была мысль сконструировать самодельный генератор своими руками, и инвертор к нему, но, на аккумуляторных батареях не долго можно проработать.

Недавно включили электричество. Подключал двигатель асинхронный из Италии. Поставил его с мотором бензопилы на раму, скрутил вместе валы, поставил муфту резиновую. Катушки соединил по схеме звезды, конденсаторы треугольником, по 15 мкФ. Когда запустил моторы, то на выходе питания не получилось. Присоединял конденсатор, заряженный к фазам, напряжение появилось. Свою мощность в 1,5 кВт двигатель выдал. При этом питающее напряжение снизилось до 240 вольт, на холостых оборотах было 255 вольт. Шлифмашинка от него нормально работала на 950 ватт.

Пробовал повысить обороты двигателя, но не получается возбуждение. После контакта конденсатора с фазой напряжение возникает сразу. Буду пробовать ставить другой двигатель.

Какие конструкции систем за границей производятся для электростанций? На 1-фазных понятно, что ротор владеет обмоткой, перекоса фаз нет, потому что одна фаза. В 3-фазных имеется система, которая дает регулировку мощности при подсоединении к ней моторов с наибольшей нагрузкой. Еще можно подсоединить инвертор для сварки.

В выходные хотел сделать самодельный генератор своими руками с подключением асинхронного двигателя. Удачной попыткой сделать самодельный генератор оказалось подключение старого двигателя с корпусом из чугуна на 1 кВт и на 950 оборотов. Мотор возбуждается нормально, с одной емкостью на 40 мкФ. А я установил три емкости и подключил их звездой. Этого хватило для запуска электродрели, болгарки. Хотел, чтобы получилась выдача напряжения на одной фазе. Для этого подключал три диода, полумост. Сгорели лампы люминесцентные для освещения, и подгорели пакетники в гараже. Буду наматывать трансформатор на три фазы.

Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта, буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное.

Похожее

Как сделать вертикальный ветрогенератор на 220В для дома своими руками

Электроэнергия неуклонно дорожает. Чтобы чувствовать себя комфортно за городом в жаркую летнюю погоду и морозным зимним днем, необходимо или основательно потратиться, или заняться поиском альтернативных источников энергии. Россия – огромная по площади страна, имеющая большие равнинные территории. Хотя в большинстве регионов у нас преобладают медленные ветры, малообжитая местность обдувается мощными и буйными воздушными потоками. Поэтому присутствие ветрогенератора в хозяйстве владельца загородной недвижимости чаще всего оправдано. Подходящую модель выбирают, исходя из местности применения и фактических целей использования.

Ветряк #1 — конструкция роторного типа

Можно сделать своими руками несложный ветряк роторного типа. Конечно, снабдить электроэнергией большой коттедж ему вряд ли будет под силу, зато обеспечить электричеством скромный садовый домик вполне под силу. С его помощью можно снабдить светом в вечернее время суток хозяйственные постройки, осветить садовые дорожки и придомовую территорию.

Подробнее о других видах альтернативных источников энергии можно прочитать в данной статье: https://aqua-rmnt.com/otoplenie/alt_otoplenie/alternativnye-istochniki-energii.html

Так или почти так выглядит роторный ветрогенератор, сделанный своими руками. Как видите, в конструкции этого оборудования нет ничего сверхсложного

Подготовка деталей и расходников

Чтобы собрать ветрогенератор, мощность которого не будет превышать 1,5 КВт, нам понадобятся:

  • генератор от автомобиля 12 V;
  • кислотный или гелиевый аккумулятор 12 V;
  • преобразователь 12V – 220V на 700 W – 1500 W;
  • большая ёмкость из алюминия или нержавеющей стали: ведро или объёмистая кастрюля;
  • автомобильное реле зарядки аккумулятора и контрольной лампы заряда;
  • полугерметичный выключатель типа «кнопка» на 12 V;
  • вольтметр от любого ненужного измерительного устройства, можно автомобильный;
  • болты с шайбами и гайками;
  • провода сечением 2,5 мм2 и 4 мм2;
  • два хомута, которыми генератор будет крепиться к мачте.

Для выполнения работы нам будут нужны ножницы по металлу или болгарка, рулетка, маркер или строительный карандаш, отвертка, ключи, дрель, сверло, кусачки.

Большинство владельцев частных домов не признают использование геотермального отопления, однако подобная система имеет перспективы. Подробнее о преимуществах и недостатках данного комплекса можно прочитать в следующем материале: https://aqua-rmnt.com/otoplenie/alt_otoplenie/geotermalnoe-otoplenie-doma-svoimi-rukami.html

Ход конструкторских работ

Мы собираемся изготовить ротор и переделать шкив генератора. Для начала работы нам понадобится металлическая ёмкость цилиндрической формы. Чаще всего для этих целей приспосабливают кастрюлю или ведро. Возьмем рулетку и маркер или строительный карандаш и поделим ёмкость на четыре равные части. Если будем резать металл ножницами, то, чтобы их вставить, нужно сначала сделать отверстия. Можно воспользоваться и болгаркой, если ведро не выполнено из крашеной жести или оцинкованной стали. В этих случаях металл неминуемо перегреется. Вырезаем лопасти, не прорезая их до конца.

Чтобы не ошибиться с размерами лопастей, которые мы прорезаем в ёмкости, необходимо сделать тщательные замеры и тщательно всё пересчитать

В днище и в шкиве размечаем и высверливаем отверстия для болтов. На этой стадии важно не торопиться и расположить отверстия с соблюдением симметрии, чтобы при вращении избежать дисбаланса. Лопасти следует отогнуть, но не слишком сильно. При выполнении этой части работы учитываем направление вращения генератора. Обычно он крутится по движению часовой стрелке. В зависимости от угла изгиба увеличивается и площадь воздействия потоков ветра, а, значит, и скорость вращения.

Это ещё один из вариантов лопастей. В данном случае каждая деталь существует отдельно, а не в составе ёмкости, из которой вырезалась

Раз каждая из лопастей ветряка существует отдельно, прикручивать нужно каждую. Преимущество такой конструкции в её повышенной ремонтопригодности

Ведро с готовыми лопастями следует закрепить на шкиве, используя болты. На мачту при помощи хомутов устанавливаем генератор, затем подсоединяем провода и собираем цепь. Схему, цвета проводов и маркировку контактов лучше заранее переписать. Провода тоже нужно зафиксировать на мачте.

Чтобы подсоединить аккумулятор, используем провода 4 мм2, длина которых не должна быть более 1-го метра. Нагрузку (электроприборы и освещение) подключаем с помощью проводов сечением 2,5 мм2. Не забываем поставить преобразователь (инвертер). Его включают в сеть к контактам 7,8 проводом 4 мм2.

Конструкция ветряной установки состоит из резистора (1), обмотки стартера генератора (2), ротора генератора (3), регулятора напряжения (4), реле обратного тока (5), амперметра (6), аккумулятора (7), предохранителя (8), выключателя (9)

Достоинства и недостатки такой модели

Если всё сделано правильно, работать этот ветрогенератор будет, не создавая вам проблем. При аккумуляторе 75А и с преобразователем 1000 W он может питать уличное освещение, охранную сигнализацию, приборы видеонаблюдения и т.д.

Схема работы установки наглядно демонстрирует то, как именно энергия ветра преобразуется в электричество и то, как она используется по назначению

Достоинства такой модели очевидны: это весьма экономичное изделие, хорошо поддаётся ремонту, не требует особых условий для своего функционирования, работает надежно и не нарушает ваш акустический комфорт. К недостаткам можно отнести невысокую производительность и значительную зависимость от сильных порывов ветра: лопасти могут быть сорваны воздушными потоками.

Изготовить солнечную батарею возможно и самостоятельно. Пошаговая инструкция расположена здесь: https://aqua-rmnt.com/otoplenie/alt_otoplenie/solnechnaya-batareya-svoimi-rukami.html

Ветряк #2 — аксиальная конструкция на магнитах

Аксиальные ветряки с безжелезными статорами на неодимовых магнитах в России до последнего времени не делали по причине недоступности последних. Но теперь они есть и в нашей стране, причем стоят они дешевле, чем изначально. Поэтому и наши умельцы стали изготавливать ветрогенераторы этого типа.

Со временем, когда возможности роторного ветрогенератора уже не будут обеспечивать все потребности хозяйства, можно сделать аксиальную модель на неодимовых магнитах

Что необходимо подготовить?

За основу аксиального генератора нужно взять ступицу от автомобиля с тормозными дисками. Если эта деталь была в эксплуатации, её необходимо разобрать, подшипники поверить и смазать, ржавчину счистить. Готовый генератор будет покрашен.

Чтобы качественно отчистить ступицу от ржавчины, воспользуйтесь металлической щеткой, которую можно насадить на электродрель. Ступица снова будет выглядеть отлично

Распределение и закрепление магнитов

Нам предстоит наклеивать магниты на диски ротора. В данном случае используются 20 магнитов размером 25х8мм. Если вы решите сделать другое количество полюсов, то используйте правило: в однофазном генераторе должно быть сколько полюсов, столько и магнитов, а в трехфазном необходимо соблюдать соотношение 4/3 или 2/3 полюса к катушкам. Размещать магниты следует, чередуя полюса. Чтобы их расположение было правильным, используйте шаблон с секторами, нанесенными на бумаге или на самом диске.

Если есть такая возможность, магниты лучше использовать прямоугольные, а не круглые, потому что у круглых магнитное поле сосредоточено в центре, а у прямоугольных – по их длине. Противостоящие магниты должны иметь разные полюса. Чтобы ничего не перепутать, маркером нанесите на их поверхность «+» или «-». Для определения полюса возьмите один магнит и подносите к нему другие. На притягивающихся поверхностях ставьте плюс, а на отталкивающихся – минус. На дисках полюса должны чередоваться.

Магниты правильно размещены. Перед их фиксацией эпоксидной смолой, необходимо сделать бортики из пластилина, чтобы клейкая масса могла застыть, а не стекла на стол или пол

Для закрепления магнитов нужно использовать сильный клей, после чего прочность склейки дополнительно усиливают эпоксидной смолой. Ею заливают магниты. Чтобы предотвратить растекание смолы можно сделать бордюры из пластилина или просто обмотать диск скотчем.

Трехфазные и однофазные генераторы

Однофазный статор хуже трехфазного, потому что при нагрузке он даёт вибрацию. Это происходит из-за разницы в амплитуде тока, которая возникает по причине непостоянной отдачи его за момент времени. Трехфазная модель этим недостатком не страдает. Мощность в ней всегда постоянна, потому что фазы друг друга компенсируют: если в одной ток падает, а в другой он нарастает.

В споре однофазного и трехфазного вариантов последний выходит победителем, потому что дополнительная вибрация не продлевает срок службы оборудования и раздражает слух

В результате отдача трехфазной модели на 50% превышает тот же показатель однофазной. Другим плюсом отсутствия ненужной вибрации является акустический комфорт при работе под нагрузкой: генератор не гудит во время его эксплуатации. Кроме того, вибрация всегда выводит ветрогенератор из строя до истечения срока его эксплуатации.

Процесс наматывания катушек

Любой специалист вам скажет, что перед наматыванием катушек нужно произвести тщательный расчет. А любой практик все сделает интуитивно. Наш генератор не будет слишком быстроходным. Нам нужно, чтобы процесс зарядки 12-вольтового аккумулятора начался при 100-150 оборотах в минуту. При таких исходных данных общее число витков во всех катушках должно составлять 1000-1200шт. Осталось разделить эту цифру на количество катушек и узнать, сколько витков будет в каждой.

Чтобы сделать ветрогенератор на низких оборотах мощнее, нужно увеличить число полюсов. При этом в катушках возрастет частота колебания тока. Для намотки катушек лучше использовать толстый провод. Это уменьшит сопротивление, а, значит, сила тока возрастет. Следует учесть, что при большом напряжении ток может оказаться «съеденным» сопротивлением обмотки. Простой самодельный станочек поможет быстро и аккуратно намотать качественные катушки.

Статор размечен, катушки уложены на свои места. Для их фиксации используется эпоксидная смола, стеканию которой снова противостоят пластилиновые бортики

Из-за числа и толщины магнитов, расположенных на дисках, генераторы могут значительно различаться по своим рабочим параметрам. Чтобы узнать, какую мощность ждать в результате, можно намотать одну катушку и прокрутить её в генераторе. Для определения будущей мощности, следует измерить напряжение на определенных оборотах без нагрузки.

Например, при 200 оборотах в минуту получается 30 вольт при сопротивлении 3 Ом. Отнимаем от 30 вольт напряжение аккумулятора в 12 вольт, а получившиеся 18 вольт делим на 3 Ом. Результат – 6 ампер. Это тот объём, который отправится на аккумулятор. Хотя практически, конечно, выходит меньше из-за потерь на диодном мосту и в проводах.

Чаще всего катушки делают круглыми, но лучше их чуть вытянуть. При этом меди в секторе получается больше, а витки катушек оказываются прямее. Диаметр внутреннего отверстия катушки должен соответствовать размеру магнита или быть немногим больше его.

Проводятся предварительные испытания получившегося оборудования, которые подтверждают его отличную работоспособность. Со временем и эту модель можно будет усовершенствовать

Делая статор, учтите, что его толщина должна соответствовать толще магнитов. Если число витков в катушках увеличить и сделать статор толще, междисковое пространство увеличится, а магнитопоток уменьшится. В результате может образоваться то же напряжение, но меньший ток из-за возросшего сопротивления катушек.

В качестве формы для статора используют фанеру, но можно на бумаге разметить сектора для катушек, а бордюры сделать из пластилина. Прочность изделия увеличит стеклоткань, помещенная на дно формы и поверх катушек. Эпоксидная смола не должна прилипать к форме. Для этого её смазывают воском или вазелином. Для тех же целей можно использовать пленку или скотч. Катушки закрепляют между собой неподвижно, концы фаз выводят наружу. Потом все шесть проводов соединяют треугольником или звездой.

Генератор в сборе тестируют, используя вращение рукой. Получившееся напряжение составляет 40 вольт, сила тока при этом составляет примерно 10 Ампер.

Заключительный этап — мачта и винт

Фактическая высота готовой мачты составила 6 метров, но лучше было бы сделать её 10-12 метров. Основание для неё нуждается в бетонировании. Необходимо сделать такое крепление, чтобы трубу можно было поднимать и опускать при помощи ручной лебедки. На верхнюю часть трубы крепится винт.

Труба ПВХ – надежный и достаточно легкий материал, используя который можно сделать винт ветряка с заранее предусмотренным изгибом

Для изготовления винта нужна ПВХ труба, диаметр которой составляет 160 мм. Из неё предстоит вырезать шестилопастной двухметровый винт. С формой лопастей имеет смысл поэкспериментировать, чтобы усилить крутящий момент на низких оборотах. От сильного ветра винт нужно уводить. Эта функция выполняется с помощью складывающегося хвоста. Выработанная энергия копится в аккумуляторах.

Мачта должна подниматься и опускаться с помощью ручной лебедки. Дополнительную устойчивость конструкции можно придать, используя натяжные тросы

Вашему вниманию предоставлены два варианта ветрогенераторов, которые чаще всего используются дачниками и владельцами загородной недвижимости. Каждый из них по-своему эффективен. Особенно результат применения такого оборудования проявляется в местности с сильными ветрами. В любом случае, такой помощник в хозяйстве не помешает никогда.

Оцените статью: Поделитесь с друзьями!

Асинхронный генератор своими руками: устройство, принцип работы, схемы

Для питания бытовых устройств и промышленного оборудования необходим источник электроэнергии. Выработать электрический ток возможно несколькими способами. Но наиболее перспективным и экономически выгодным, на сегодняшний день, является генерация тока электрическими машинами. Самым простым в изготовлении, дешёвым и надёжным в эксплуатации оказался асинхронный генератор, вырабатывающий львиную долю потребляемой нами электроэнергии.

Применение электрических машин этого типа продиктовано их преимуществами. Асинхронные электрогенераторы, в отличие от синхронных генераторов, обеспечивают:

  • более высокую степень надёжности;
  • длительный срок эксплуатации;
  • экономичность;
  • минимальные затраты на обслуживание.

Эти и другие свойства асинхронных генераторов заложены в их конструкции.

Устройство и принцип работы

Главными рабочими частями асинхронного генератора является ротор (подвижная деталь) и статор (неподвижный). На рисунке 1 ротор расположен справа, а статор слева. Обратите внимание на устройство ротора. На нём не видно обмоток из медной проволоки. На самом деле обмотки существуют, но они состоят из алюминиевых стержней короткозамкнутых на кольца, расположенные с двух сторон. На фото стержни видны в виде косых линий.

Конструкция короткозамкнутых обмоток образует, так называемую, «беличью клетку». Пространство внутри этой клетки заполнено стальными пластинами. Если быть точным, то алюминиевые стержни впрессовываются в пазы, проделанные в сердечнике ротора.

Рис. 1. Ротор и статор асинхронного генератора

Асинхронная машина, устройство которой описано выше, называется генератором с короткозамкнутым ротором. Тот, кто знаком с конструкцией асинхронного электродвигателя наверняка заметил схожесть в строении этих двух машин. По сути дела они ничем не отличаются, так как асинхронный генератор и короткозамкнутый электродвигатель практически идентичны, за исключением дополнительных конденсаторов возбуждения, используемых в генераторном режиме.

Ротор расположен на валу, который сидит на подшипниках, зажимаемых с двух сторон крышками. Вся конструкция защищена металлическим корпусом. Генераторы средней и большой мощности требуют охлаждения, поэтому на валу дополнительно устанавливается вентилятор, а сам корпус делают ребристым (см. рис. 2).

Рис. 2. Асинхронный генератор в сборе

Принцип действия

По определению, генератором является устройство, преобразующее механическую энергию в электрический ток. При этом не имеет значения, какая энергия используется для вращения ротора: ветровая, потенциальная энергия воды или же внутренняя энергия, преобразуемая турбиной либо ДВС в механическую.

В результате вращения ротора магнитные силовые линии, образованные остаточной намагниченностью стальных пластин, пересекают обмотки статора. В катушках образуется ЭДС, которая, при подсоединении активных нагрузок, приводит к образованию тока в их цепях.

При этом важно, чтобы синхронная скорость вращения вала немного (примерно на 2 – 10%) превышала синхронную частоту переменного тока (задаётся количеством полюсов статора). Другими словами, необходимо обеспечить асинхронность (несовпадение) частоты вращения на величину скольжения ротора.

Следует заметить, что полученный таким образом ток будет небольшим. Чтобы повысить выходную мощность необходимо увеличить магнитную индукцию. Добиваются повышения КПД устройства путём подключения конденсаторов к выводам катушек статора.

На рисунке 3 изображена схема сварочного асинхронного альтернатора с конденсаторным возбуждением (левая часть схемы). Обратите внимание на то, что конденсаторы возбуждения подключены по схеме треугольника. Правая часть рисунка – собственно схема самого инверторного сварочного аппарата.

Рис. 3. Схема сварочного асинхронного генератора

Существуют и другие, более сложные схемы возбуждения, например, с применением катушек индуктивности и батареи конденсаторов. Пример такой схемы показан на рисунке 4.

Рисунок 4. Схема устройства с индуктивностями

Отличие от синхронного генератора

Главное отличие синхронного альтернатора от асинхронного генератора в конструкции ротора. В синхронной машине ротор состоит из проволочных обмоток. Для создания магнитной индукции используется автономный источник питания (часто дополнительный маломощный генератор постоянного тока, расположенный на одной оси с ротором).

Преимущество синхронного генератора в том, что он генерирует более качественный ток и легко синхронизируется с другими альтернаторами подобного типа. Однако синхронные альтернаторы более чувствительны к перегрузкам и КЗ. Они дороже от своих асинхронных собратьев и требовательнее в обслуживании – необходимо следить за состоянием щёток.

Коэффициент гармоник или клирфактор асинхронных генераторов ниже, чем у синхронных альтернаторов. То есть они вырабатывают практически чистую электроэнергию. На таких токах устойчивее работают:

  • ИБП;
  • регулируемые зарядные устройства;
  • современные телевизионные приёмники.

Асинхронные генераторы обеспечивают уверенный запуск электромоторов, требующих больших пусковых токов. По этому показателю они, фактически, не уступают синхронным машинам. У них меньше реактивных нагрузок, что положительно сказывается на тепловом режиме, так как меньше энергии расходуется на реактивную мощность. У асинхронного альтернатора лучшая стабильность выходной частоты на разных скоростях вращения ротора.

Классификация

Генераторы короткозамкнутого типа получили наибольшее распространение, ввиду простоты их конструкции. Однако существуют и другие типы асинхронных машин: альтернаторы с фазным ротором и устройства, с применением постоянных магнитов, образующих цепь возбуждения.

На рисунке 5 для сравнения показаны два типа генераторов: слева на базе асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, а справа – асинхронная машина на базе АД с фазным ротором. Даже при беглом взгляде на схематические изображения видно усложнённую конструкцию фазного ротора. Привлекает внимание наличие контактных колец (4) и механизма щёткодержателей (5). Цифрой 3 обозначены пазы для проволочной обмотки, на которую необходимо подать ток для её возбуждения.

Рис. 5. Типы асинхронных генераторов

Наличие обмоток возбуждения в роторе асинхронного генератора повышает качество генерируемого электрического тока, однако при этом теряются такие достоинства как простота и надёжность. Поэтому такие устройства используются в качестве источника автономного питания только в тех сферах, где без них трудно обойтись. Постоянные магниты в роторах применяют в основном для производства маломощных генераторов.

Область применения

Наиболее часто встречается применение генераторных установок с короткозамкнутым ротором. Они недорогие, практически не нуждаются в обслуживании. Устройства, оборудованные пусковыми конденсаторами, обладают приличными показателями КПД.

Асинхронные альтернаторы часто используют в качестве автономного или резервного источника питания. С ними работают переносные бензиновые генераторы, их используют для мощных мобильных и стационарных дизельных генераторов.

Альтернаторы с трёхфазной обмоткой уверенно запускают трехфазный электродвигатель, поэтому часто используются в промышленных энергоустановках. Они также могут питать оборудование в однофазных сетях. Двухфазный режим позволяет экономить топливо ДВС, так как незадействованные обмотки находятся в режиме холостого хода.

Сфера применения довольно обширная:

  • транспортная промышленность;
  • сельское хозяйство;
  • бытовая сфера;
  • медицинские учреждения;

Асинхронные альтернаторы удобны для сооружения локальных ветровых и гидравлических электростанций.

Асинхронный генератор своими руками

Оговоримся сразу: речь пойдёт не об изготовлении генератора с нуля, а о переделывании асинхронного двигателя в альтернатор. Некоторые умельцы используют готовый статор от мотора и экспериментируют с ротором. Идея состоит в том, чтобы с помощью неодимовых магнитов сделать полюса ротора. Примерно так может выглядеть заготовка с наклеенными магнитиками (см. рис. 6):

Рис. 6. Заготовка с наклеенными магнитами

Вы наклеиваете магниты на специально выточенную заготовку, посаженную на валу электродвигателя, соблюдая их полярность и угол сдвига. Для этого потребуется не менее 128 магнитиков.

Готовую конструкцию необходимо подогнать к статору и при этом обеспечить минимальный зазор между зубцами и магнитными полюсами изготовленного ротора. Поскольку магнитики плоские, придётся их шлифовать или обтачивать, при этом постоянно охлаждая конструкцию, так как неодим теряет свои магнитные свойства при высокой температуре. Если вы сделаете всё правильно – генератор заработает.

Проблема состоит в том, что в кустарных условиях очень сложно изготовить идеальный ротор. Но если у вас есть токарный станок и вы готовы потратить несколько недель на подгонку и доработки – можете поэкспериментировать.

Я предлагаю более практичный вариант – превращение асинхронного двигателя в генератор (смотрите видео ниже). Для этого вам понадобится электромотор с подходящей мощностью и приемлемой частотой вращения ротора. Мощность двигателя должна быть минимум на 50% выше от требуемой мощности альтернатора. Если такой электромотор есть в вашем распоряжении – приступайте к переработке. В противном случае лучше купить готовый генератор.

Для переработки вам потребуется 3 конденсатора марки КБГ-МН, МБГО, МБГТ (можно брать другие марки, но не электролитические). Конденсаторы подбирайте на напряжение не менее 600 В (для трёхфазного двигателя). Реактивная мощность генератора Q связанная с емкостью конденсатора следующей зависимостью: Q = 0,314·U2·C·10-6.

При увеличении нагрузки возрастает реактивная мощность, а значит, для поддержания стабильного напряжения U необходимо увеличивать ёмкость конденсаторов, добавляя новые ёмкости путём коммутации.

Видео: делаем асинхронный генератор из однофазного двигателя – Часть 1
https://www.youtube.com/watch?v=ZQO5S9F72CQ

Часть 2
https://www.youtube.com/watch?v=nDCdADUZghs

Часть 3
https://www.youtube.com/watch?v=6M_w1b2xyM8

Часть 4
https://www.youtube.com/watch?v=CONHg7p-IYE

Часть 5
https://www.youtube.com/watch?v=z2YSqVh2vM8

Часть 6
https://www.youtube.com/watch?v=FNU83kOeSbA

Для упрощения подбора конденсаторов воспользуйтесь таблицей:

Таблица 1

Мощность альтернатора (кВт-А) Ёмкость конденсатора (мкФ) на холостом ходу Ёмкость конденсатора (мкФ) при средней нагрузке Ёмкость конденсатора (мкФ) при полной нагрузке
2 28 36 60
3,5 45 56 100
5 60 75 138

На практике, обычно выбирают среднее значение, предполагая, что нагрузка не будет максимальной.

Подобрав параметры конденсаторов, подключите их к выводам обмоток статора так, как показано на схеме (рис. 7). Генератор готов.

Рис. 7. Схема подключения конденсаторов

Советы по эксплуатации

Асинхронный генератор не требует особого ухода. Его обслуживание заключается в контроле состояния подшипников. На номинальных режимах устройство способно работать годами без вмешательства оператора.

Слабое звено – конденсаторы. Они могут выходить из строя, особенно тогда, когда их номиналы неправильно подобраны.

При работе генератор нагревается. Если вы часто подключаете повышенные нагрузки – следите за температурой устройства или позаботьтесь о дополнительном охлаждении.

Список использованной литературы

  • Кацман М.М. «Электрические машины»  2013
  • А.А. Усольцев «Электрические машины» 2013
  • Бартош А.И. «Электрика для любознательных» 2019

Жизнь за пределами сети: как вырабатывать собственное электричество

Когда мы с женой переехали в Монтану, мы нашли удобный дом на нескольких акрах земли с видом на горы.

Была только одна загвоздка — дом был отключен от электросети. Фактически, каждый в подразделении генерировал свою собственную энергию, включая отель типа «постель и завтрак» поблизости.

Это не значит, что он был примитивным. В доме были солнечные батареи, ветряная турбина, аккумуляторная батарея и инвертор, генератор и полный набор бытовой техники, включая стиральную и сушильную машины, холодильник, плиту, спутниковое телевидение, пропановую печь и даже посудомоечную машину.

Поскольку до приезда в Монтану я работал на когенерационной электростанции, я не слишком беспокоился о выработке собственной электроэнергии, поэтому мы купили дом.


Солнечная панель с трекером

Жизнь вне сети

Предыдущий владелец показал мне важные объекты и рассказал, как с ними работать. Когда мы въехали, мы вставили компактные люминесцентные лампы в каждую розетку, запрограммировали термостат на автоматическое понижение температуры ночью и обязательно выключили свет, когда выходили из комнаты.Мы думали, что у нас все под контролем.

В нашу третью ночь в доме мы легли спать, как обычно, под слабый шум ветра снаружи, звук, который мы уже начали получать, потому что он генерировал большую часть нашей энергии. Среди ночи меня разбудил звук — ничего. Ни гула холодильника, ни вентилятора печи, ни ветра. Крошечный индикатор питания на детекторе угарного газа не горел, как и цифровой дисплей на радиочасах. У нас не было силы.


Ветряная турбина

Я встал и вышел на улицу, чтобы проверить силовое оборудование.Очевидно, ветер утих ночью, и небольшое количество потребляемой энергии истощило батареи. Я запустил бензиновый генератор, и он начал подавать электроэнергию в наш дом и заряжать батареи.

Я только что усвоил первый урок энергии ветра и солнца: на них не всегда можно рассчитывать, когда они вам нужны. Независимо от того, где вы находитесь, солнце всегда заходит, а ветер перестанет дуть.

Расцвет личной электростанции

Фото: Адам Вурхес; Стилист реквизита: Робин Финлей

На первый взгляд центр города Форт-Коллинз, штат Колорадо, выглядит сладким анахронизмом.Красиво сохранившиеся здания XIX века манят с зеленых улиц. Отреставрированный троллейбус звенит по Маунтин-авеню. Он безопасный и безупречный, яркий и чистый.

И все же этот причудливый район является эпицентром одной из самых амбициозных энергетических программ любого муниципалитета Соединенных Штатов. Форт-Коллинз с населением 150 000 человек пытается сделать то, чего не делало ни одно другое сообщество такого размера: превратить центр города в район с нулевым потреблением энергии, что означает, что он будет потреблять не больше энергии в данный год, чем вырабатывает.И город в целом стремится сократить выбросы углерода на 80 процентов к 2030 году, чтобы к середине столетия он стал углеродно-нейтральным. Чтобы все это произошло, инженеры готовятся к активному развертыванию ряда передовых энергетических технологий, включая газовые турбины с комбинированным циклом для замены устаревших угольных электростанций, а также солнечные фотоэлектрические установки на крышах домов, солнечные сады, поддерживаемые местными сообществами, ветряные турбины и т. Д. накопители тепла и электроэнергии, микросети и схемы энергоэффективности.

Это смелый план.Но для местной электроэнергетической компании Fort Collins Utilities менее смелые варианты были неприемлемы. Как и коммунальные предприятия во всем мире, он борется с распадом традиционной регулируемой монопольной модели производства электроэнергии с ее единым централизованным лицом, принимающим решения. Затраты на производство солнечной и ветровой электроэнергии упали до такой степени, что бесчисленное количество потребителей во многих странах теперь производят собственное электричество, часто (но не всегда) с благословения регулирующих органов и политиков.

Теперь вопрос в том, как далеко мы хотим зайти? В ближайшие десятилетия технологии позволят нам радикально децентрализовать сеть, что позволит предприятиям, фабрикам, университетским городкам и домашним хозяйствам обеспечивать собственное электричество большую часть дня и большую часть года. Солнечная энергия, топливные элементы и ветряные турбины будут дешевле, чем сейчас. Потребность в электроэнергии также будет снижена, поскольку отопление, охлаждение, бытовая техника и освещение станут более эффективными. Достижения в области аккумуляторов и других форм хранения энергии упростят преодоление неизбежных изменений в солнечной и ветровой энергии, а также возникнут проблемы с реактивной мощностью.А интеллектуальные сети, микросети и другие технологии объединят эти многочисленные микрогенераторы в гибкие сети, которые позволят людям продавать избыточную энергию и мощность, используя при необходимости из основной сети.

В совокупности эти достижения станут основой более устойчивого энергетического будущего, в котором роль ядерных и ископаемых видов топлива будет постепенно снижаться, а воздействие загрязнения, парниковых газов и ядерных отходов будет уменьшено. Но для проведения масштабных изменений в энергосистеме могут потребоваться десятилетия.Итак, пришло время представить, как сеть должна выглядеть в 2030 году и в последующий период.

Такое будущее не произойдет — в Форт-Коллинзе или где-либо еще — без преодоления серьезных проблем. К ним относятся не только технологические, но и политические и нормативные вопросы. Сегодня каждый раз, когда домовладелец устанавливает фотоэлектрические панели на крыше и начинает вращать счетчик электроэнергии в обратном направлении, каждый раз, когда владелец подключаемого гибрида решает зарядить автомобильные аккумуляторы, и каждый раз, когда начинает вращаться новая ветряная турбина, возникает возмущение. сетки.Хотя эти индивидуальные возмущения могут быть незначительными, поскольку они начинают исчисляться сотнями тысяч или даже миллионами, нагрузка на сеть, не предназначенную для их обработки, станет потенциально катастрофической.

В электроэнергетике происходят фундаментальные изменения, которые уже изменили телекоммуникации и вычислительную технику, — говорит Кларк Геллингс, сотрудник Исследовательского института электроэнергетики (EPRI) в Пало-Альто, Калифорния. Вспомните время расцвета телефона. стационарный телефон, когда монополия предоставляла надежную услугу без всяких звонков и свистков.Сегодня множество поставщиков услуг связи предлагают больше возможностей и услуг проводной и беспроводной связи, чем, честно говоря, большинство людей думают. Под компьютерами также понимались гигантские мэйнфреймы, к которым можно получить доступ через удаленные терминалы. Но когда процессоры и память стали достаточно дешевыми и мощными, люди могли владеть своими компьютерами, получать доступ к информации и обмениваться ею через Интернет, а также использовать возможности распределенных вычислений в облаке.

Больше пива, меньше ватт: солнечные батареи на New Belgium Brewing Co.в Форт-Коллинзе, штат Колорадо, поставляют 3% электроэнергии станции. Пивоварня участвует в долгосрочных планах города по созданию центра города с нулевым потреблением энергии и с нулевым уровнем выбросов углерода к середине века. Фото: New Belgium Brewing

Геллингс представляет аналог электричества, который он называет ElectriNet: тесно взаимосвязанная и интерактивная сеть энергетических систем, которая также объединяет телекоммуникации, Интернет и электронную коммерцию. (Геллингс впервые представил тогдашнее еретическое понятие потребителей электроэнергии, управляющих своим использованием — концепцию, которую он назвал «управление нагрузкой на стороне спроса» — в выпуске IEEE Spectrum за декабрь 1981 года.) Такая сеть позволит традиционным коммунальным предприятиям разумно связываться с отдельными домохозяйствами, поставщиками услуг и пока еще непредвиденными игроками в электроэнергетике, стимулируя миллиарды ежедневных «транзакций» с электроэнергией, которые будут происходить между производителями и потребителями. Умные бытовые электроприборы смогут автоматически реагировать на изменения цен на электроэнергию, например, выключаться или включаться при повышении или понижении цен. ElectriNet также позволит обеспечить домашнюю безопасность, услуги передачи данных и связи и тому подобное.[Послушайте подкаст-интервью с Геллингсом о будущем энергосистемы.]

Кроме того, по словам Геллингса, расширенные датчики, развернутые по всей сети, позволят операторам сетей визуализировать энергосистему в реальном времени, что является ключевой возможностью для обнаружения неисправностей, физических атак и кибератак, а также для предотвращения или, по крайней мере, снижения последствий отключений.

В то время как распределенная генерация уже завоевывает популярность во многих местах, отмечает Геллингс, «мы должны двигаться к действительно интегрированной энергосистеме.Это система, которая наилучшим образом использует распределенные и централизованные ресурсы, потому что централизованная выработка электроэнергии никуда не исчезнет, ​​хотя она может измениться по форме и форме ». [Подробнее о нежелательности отказа сети см. На врезке «Медленная смерть сети».]

Высокоинтеллектуальная и гибкая сеть, способная обрабатывать мириады транзакций, происходящих между сотнями тысяч или даже миллионами отдельных производителей и потребителей энергии, не просто желательна, говорят эксперты.Это должно произойти, потому что альтернатива будет мрачной.

Просто спросите у немцев. Щедрые субсидии на возобновляемые источники энергии, называемые льготными тарифами, привели к тому, что страна добавила 30 гигаватт солнечной и 30 гигаватт ветровой энергии всего за несколько лет. В ясный свежий полдень на возобновляемые источники энергии может приходиться более половины вырабатываемой в Германии электроэнергии.

«Звучит неплохо, но для коммунального предприятия это выглядело как огромная отрицательная нагрузка», — отмечает Бенджамин Кропоски, директор по интеграции энергетических систем в Национальной лаборатории возобновляемой энергии в Голдене, штат Колорадо.Когда вырабатывается большое количество возобновляемой энергии, мощность обычных центральных электростанций соответственно снижается, чтобы поддерживать систему в сбалансированном состоянии. Но если происходит локальное отключение питания, скачок напряжения или какое-либо другое нарушение в сети, схема защиты быстро отключает инверторы фотоэлектрических элементов. (Инверторы — это системы на основе полупроводников, которые преобразуют постоянный ток солнечных элементов в переменный.) А это, в свою очередь, может привести к каскадной нестабильности в масштабах всей системы.

«Если вы потеряете 30 гигаватт всего за 10 циклов» — то есть за две десятых секунды — «вы не сможете достаточно быстро увеличить мощность обычных генераторов, чтобы компенсировать это», — отмечает Кропоски.Поэтому немцам пришлось потратить эквивалент сотен миллионов долларов на более умные инверторы и каналы связи, которые позволили бы фотоэлектрическим массивам автоматически преодолевать любые помехи, а не просто отключаться.

Клиенты дорого платят за эти обновления: тарифы на электроэнергию в Германии с 2002 года выросли вдвое, примерно до 40 центов США за киловатт-час. Это более чем в четыре раза дороже электричества в Иллинойсе. Многие другие страны сейчас учатся на этом опыте, добавляет Кропоски, «чтобы обеспечить интеграцию солнечных и ветровых систем с энергосистемой таким образом, чтобы способствовать общей стабильности системы.”

Вт там, где ничего не было раньше: переосмысленное энергетическое будущее с более распределенным генерированием, хранением и микросетями предназначено не только для людей в богатых странах. В него также войдут те, у кого нет доступа к электричеству — это почти 1,3 миллиарда человек на данный момент. Действительно, это уже происходит. SharedSolar, проект, начатый Колумбийским университетом Виджай Моди и некоторые из его учеников внедряют небольшие фотоэлектрические батареи, соединенные микросетью, в деревнях по всей Африке к югу от Сахары.Домохозяйства и предприятия вносят предоплату за электроэнергию почти так же, как они могут предоплату за услуги мобильной связи. Фото: SharedSolar

Крупный японский эксперимент использует такой комплексный подход. В 30 минутах езды на поезде от центра Токио застройщик превращает старое поле для гольфа в запланированный умный город под названием Кашиваноха. Энергия, вода и другие общественные услуги для конечного населения в 26 000 человек разумно управляются во всех масштабах, от отдельных домохозяйств до предприятий и заводов до общегородских сетей.

Концепция «умного города» существует уже давно. Но на самом деле это не произошло в Японии до катастрофы на Фукусиме в марте 2011 года, — говорит Акихико Тобе, генеральный менеджер подразделения Hitachi по проектам умного города, которое поставляет системы управления энергопотреблением для Касиваноха. «Землетрясение все изменило, — говорит Тобе. «Многим городам был нанесен большой ущерб из-за отключений электричества и воды. В высоких зданиях пожилые люди оказались в ловушке на верхних этажах из-за того, что лифты перестали работать.”

Итак, система электроснабжения Кашиваноха предназначена для обеспечения бесперебойного обслуживания критически важных систем, таких как лифты, водяные насосы и больницы в случае возникновения чрезвычайной ситуации. Для этого он использует несколько хранилищ аккумуляторов, а также микросеть, которая облегчает совместное использование электроэнергии и может работать изолированно от основной сети. Командный центр на втором этаже гостиницы и многоквартирного дома наблюдает за микросетью и отслеживает, где именно потребляется и генерируется электроэнергия.Во время нормальной работы клиентам также рекомендуется отслеживать собственное потребление энергии с помощью сенсорных мониторов в своих домах и на работе. Тем, кто особенно хорошо сокращает свое потребление, начисляются «экологические баллы», которые они могут обменять на товары и услуги в местном торговом центре LaLaPort.

«Хорошее будущее электричества будет зависеть от каждой новой технологии, о которой вы только можете подумать»

Со временем, говорит Тобе, будет добавлено больше домашней автоматизации, например, датчики, которые автоматически отключают свет при открытии шторы.Также будет предложен мониторинг состояния здоровья, чтобы отслеживать такие вещи, как количество упражнений и количество потребляемых калорий. «Люди, которые переезжают в Кашиваноху, понимают, что этот город представляет собой разрыв с прошлым», — говорит Тобе. «Их образ мышления таков, что они создают новую культуру, и они очень заинтересованы в том, чтобы участвовать в улучшении жизни».

Если предположить, что таких перспективных городов, как Форт-Коллинз и Кашиваноха, достигнут своих энергетических целей, можно ли повторить этот успех? «Хорошее будущее электричества будет зависеть от каждой новой технологии, о которой вы только можете подумать», — говорит Геллингс из EPRI.«Накопление энергии, эффективность устройств, более совершенные способы добычи угля и природного газа, сетевые датчики, более совершенное поколение». По его словам, если какая-либо из этих технологий не будет развиваться так, как теперь предполагают эксперты, это может помешать работе. Регулирующие органы и политики также должны быть убеждены в необходимости крупных инвестиций в инфраструктуру, которые потребуются более умной интегрированной сети.

Даже если все эти изменения произойдут, сетка 2064 года по-прежнему будет во многом похожа на сегодняшнюю сетку.Например, крупные угольные электростанции останутся значительной частью энергобаланса. Согласно отчету International Energy Outlook 2013 Управления энергетической информации США, США, Австралия и многие другие страны выведут из эксплуатации устаревшие угольные электростанции, но другие страны продолжат строительство новых. В докладе прогнозируется, что Китай, уже являющийся ведущим мировым потребителем угля, добавит к 2040 году около 530 гигаватт угольных мощностей. Таким образом, доля угля в производстве электроэнергии во всем мире в 2040 году, вероятно, будет всего на несколько процентных пунктов ниже, чем в 2010 году.

И как только эти новые заводы войдут в строй, их будет трудно сдвинуть с места. «Это очень инерционное поле», — говорит Вацлав Смил, изучавший медленные темпы изменений в электроэнергетике. «Строительство одной электростанции обходится примерно в миллиард долларов. Как только вы установите его на место, вам не захочется вырывать его и начинать заново. Так что инновации будут происходить в основном на периферии ».

Незначительные инновации могут по-прежнему привести к глубоким изменениям в будущей энергосистеме, если такие города, как Форт-Коллинз и Кашиваноха, сделают это правильно.Через пятьдесят лет, говорит Стив Катанак, менеджер по свету и электричеству Fort Collins Utilities, две угольные электростанции, с которых город получает 80 процентов электроэнергии, перестанут работать. Их место займут новые парогазовые турбины, но также увеличится доля распределенной генерации. В наши дни коммунальное предприятие активно поощряет инвестиции в ветряную и солнечную энергию с помощью нового зеленого тарифа, который позволит потребителям продавать свою электроэнергию обратно в сеть по гарантированной ставке.Более широкое использование механизмов спроса и реакции позволит клиентам сократить их использование в периоды пикового спроса. И когда хранение энергии станет доступным, добавляет Катанах, «мы будем использовать это, чтобы сбалансировать изменчивость возобновляемых источников энергии».

В то время как некоторые отраслевые эксперты заламывают руки над надвигающейся «спиралью смерти» для сегодняшних коммунальных предприятий, Катанаху удается с оптимизмом смотреть в будущее. «Форт-Коллинз — прекрасное место для жизни, и здесь всегда горит свет», — говорит он. Он почти уверен, что через 50 лет люди все еще смогут говорить то же самое.

Tesla хочет сделать каждый дом распределенной электростанцией — TechCrunch

Генеральный директор Tesla

Илон Маск хочет превратить каждый дом в распределенную электростанцию, которая будет вырабатывать, хранить и даже доставлять энергию обратно в электросеть, используя продукты компании.

Хотя компания уже много лет продает солнечные батареи и аккумуляторы энергии, новая политика компании — продавать солнечную энергию только вместе с продуктами для хранения энергии, наряду с комментариями Маска в понедельник, раскрывает стратегию, направленную на масштабирование этого бизнеса за счет обращения к коммунальным предприятиям.

«Это процветающее будущее как для Tesla, так и для электроэнергетики», — сказал он. «Если этого не сделать, коммунальные предприятия не смогут обслуживать своих клиентов. Они не смогут этого сделать », — сказал Маск во время телефонного разговора с инвестором, отметив постоянные отключения электроэнергии в Калифорнии прошлым летом и недавний отказ сети в Техасе как свидетельство того, что надежность сети стала более серьезной проблемой.

На прошлой неделе компания изменила свой веб-сайт, чтобы запретить покупателям покупать только солнечную батарею или ее накопитель энергии Powerwall, и вместо этого потребовала приобрести систему.Позже Маск объявил об этом шаге в своем твите, заявив, что «солнечная энергия будет подаваться исключительно на Powerwall» и что «Powerwall будет взаимодействовать только между счетчиком коммунальных услуг и главной панелью выключателя дома, что обеспечивает сверхпростую установку и беспрепятственное резервное копирование всего дома во время отключения электросети».

Маск утверждает, что энергосистеме потребуется больше линий электропередачи, больше электростанций и более крупные подстанции для полной декарбонизации с использованием возобновляемых источников энергии и хранилищ. По мнению Маска, распределенные жилые системы — разумеется, с использованием продуктов Tesla — будут лучшим вариантом.Его заявление было частично подтверждено недавними исследованиями Массачусетского технологического института, которые показали, что США могут выйти на сеть с нулевым выбросом углерода, более чем вдвое увеличив свою пропускную способность, а еще одно исследование Принстонского университета показало, что стране, возможно, потребуется утроить свои системы передачи к 2050 году, чтобы достичь нулевых выбросов.

Маск представляет себе систему электросетей, радикально отличную от той, которая есть у нас сегодня, которая централизованно контролируется и управляется операторами сетей, независимыми организациями, такими как Независимый системный оператор Калифорнии или Совет по надежности электроснабжения Техаса.Это видение связано с бюрократическими и логистическими проблемами. Коммунальным предприятиям и регулирующей политике необходимо будет решить, как справиться с большим притоком так называемых «распределенных энергетических ресурсов», таких как солнечные батареи на крышах жилых домов, что может противоречить давно устоявшимся бизнес-моделям коммунальных предприятий.

Важно отметить, что вопрос о том, хватит ли одних только возобновляемых источников энергии с накоплением энергии для декарбонизации энергосистемы, является спорным. Многие эксперты полагают, что потребности в землепользовании, требования к хранению и проблемы с перебоями возобновляемых источников энергии могут превратить их роль в качестве основного производителя электроэнергии в страну несбыточной мечтой.Но Маск долгое время был оптимистом в отношении модели «возобновляемые источники энергии плюс накопители», написав в июле прошлого года в Твиттере, что «физика отдает предпочтение электротранспорту, батареям для стационарного хранения и солнечной / ветровой энергии для выработки энергии».

Итак, что же такое виртуальные электростанции?

Мы живем во все более виртуальном мире. Вы можете проводить виртуальные встречи с виртуальными друзьями, используя системы виртуальной реальности, размещенные на виртуальных серверах. В энергетических кругах одним из самых модных словечек последних лет является виртуальная электростанция, или VPP.

Этот термин впервые начали обсуждать в 1990-х годах. Но за последние 10 лет ВПЭ действительно стали популярными, причем не только как концепция, но и как нечто, что создается, используется и коммерциализируется все большим числом энергетических компаний. Вот настоящая история этого явления виртуальной энергии.

Объясните эту «виртуальную электростанцию»…

По словам немецкой компании Next Kraftwerke, одного из пионеров современных ВЭС, это «сеть децентрализованных энергоблоков среднего размера, таких как ветряные электростанции, солнечные парки и комбинированные». теплоэнергетические установки, а также гибкие энергопотребители и системы хранения.”

На практике VPP может состоять из нескольких единиц одного типа актива, такого как батарея или устройство в программе реагирования на спрос, или разнородного набора активов.

Эти блоки «отправляются через центральную диспетчерскую виртуальной электростанции, но, тем не менее, остаются независимыми в своей работе и владении», — добавляет Next Kraftwerke.

Другими словами, VPP для традиционной электростанции — это то же самое, что связка подключенных к Интернету настольных компьютеров для мэйнфрейма.Оба могут выполнять сложные вычислительные задачи, но один использует уже существующую распределенную ИТ-инфраструктуру.

Ключевой особенностью VPP является то, что они могут агрегировать гибкую мощность для удовлетворения пиков спроса на электроэнергию. В этом отношении они могут имитировать или заменить динамики, работающие на природном газе, и помочь устранить узкие места в распределительных сетях, но обычно без тех же капитальных затрат.

В чем разница между виртуальной электростанцией и микросетью?

Микросети (и мини-сети) также часто включают сочетание распределенных возобновляемых источников энергии, хранилищ, гибкого спроса и электростанций, работающих на ископаемом топливе.Но есть и важные отличия: в сеть интегрировано

  • VPP. Микросети часто являются автономными, а в сетевых настройках они предназначены для изолированного использования, чтобы они могли продолжать работать независимо, если сеть выходит из строя.
  • VPP
  • могут быть собраны с использованием ресурсов, подключенных к любой части сети, тогда как микросети обычно ограничены определенным местоположением, например островом или районом.
  • В этих двух концепциях используются разные системы управления и эксплуатации.VPP управляются с помощью программного обеспечения агрегации, предлагающего функции, имитирующие функции традиционной диспетчерской электростанции. Микросети полагаются на дополнительные аппаратные инверторы и переключатели для изолирования, потока мощности на месте и управления качеством электроэнергии.
  • Еще одно отличие касается рынков и регулирования. VPP нацелены на оптовые рынки и обычно не требуют специального регулирования. Микросети, с другой стороны, больше ориентированы на питание конечного пользователя.

В чем разница между виртуальной электростанцией и ответом на спрос?

Это немного сложнее, и оно связано с семантикой энергетической отрасли.Термин «реакция спроса» появился несколько десятилетий назад в программах, в которых заводы или коммерческие здания должны были вручную отключать нагрузки для борьбы с авариями в энергосистеме. Хотя за последнее десятилетие отрасль стала намного более сложной, она все еще включает эти ручные программы наряду с более автоматизированными и гибкими.

Еще одно семантическое различие заключается в том, на какой стороне кривой спроса и предложения он считается. Согласно документу, цитируемому Институтом экономики энергетики Японии, реакция спроса — это инициатива со стороны спроса; VPP — это инициатива со стороны предложения.

Но на практике это не означает особого различия. VPP, такие как та, что эксплуатируется Enel X на Тайване, в основном основаны на реакции спроса, при этом нагрузки составляют большую часть ее мегаватт.

По этой причине в настоящее время, вероятно, проще всего думать об активах реагирования на спрос как об одном типе гибкой единицы, которую можно включить в VPP.

Как виртуальные электростанции зарабатывают деньги?

Традиционные тепловые электростанции обеспечивают мощность при необходимости, а также предоставляют ряд дополнительных услуг по стабилизации сети, от стабилизации напряжения до частотной характеристики.VPP потенциально могут зарабатывать деньги и на обоих типах операций.

Что касается пропускной способности, например, точки VPP уже развернуты, чтобы обойти необходимость усиления сети. В одном случае в Австралии коммунальное предприятие под названием Evoenergy смогло сэкономить около 2 миллионов австралийских долларов (1,6 миллиона долларов США) за счет использования VPP во избежание модернизации подстанции.

А в Орегоне Portland General Electric собирает 4-мегаваттную ВЭС в качестве предшественника 200-мегаваттной распределенной гибкости. Домохозяйства, принимающие участие в эксперименте VPP, получают скидку на покупку батарей или им платят 20 или 40 долларов в месяц за использование существующих батарей.

Наконец, в знак того, что VPP становятся товаром, Redwood, штат Калифорния, AutoGrid, которая управляет VPP в 12 странах с контрактной мощностью 5000 МВт, предлагает свои системы управления для покупки через рынок Amazon Web Services. Попробуйте сделать это с парогазовой турбиной.

Вам не нужно красивое программное обеспечение для создания виртуальной электростанции?

Да. Технологии — один из ключевых компонентов в разработке VPP, и первопроходцами, как правило, были компании, которым приходилось создавать программные платформы для мониторинга и управления активами на территории клиента, такими как батареи.

К 2016 году уже по крайней мере полдюжины компаний по хранению энергии только в Германии работали над концепциями VPP.

Какие компании создают виртуальные электростанции?

Большинство пионеров VPP были раскуплены более крупными группами в последние годы, в результате чего концепция виртуальной электростанции стала широко распространенной. Например:

  • Геотермальная и возобновляемая энергетическая компания Ormat Technologies приобрела Viridity Energy в начале 2017 года.
  • В том же году Greensmith Energy была куплена финским энергетическим гигантом Wärtsilä.
  • Итальянская компания Enel начала активно расходовать средства на технологии распределенной энергетики, купив Demand Energy, EnerNOC и eMotorWerks, чтобы заложить основы своего предложения VPP.
  • Engie купила долю * в Kiwi Power of the UK. в 2018 году и Tiko of Switzerland в 2019 году.
  • В 2019 году Shell купила sonnen, немецкого производителя бытовых аккумуляторов, который разрабатывает VPP в Австралии, Германии и США.
  • Hanwha Q Cells приобрела в августе этого года поставщика технологий VPP из Сан-Франциско, компанию Geli.
  • Generac Power Systems купила Enbala Power Networks в октябре за нераскрытую сумму.
  • Также в октябре компания Fluence, лидер по хранению энергии в сети, приобрела компанию AMS.
  • Крупнейшая нефтегазовая компания Испании Repsol в прошлом году инвестировала неопределенную сумму в Ampere.

Это всего лишь пример сделок, связанных с VPP. И помимо приобретений:

  • Green Mountain Power of Vermont работает с разработчиком программного обеспечения Virtual Peaker, чтобы отправить батареи Tesla Powerwall в сеть Новой Англии.
  • Немецкая компания Next Kraftwerke предлагает емкость аккумуляторных батарей для электромобилей на вторичном резервном рынке Нидерландов, а стартап Tibber делает то же самое в Германии.
  • Жилой гигант солнечной энергии Sunrun установил VPP на базе солнечной энергии и накопителей на рынках США от Массачусетса до Калифорнии и Гавайев.
  • Tesla претендовала на крупнейшую в мире VPP в 2018 году, заключив сделку по установке 50 000 солнечных систем плюс накопители в Южной Австралии, и участвует во множестве других проектов по всему миру.
  • , Великобритания, производитель интеллектуальных систем хранения данных Moixa управляет 22 000 систем хранения данных в Японии, а также выполняет небольшие развертывания VPP в других местах.
  • Centrica смонтировала VPP в Корнуолле, западная Англия, совместно с sonnen, бельгийской фирмой по разработке программного обеспечения N-Side, Western Power Distribution и National Grid.
  • GreenCom Networks, поддерживаемая Centrica, собирает в Германии «энергетические сообщества» с помощью программного обеспечения, которое может предоставлять услуги VPP.
  • General Electric исследовала создание VPP с использованием технологии блокчейн и продает цифровые системы для разработки VPP наряду с традиционными электростанциями.

Опять же, это не исчерпывающий список, но он отражает жизнеспособность пространства VPP. Ожидайте большего количества приобретений и консолидации в космосе, поскольку энергетические гиганты пытаются собрать воедино элементы, которые могут удовлетворить будущие потребности сетей.

Исправление: Первоначально в истории говорилось, что Enel купила контрольный пакет акций Kiwi. Фактически, он купил миноритарный пакет акций.

Вермонт модернизирует свою энергосистему для борьбы с изменением климата

Посетители, входящие в центральную диспетчерскую с кодовым замком в Колчестере компании Green Mountain Power (GMP), штат Вент., штаб инстинктивно понижает голос, шепча в знак уважения к операторам, передающим приказы из-за полукруглых групп экранов. Это устрашающее место; Одна сторона комнаты с черными стенами занята дисплеем, на котором изображен обширный, залитый желтым светом лабиринт соединений и символов: карта электричества, протекающего по локальной сети. У технических специалистов здесь непростая работа по управлению этой обширной взаимосвязанной сетью; управление сотнями автоматических выключателей; мониторинг солнечной и гидроэлектрической мощности; и предвидеть скачки спроса на энергию, чтобы свет Вермонта оставался включенным.В случае сбоя эти операторы помогают координировать кропотливую работу по возобновлению работы системы.

«По сути, это похоже на загадку», — говорит Джефф Лоуренс, семилетний ветеран диспетчерской. «Когда приходит шторм, головоломка разваливается. Тебе нужно собрать все вместе, по кусочку за раз ».

В Вермонте и по всей стране эти кусочки головоломки все чаще разваливаются, поскольку изменение климата делает экстремальные погодные явления более частыми и серьезными.В прошлом месяце из-за экстремально высоких температур электросети на северо-западе Тихого океана оказались на пределе своих возможностей, и около 700 человек погибли во время массовых отключений электроэнергии в Техасе прошлой зимой. «Душераздирающе видеть, как происходят погодные явления, и видеть последствия изменения климата, происходящие по всей стране», — говорит генеральный директор Green Mountain Power Мари МакКлюр, сидя в конференц-зале в штаб-квартире компании.

Инженеры

GMP потратили два года на моделирование электрических сценариев и тестирование компонентов, чтобы убедиться, что система будет работать безопасно.«Я могу придумать 10 000 причин, по которым вы бы не стали этим заниматься», — говорит Джош Кастонгуэй, вице-президент по разработке и инновациям, сфотографированный на солнечной ферме 23 июня. «Это не сработает. Это не сработает. Они. это все, через что вам нужно было спроектировать «.

Хилари Свифт для ВРЕМЕНИ

МакКлюр говорит размеренным тоном, рисуя формы руками, поскольку она объясняет, что отчасти для уменьшения угрозы изменения климата GMP находится в процессе преобразования своей сети.По ее словам, он уходит от крупных генераторных станций и протяженных линий электропередачи к более децентрализованному подходу, основанному на таких технологиях, как сети подключенных к коммунальным предприятиям устройств и новые, более дешевые аккумуляторные батареи, в системе, предназначенной для защиты от массовых отключений электроэнергии и ускорить переход от ископаемого топлива. МакКлюр, в прошлом MVP женской баскетбольной команды Университета Буффало, любит спортивные метафоры. «Вы играете усердно, и победа сама о себе», — говорит она.«Это аналогия с нашей работой по трансформации». Но точно так же, как и в баскетбольном матче, когда дело доходит до гигантской задачи по перестройке национальной энергосистемы, чтобы избежать климатической катастрофы, время на исходе.

Обезуглероживание электрической системы США не так просто, как замена каждой электростанции, работающей на ископаемом топливе, на ветряную электростанцию ​​или солнечную батарею. В отличие от угля и природного газа, возобновляемые ресурсы непостоянны — это означает, что они не работают, когда не дует ветер или не светит солнце.Существенный переход на возобновляемые источники энергии потребует реконструкции электрических сетей с учетом этих ограничений, что является масштабным и дорогостоящим мероприятием. Национальные лидеры взяли на себя множество обязательств по сокращению выбросов и устойчивости, но не спешили внедрять реальные решения. В последнее время GMP и другие дальновидные энергетические компании начали устранять этот пробел, опробовав комплексную системную реконструкцию и инженерные решения, необходимые для создания надежной безуглеродной энергосистемы, пока не стало слишком поздно.

Штаб-квартира

GMP в Колчестере, штат Вирджиния. После активации в этом месяце система Panton станет первой в США общественной микросетью, способной работать на возобновляемых источниках энергии без резервного источника ископаемого топлива.

Хилари Свифт для ВРЕМЕНИ

Сельский Пантон, штат Вирджиния, является домом для новейшей попытки GMP переделать электрическую систему: «микросеть», подключенная к солнечной электростанции, которая может распределять электроэнергию по частям близлежащего сообщества в случае, если они будут отключены от электросети. основная энергетическая сеть из-за падающих деревьев или сильных снегопадов, что является обычным явлением в этом изолированном городке Новой Англии.Инженеры GMP потратили два года на моделирование электрических сценариев и тестирование компонентов, чтобы убедиться, что система будет работать безопасно. «Я могу придумать 10 000 причин, по которым вы бы не стали этим заниматься», — говорит Джош Кастонгуэй, вице-президент по инжинирингу и инновациям GMP, стоя возле 4,9-мегаваттной аккумуляторной батареи, которая помогает питать сеть, когда солнце не светит. и который одновременно служит источником местной энергии для города в чрезвычайной ситуации. «Это не сработает. Это не сработает. Это все, что вам нужно просто спроектировать.«После активации в этом месяце система Panton станет первой в США общественной микросетью, которая может работать на возобновляемых источниках энергии без резервного источника ископаемого топлива.

Установить и запустить такую ​​систему непросто. Во-первых, автоматические выключатели линий электропередач, которые отключают электричество, если, скажем, дерево повреждает опору электросети, не были предназначены для работы только от одной батареи, перекачивающей энергию по своим линиям. Решение GMP представляет собой новое применение типа трансформатора, известного как банк заземления, для повышения напряжения в микросети Panton до уровня, достаточного для обеспечения срабатывания выключателей при повреждении электрических проводов.

Еще один проект GMP по модернизации сети заключается в сдаче в аренду систем резервного питания от батарей Tesla Powerwall домовладельцам по ценам ниже рыночных, а затем их использование с разрешения домовладельцев для удовлетворения потребностей населения в электроэнергии в часы пик (обещали оставить достаточно заряда до метели или других погодных явлений, которые могут вывести из строя линии электропередачи). Когда программа началась еще в 2017 году, это была первая подобная инициатива в США, спонсируемая коммунальными предприятиями.; почти 1000 жителей Vermonters зарегистрировались в течение года. Государственные регулирующие органы одобрили ее в качестве постоянной программы в конце 2020 года. Она предлагает огромные климатические преимущества: коммунальные предприятия часто используют свои самые грязные ресурсы производства электроэнергии в наиболее интенсивные периоды высокого спроса несколько раз в год, либо за счет покупательной способности у электростанций, работающих на ископаемом топливе в США. далекие государства или запуск бездействующих газовых электростанций. С помощью своей программы Powerwall GMP может компенсировать часть этого пикового спроса, сбрасывая накопленную электроэнергию в сеть из гаражей и подвалов по всему штату, тип установки, известный как «виртуальная электростанция» (VPP).(Термин также относится к сетям других устройств, таких как водонагреватели, которыми коммунальные предприятия могут управлять удаленно для управления сетью.)

«Коммунальные предприятия по всей стране все лучше понимают, что у нас не хватает времени на ископаемое топливо», — говорит Мари МакКлюр, генеральный директор Green Mountain Power.«С другой стороны, мы как отрасль должны двигаться быстрее».

Хилари Свифт для ВРЕМЕНИ

Другие коммунальные предприятия США с тех пор запустили аналогичные программы для батарейных сетей, многие из которых получили рекомендации GMP. Liberty Utilities в Нью-Гэмпшире запустила программу VPP по аккумуляторным батареям в 2018 году; Rocky Mountain Power в штатах Юта, Вайоминг и Айдахо сделали это в 2019 году; и Portland General Electric и Southern California Edison запустили программы в прошлом году.Фирмы по производству аккумуляторов и установщики, такие как Sonnen и Sunrun, вступили в партнерские отношения с коммунальными предприятиями, участвовали в коммунальных программах, которые позволяли нескольким установщикам вносить аккумуляторы, или, в случае Соннена, объединили свои собственные сообщества домашних аккумуляторов в США. (США здесь до некоторой степени играют в догонялки; такие инициативы существуют за пределами страны с 2015 года.) Между тем GMP расширила свою собственную инициативу VPP, инвестировав около 30 миллионов долларов в регистрацию более 2000 домов в одном из крупнейших коммунальных предприятий. согласованные программы домашних аккумуляторов на даче.

Графика Лона Твитена для TIME

Эксперты

Energy говорят, что системы VPP необходимы в ближайшем будущем, отчасти потому, что они могут помочь предотвратить перегрузки, подобные той, которая нанесла ущерб Техасу в начале этого года.В более долгосрочной перспективе переход на возобновляемые источники энергии потребует учета перебоев, что означает создание огромного количества накопителей энергии, чтобы энергия была доступна в пасмурные или безветренные дни. Точный объем накопленной энергии, который понадобится США, зависит от таких факторов, как количество инвестиций в новые линии электропередачи, которые могут снизить потребность в батареях за счет перемещения энергии от ветряных электростанций и солнечных полей, производящих энергию, в районы, где используются возобновляемые источники энергии. простаивает, но прогнозы колеблются от 150 до 450 гигаватт мощности, или общей потенциальной выработки электроэнергии, чтобы полностью возобновляемая национальная система работала.(Плотина Гувера, для контекста, имеет мощность 2 гигаватта.) Батареи коммунального масштаба, подобные той, что в Пантоне, могут составлять большую часть этого нового хранилища, наряду с гидроэнергетикой, закачиваемой в резервные резервуары. Но развертывание аккумуляторных систем VPP также может упростить и удешевить эту работу, чем строительство одних только аккумуляторных батарей для коммунальных предприятий, поскольку во многих случаях VPP будут более рентабельными, уменьшат потребность в новых проводах передачи для подключения больших батарей к сети и обеспечивают дополнительное преимущество резервного питания дома на случай отключения электричества.

«По сути, это похоже на головоломку», — говорит один ветеран диспетчерской GMP.«Когда приходит шторм, головоломка разваливается. Вам нужно собрать ее по кусочкам».

Хилари Свифт для ВРЕМЕНИ

Помимо нескольких недовольств видом, омраченным солнечными батареями, Ховард Холл, председатель избранного совета Panton, говорит, что местные жители были счастливы работать с компанией над тестированием микросети.

Хилари Свифт для ВРЕМЕНИ

Когда дело доходит до системных изменений в энергосистеме, местная оппозиция имеет репутацию сорвавшей даже самые продуманные планы зеленой энергетики. Некоторые из проектов ветряных турбин GMP, например, получили сопротивление со стороны жителей, обеспокоенных шумом и испорченными видами на вершины холмов.В Пантоне компания начала продавать населению солнечную батарею и микросеть еще в 2015 году, планируя звонки с членами городского совета и привозя делегации на собрания совета. «Я думаю, они просто пытались нас почувствовать», — говорит Ховард Холл, председатель избирательного совета города, в бывшей церкви 18 века, которая служит ратушей для общины на озере Шамплейн с населением менее 700 человек. GMP завершила модернизацию этого 150-летнего здания новыми светодиодными лампами и электрическими тепловыми насосами и установила первый и единственный уличный фонарь на близлежащем перекрестке.Атака очарования сработала — за исключением нескольких недовольств, говорит Холл, местные жители были счастливы работать с GMP над тестированием нового проекта компании по созданию микросетей. «Мои жители могут получить надежную электроэнергию в любых условиях, и это нам ничего не стоит», — говорит Холл. «Почему бы нам этого не сделать?»

Желание получить резервную электроэнергию в подверженном снежным бурям Вермонте также мотивировало некоторое участие в программе VPP GMP, но многие жители также присоединились к ним из-за беспокойства по поводу потепления климата — серьезной проблемы в широко либерально настроенном штате (69% жителей Вермонтера). считают, что изменение климата влияет на погоду, что на 5 процентных пунктов выше среднего показателя по стране).Многие местные жители заметили, что зимой исчезают снега, лето становится жарче, а весна с каждым годом приходит все чаще. «Я был так встревожен тем, что мы выбрасываем в атмосферу, и тем глобальным влиянием, которое это оказывает на экосистемы», — говорит 71-летний участник VPP Джерри Хоукс. Он и его 73-летняя жена Карен Хоукс показали мне GMP- подключили батарею в подвале своего бревенчатого дома, который Джерри построил несколько десятилетий назад на вершине холма в Вудстоке, штат Вирджиния, в 50 милях к юго-востоку от Пантона.

Джерри всю свою карьеру работал лесником и изобретателем, разрабатывая такие инновации, как модульная система велосипедных дорожек и инструмент, похожий на тачку, для расчистки обломков после землетрясения.Теперь он ведет бизнес по борьбе с местными инвазивными растениями без гербицидов, используя управляемый огнемет и трактор-мульчер собственной разработки, который он называет «Forest Saver». Он приветлив и улыбается, когда говорит, но его тон становится мрачным, когда речь заходит о проблемах окружающей среды, особенно об угрозе, которую изменение климата и другие факторы экологического стресса представляют для знаменитых лесов Новой Англии. «Мы не знаем, насколько быстро все развивается, но мы не идем в правильном направлении», — говорит Джерри. Он указывает на деревья с пожелтевшими и редеющими листьями.«Видите ли, для них достаточно места», — говорит он. «Они не должны так умирать».

Система резервного питания от батарей Tesla Powerwall в доме в Гилфорде, штат Вент.Когда в 2017 году началась программа модернизации энергосистемы, это была первая подобная инициатива в США, спонсируемая коммунальными предприятиями. В течение года к ней присоединились около 1000 жителей Vermonters. В конце 2020 года государственные регуляторы одобрили ее как постоянную программу.

Хилари Свифт для ВРЕМЕНИ

Срок пребывания в должности Мари МакКлюр в качестве руководителя GMP совпал с обновлением национального внимания к изменению климата и устойчивости энергосистемы, которое распространяется на самые высокие уровни правительства.«Поскольку мы стали свидетелями большего количества ураганов и более серьезных экологических проблем из-за суровых погодных условий, мы хотим иметь устойчивую систему», — говорит Патриция Хоффман, исполняющая обязанности помощника секретаря в Управлении электроэнергетики Министерства энергетики США. Тем не менее, эксперты в области энергетики говорят, что сети страны не модернизируются достаточно быстро. Некоторые крупные коммунальные предприятия, такие как Duke Energy из Северной Каролины, предложили «пути» к нулевому уровню выбросов, которые по-прежнему зависят от строительства новых заводов по производству природного газа, даже несмотря на то, что все растет консенсус в отношении того, что такие проекты невозможно оправдать с точки зрения климата.Другие коммунальные предприятия медленно продвигаются по новым сетевым инициативам. Orange и Rockland Utilities, дочерняя компания Consolidated Edison, базирующаяся в Нью-Йорке, которая обслуживает части северного Нью-Джерси и юго-востока Нью-Йорка, запустила проект VPP солнечных батарей в июне прошлого года, но год спустя еще не ввела в эксплуатацию какие-либо домашние батареи. (Коммунальная компания заявляет, что COVID-19 замедлил их планы, потому что они не могли осуществлять прямой маркетинг от двери до двери.) Между тем, некоторые новые линии электропередачи, еще один важный компонент зеленого перехода, были затруднены из-за местных юридических проблем. — плохой знак, поскольку администрация Байдена готовится к расширению такой инфраструктуры.Между тем, аккумуляторные батареи могут быть слишком дорогими для создания масштабов в несколько сотен гигаватт, необходимых для декарбонизации.

Другие страны продвинулись быстрее, чем США, в улучшении инновационных сетей. Австралия разрабатывает, по ее словам, крупнейшую в мире систему VPP, соединяющую 50 000 домашних аккумуляторов. В Великобритании Kaluza, дочерняя компания британского поставщика энергии Ovo, платит клиентам за доступ к их аккумуляторам электромобилей во время зарядки, чтобы помочь контролировать электрические пики (представители компании говорят, что компания расширится до США.С. в ближайшие месяцы). Аналогичная децентрализованная инициатива от Ford, который использует батареи в своем предстоящем электрическом F-150, может появиться через годы.

В США новые линии электропередачи ждут федеральных денег, в то время как хранилище коммунальных услуг, хотя и растет, также будет стимулироваться дополнительными государственными инвестициями. В мире VPP некоторые коммунальные предприятия США обвиняют в медленном прогрессе государственные регулирующие органы, которые контролируют расходы и сборы коммунальных предприятий и которые могут лишить коммунальные предприятия стимулов вкладывать деньги в новые усовершенствованные сетевые программы, если нет механизмов для окупаемости их инвестиций.Установщики аккумуляторов, такие как Sunrun, говорят, что сами коммунальные предприятия намеренно тормозят такие инициативы. «Определенно есть коммунальные предприятия, которые не так дальновидны в Green Mountain Power», — говорит Крис Раушер, который руководит политикой Sunrun и стратегией рынка систем хранения. «Исторически сложилось так, что эти коммунальные предприятия придерживаются принципа откладывать, откладывать, откладывать, просто бросать песок в глаза всем, потому что им нужно время, чтобы попытаться понять, куда движется будущее и какие выгоды они могут получить». Однако некоторые наблюдатели говорят, что производители батарей тоже не безупречны.Функциональная совместимость — или способность аккумуляторов разных производителей работать как часть единой системы — является серьезным препятствием для широкого использования VPP, поскольку коммунальные предприятия должны иметь возможность заряжать или разряжать большие сети аккумуляторов в тандеме, чтобы управлять спросом. шипы. Но производители аккумуляторов не собираются работать вместе и преодолевать эти проблемы. «Все они думают, что могут монополизировать рынок», — говорит Аршад Мансур, генеральный директор Исследовательского института электроэнергетики, некоммерческой исследовательской организации в области энергетики.

В то время как желание получить резервную электроэнергию в штате, подверженном метели, мотивировало некоторое участие в программе GMP VPP, многие жители присоединились к ней, опасаясь потепления климата.«Я был так встревожен тем, что мы выбрасываем в атмосферу, и тем глобальным влиянием, которое это оказывает на экосистемы», — говорит Джерри Хоукс, у которого в подвале своего бревенчатого дома есть аккумулятор, подключенный к GMP.

Хилари Свифт для ВРЕМЕНИ

И вне зависимости от обвинений, предстоит еще грандиозная задача и скудное время, оставшееся на ее выполнение.Электрические системы основаны на крупных централизованных электростанциях с «базовой нагрузкой», которые направляют постоянный ток электричества в дальние границы сети, с дополнительными электростанциями, которые подают дополнительную электроэнергию, когда это необходимо. Действительно, устранение выбросов углерода от электростанций с базовой нагрузкой может стать последним рубежом перехода на «зеленые» сети. Ядерная энергия может обеспечивать базовую нагрузку, но новые атомные разработки в течение многих лет были вялыми, отчасти из-за сохраняющихся проблем общественного мнения после громких аварий, в то время как системы улавливания углерода на ископаемом топливе, которые теоретически могут генерировать нулевые выбросы мощность при базовой нагрузке — до крупномасштабного внедрения еще годы.И хотя возобновляемые источники энергии, такие как ветер и солнечная энергия, производят много энергии, прерывистость означает, что им будет чрезвычайно трудно заменить собой станции с базовой нагрузкой без огромного количества новых линий электропередачи и хранилищ, от сетей небольших батарей до многомегаваттных гигантов. .

Столкнувшись с задачей переделать эту систему, МакКлюр осторожно надеется. «Коммунальные предприятия по всей стране все лучше понимают, что у нас не хватает времени на ископаемое топливо», — говорит она.«С другой стороны, мы как отрасль должны двигаться быстрее». Карен Хоукс тоже полна надежд — она ​​говорит, что уже была свидетельницей перемены в окружающей среде. В 1970-х и 1980-х годах многие деревья Вермонта начали массово болеть и умирать — явление, связанное с кислотными дождями из автомобилей и дымовых труб, до того как поправки 1990 года к Закону о чистом воздухе помогли обратить вспять этот упадок. Она вспоминает, что в худший период ее муж Джерри трясся от волнения, рассматривая скудную болезненную листву на клене рядом с их домом.«Я помню, как Джерри сказал:« Думаю, через пять лет мы не увидим кленов ». И я был потрясен этим замечанием», — говорит Карен, стоя рядом с тем же деревом, которое Джерри изучал несколько десятилетий назад. вечерний солнечный свет. «Но этого не произошло — Закон о чистом воздухе очень помог. Так что я более оптимистичен ».

Получите краткую информацию.Подпишитесь, чтобы получать самые важные новости, которые вам нужно знать прямо сейчас.

Спасибо!

В целях вашей безопасности мы отправили письмо с подтверждением на указанный вами адрес. Щелкните ссылку, чтобы подтвердить подписку и начать получать наши информационные бюллетени.Если вы не получите подтверждение в течение 10 минут, проверьте папку со спамом.

Напишите Алехандро де ла Гарса по адресу [email protected]

Гидроэлектроэнергия Водопользование

• Школа водных наук ГЛАВНАЯ • Темы водопользования •

Плотина Чодьер отводит воду из реки Оттава, Канада.

Кредит: Викимедиа

На протяжении всей истории люди использовали движущуюся воду для помощи в работе, а современные люди широко используют движущуюся воду для производства электроэнергии.Несомненно, пещерный Джек прикрепил к шесту несколько крепких листьев и бросил их в движущийся поток. Вода вращала шест, который измельчал зерно, чтобы приготовить вкуснейшие обезжиренные доисторические кексы с отрубями. На протяжении многих веков энергия воды использовалась для работы мельниц, перемалывающих зерно в муку. На протяжении всей истории люди использовали движущуюся воду для помощи в работе, а современные люди широко используют движущуюся воду для производства электроэнергии.

Гидроэнергетика для нации

Хотя большая часть энергии в Соединенных Штатах производится на ископаемом топливе и атомными электростанциями, гидроэлектроэнергия по-прежнему важна для нации.В настоящее время огромных электрогенераторов размещены внутри плотин . Вода, протекающая через плотины, вращает лопатки турбин (сделанные из металла вместо листьев), которые соединены с генераторами. Электроэнергия производится и отправляется в дома и на предприятия.

Мировое распределение гидроэнергетики

  • Гидроэнергетика — самый важный и широко используемый возобновляемый источник энергии.
  • Гидроэнергетика составляет около 17% (Международное энергетическое агентство) от общего производства электроэнергии.
  • Китай является крупнейшим производителем гидроэлектроэнергии, за ним следуют Канада, Бразилия и США (Источник: Управление энергетической информации).
  • Примерно две трети экономически обоснованного потенциала еще предстоит освоить. Неиспользованные гидроресурсы по-прежнему в изобилии в Латинской Америке, Центральной Африке, Индии и Китае.

Производство электроэнергии с использованием гидроэлектроэнергии имеет некоторые преимущества перед другими методами производства энергии .Сделаем быстрое сравнение:

Преимущества гидроэнергетики

  • Топливо не сжигается, поэтому загрязнение минимально
  • Вода для работы электростанции предоставляется бесплатно по природе
  • Гидроэнергетика играет важную роль в сокращении выбросов парниковых газов
  • Относительно низкие затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание
  • Технология надежна и проверена временем
  • Возобновляемый — дождь обновляет воду в резервуаре , поэтому топливо почти всегда есть

Прочтите расширенный список преимуществ гидроэнергетики с конференции Top World Conference on Sustainable Development, Йоханнесбург, Южная Африка (2002)

Недостатки электростанций, использующих уголь, нефть и газовое топливо

  • Они используют ценные и ограниченные природные ресурсы
  • Они могут производить много загрязнений
  • Компании должны выкопать землю или бурить скважины, чтобы добыть уголь, нефть и газ
  • Для АЭС существуют проблемы с удалением отходов

Гидроэнергетика не идеальна и имеет некоторые недостатки

  • Высокие инвестиционные затраты
  • Зависит от гидрологии ( осадков )
  • В некоторых случаях затопление земель и мест обитания диких животных
  • В некоторых случаях потеря или изменение местообитаний рыб
  • Захват или ограничение прохода рыбы
  • В отдельных случаях изменения в водохранилище и потоке Качество воды
  • В некоторых случаях перемещение местного населения

Гидроэнергетика и окружающая среда

Гидроэнергетика не загрязняет окружающую среду, но оказывает воздействие на окружающую среду

Гидроэнергетика не загрязняет воду и воздух.Однако гидроэнергетические объекты могут иметь большое воздействие на окружающую среду, изменяя окружающую среду и влияя на землепользование, дома и естественную среду обитания в районе плотины.

Большинство гидроэлектростанций имеют плотину и водохранилище. Эти структуры могут препятствовать миграции рыб и влиять на их популяции. Эксплуатация гидроэлектростанции может также изменить температуру воды , и сток реки. Эти изменения могут нанести вред местным растениям и животным в реке и на суше.Водохранилища могут покрывать дома людей, важные природные территории, сельскохозяйственные угодья и места археологических раскопок. Таким образом, строительство плотин может потребовать переселения людей. Метан, сильный парниковый газ, также может образовываться в некоторых резервуарах и выбрасываться в атмосферу . (Источник: EPA Energy Kids)

Строительство водохранилища в США «иссякает»

Гоша, гидроэлектроэнергия звучит здорово — так почему бы нам не использовать ее для производства всей нашей энергии? В основном потому, что вам нужно много воды и много земли, где вы можете построить плотину и водохранилища , что все требует ОЧЕНЬ денег, времени и строительства.Фактически, большинство хороших мест для размещения гидроэлектростанций уже занято. В начале века гидроэлектростанции обеспечивали чуть меньше половины всей электроэнергии страны, но сегодня это число снизилось примерно до 10 процентов. Тенденцией на будущее, вероятно, будет строительство малых гидроэлектростанций, которые могут вырабатывать электроэнергию для одного сообщества.

Как видно из этого графика, строительство поверхностных водохранилищ в последние годы значительно замедлилось. В середине 20 века, когда урбанизация происходила быстрыми темпами, было построено множество водохранилищ, чтобы удовлетворить растущий спрос людей на воду и электроэнергию.Примерно с 1980 года темпы строительства водохранилищ значительно замедлились.

Типовая гидроэлектростанция

Гидроэнергия вырабатывается падающей водой. Способность производить эту энергию зависит как от имеющегося потока, так и от высоты, с которой он падает. Накапливаясь за высокой плотиной, вода аккумулирует потенциальную энергию. Это превращается в механическую энергию, когда вода устремляется вниз по шлюзу и ударяется о вращающиеся лопасти турбины.Вращение турбины вращает электромагниты, которые генерируют ток в неподвижных катушках проволоки. Наконец, ток пропускается через трансформатор, где напряжение увеличивается для передачи на большие расстояния по линиям электропередачи. (Источник:

)

Падающая вода производит гидроэлектроэнергию. Теория состоит в том, чтобы построить плотину на большой реке с большим перепадом высоты (в Канзасе или Флориде не так много гидроэлектростанций).Плотина хранит много воды позади себя в водохранилище. У подножия стены дамбы находится водозабор. Гравитация заставляет его проваливаться через напорный водовод внутри дамбы. В конце напорного трубопровода находится пропеллер турбины, который вращается движущейся водой. Вал турбины идет вверх в генератор, который производит мощность. К генератору подключены линии электропередач, по которым электричество доставляется в ваш дом и в мой. Вода проходит мимо гребного винта по отводу в реку мимо плотины.

Производство гидроэлектроэнергии в США и в мире

На этой диаграмме показано производство гидроэлектроэнергии в 2012 году в ведущих странах мира, производящих гидроэлектроэнергию. В последнее десятилетие Китай разработал крупные гидроэлектростанции и в настоящее время занимает лидирующие позиции в мире по использованию гидроэлектроэнергии. Но с севера на юг и с востока на запад страны всего мира используют гидроэлектроэнергию — главные составляющие — это большая река и перепад высот (конечно, вместе с деньгами).

Источники энергии, Возобновляемые источники энергии, Нефть, Уголь

СВОБОДА! Я стою в захламленной комнате, окруженной обломками электрического энтузиазма: обрывками проводов, кусочками меди, желтыми разъемами, изолированными плоскогубцами. Для меня это инструменты свободы. Я только что установил на крышу с десяток солнечных панелей, и они работают. Измеритель показывает, что 1285 Вт мощности направляются прямо от солнца в мою систему, заряжают мои батареи, охлаждают мой холодильник, гудят в моем компьютере, освобождая мою жизнь.

Эйфория энергетической свободы вызывает привыкание. Не поймите меня неправильно; Я люблю ископаемое топливо. Я живу на острове, на котором нет инженерных сетей, но в остальном мы с женой ведем нормальную американскую жизнь. Нам не нужны пропановые холодильники, керосиновые лампы или компостные туалеты. Нам нужно много розеток и устройство для приготовления капучино. Но когда я включаю эти панели, ничего себе!

Может быть, это потому, что для меня, как и для большинства американцев, тот или иной энергетический кризис омрачил большую часть последних трех десятилетий.От кризиса ОПЕК в 1970-х годах до стремительного роста цен на нефть и бензин сегодня озабоченность мира по поводу энергии преследовала президентские речи, кампании в Конгрессе, книги о бедствиях и мое собственное чувство благополучия с той же гложущей тревогой, которая была характерна для холодная война.

Как сообщал National Geographic в июне 2004 года, нефть, которая больше не дешевая, может скоро подешеветь. Нестабильность там, где находится большая часть нефти, от Персидского залива до Нигерии и Венесуэлы, делает этот спасательный трос хрупким.Природный газ трудно транспортировать, и он подвержен дефициту. В ближайшее время у нас не закончится уголь или в значительной степени неиспользованные месторождения битуминозных песков и горючего сланца. Но очевидно, что углекислый газ, выделяемый углем и другими ископаемыми видами топлива, нагревает планету, как сообщил этот журнал в сентябре прошлого года.

Избавиться от этого беспокойства заманчиво. С моими новыми панелями ничто не стоит между мной и безграничной энергией — никакой иностранной нации, никакой энергетической компании, никакой вины за выбросы углерода. Я свободен!

Ну почти.Вот и облако.

Тень крадется по моим панелям и моему сердцу. Счетчик показывает всего 120 Вт. Мне нужно запустить генератор и сжечь еще бензина. В конце концов, это будет непросто.

Проблема с энергетической свободой в том, что она вызывает привыкание; когда у тебя мало, ты хочешь много. В микрокосме я похож на людей в правительстве, промышленности и частной жизни во всем мире, которые попробовали немного этой любопытной и неотразимой свободы и полны решимости найти больше.

Некоторые эксперты считают, что это стремление даже важнее, чем война с терроризмом. «Терроризм не угрожает жизнеспособности нашего высокотехнологичного образа жизни», — говорит Мартин Хофферт, профессор физики Нью-Йоркского университета. «Но энергия действительно есть».

Экономия энергии может предотвратить расплату, но, в конце концов, вы не можете сберечь то, чего у вас нет. Так что Хофферт и другие не сомневаются: пришло время активизировать поиск следующего великого топлива для голодного двигателя человечества.

А такое топливо есть? Краткий ответ: нет. Специалисты произносят это как мантру: «Серебряной пули не бывает». Хотя некоторые истинно верующие утверждают, что между нами и бесконечной энергией космического вакуума или ядра Земли стоят только обширные заговоры или недостаток средств, правда в том, что в основе уравнения или в конце сверла.

Увлечение водородными автомобилями может произвести неверное впечатление. Водород не является источником энергии.Он находится вместе с кислородом в простой старой воде, но его нельзя принимать. Водород должен быть освобожден, прежде чем он станет полезным, а это стоит больше энергии, чем водород возвращает. В наши дни эта энергия в основном поступает из ископаемого топлива. Никакой серебряной пули.

Однако длинный ответ о нашем следующем топливе не такой уж мрачный. Фактически, множество претендентов на энергетическую корону, в настоящее время удерживаемую ископаемым топливом, уже под рукой: ветряная, солнечная, даже ядерная, и это лишь некоторые из них. Но преемником должен быть конгресс, а не король.Практически каждый энергетический эксперт, которого я встречал, делал что-то неожиданное: он продвигал не только свою, но и все остальные.

«Нам понадобится все, что мы можем получить из биомассы, все, что мы можем получить от солнечной энергии, все, что мы можем получить от ветра», — говорит Майкл Пачеко, директор Национального центра биоэнергетики, входящего в Национальную лабораторию возобновляемых источников энергии ( NREL) в Голдене, штат Колорадо. «И все же вопрос в том, сможем ли мы насытиться?»

Большая проблема — большие числа. В мире ежедневно используется около 320 миллиардов киловатт-часов энергии.Это равно примерно 22 непрерывно горящим лампочкам на каждого человека на планете. Не зря искры видны из космоса. По оценкам группы Хофферта, в следующем столетии человечество сможет использовать в три раза больше. Ископаемые виды топлива удовлетворяют растущий спрос, потому что они упаковывают энергию Солнца за миллионы лет в компактную форму, но мы больше не найдем им подобных.

Воодушевленный моим вкусом энергетической свободы, я отправился на поиски технологий, которые могли бы решить эти проблемы. «Если у вас есть большая проблема, вы должны дать серьезный ответ», — говорит гениальный гуру энергетики по имени Герман Шеер, член парламента Германии.«Иначе люди не верят».

Ответы есть. Но всем им требуется еще одна вещь от нас, людей, которые ютятся вокруг костра ископаемого топлива: нам придется сделать большой прыжок — в мир другого типа.

Солнечная энергия: Бесплатная энергия по цене

В пасмурный день недалеко от города Лейпциг в бывшей Восточной Германии я шел по полю со свежей травой мимо пруда, где паслись дикие лебеди. Поле было также засеяно 33 500 фотоэлектрическими панелями, высаженными рядами, как серебряные цветы, обращенные к солнцу, плавно изгибающиеся по контурам земли.Это одна из самых больших солнечных батарей в истории. Когда появляется солнце, поле производит до пяти мегаватт энергии, чего в среднем достаточно для 1800 домов.

Рядом зияющие карьеры, где поколениями добывали уголь для питания электростанций и фабрик. Небо было коричневым от дыма и едким от серы. Теперь шахты превращаются в озера, а энергия, которая когда-то производилась из угля, производится в печи, находящейся на расстоянии 93 миллионов миль (150 миллионов километров).

Солнечные электрические системы получают энергию непосредственно от солнца — без огня и выбросов.Некоторые лаборатории и компании испытывают взрослую версию детской лупы: гигантские зеркальные чаши или желоба для концентрации солнечных лучей, выделяющих тепло, которое может приводить в действие генератор. Но на данный момент солнечная энергия в основном означает солнечные батареи.

Идея проста: солнечный свет, падающий на слой полупроводника, толкает электроны, создавая ток. Тем не менее, стоимость клеток, некогда астрономическая, по-прежнему высока. Моя скромная система стоила более 15000 долларов США, около 10 долларов за ватт мощности, включая батареи для хранения энергии, когда солнце не светит.

Как и большинство электронных устройств, солнечная энергия становится все дешевле. «Тридцать лет назад использование спутников было рентабельным, — говорит Дэниел Шугар, президент PowerLight Corporation, быстрорастущей калифорнийской компании, которая построила солнечные установки для клиентов, включая Toyota и Target. «Сегодня это может быть рентабельным для электроснабжения домов и предприятий», по крайней мере, там, где электроэнергия дорогая или недоступна. Завтра, говорит он, это будет иметь смысл почти для всех.

Мартин Рошайзен, генеральный директор компании Nanosolar, видит это будущее во флаконах с красной крышкой, заполненных крошечными частицами полупроводника.«Я нанес немного этого на свой палец, и он исчез прямо на моей коже», — говорит он. Он не скажет точно, что это за частицы, но «нано» в названии компании является намеком: они меньше ста нанометров в поперечнике — размером с вирус, и настолько малы, что проникают сквозь кожу.

Рошайзен считает, что эти частицы обещают недорогой способ создания солнечных элементов. Вместо того, чтобы делать элементы из пластин кремния, его компания будет рисовать частицы на фольге, где они будут самоорганизовываться, образуя поверхность полупроводника.Результат: гибкий материал для солнечных батарей в 50 раз тоньше, чем сегодняшние солнечные панели. Roscheisen надеется продавать его листами примерно по 50 центов за ватт.

«Пятьдесят центов за ватт — это своего рода Святой Грааль», — говорит Дэвид Пирс, президент и генеральный директор Miasolé, одной из многих других компаний, работающих над «тонкопленочными» солнечными элементами. По этой цене солнечная энергия могла бы конкурировать с коммунальными услугами и могла бы стать популярной. Если цены продолжат падать, солнечные элементы могут полностью изменить представление об энергии, сделав ее дешевым и легким сбором для себя.Это то, что технари называют «прорывной технологией».

«Автомобили разрушили бизнес лошадей и багги», — говорит Дэн Шугар. «Компьютеры разрушили индустрию пишущих машинок. Мы считаем, что солнечные электрические системы разрушат энергетику».

Но цена — не единственное препятствие для солнечных панелей. Есть такие мелочи, как облака и темнота, которые требуют лучших способов хранения энергии, чем громоздкие свинцово-кислотные батареи в моей системе. Но даже если эти препятствия будут преодолены, сможет ли солнечная энергия действительно производить большую энергию, в которой мы нуждаемся?

Поскольку сейчас солнечная энергия обеспечивает менее одного процента мировой энергии, это потребует «огромного (но не непреодолимого) масштабирования», — заявили Хофферт из Нью-Йоркского университета и его коллеги в статье в Science .При нынешнем уровне эффективности потребуется около 10 000 квадратных миль (25 900 квадратных километров) солнечных панелей — площадь больше, чем Вермонт, — чтобы удовлетворить все потребности Соединенных Штатов в электроэнергии. Но требования к земле звучат более устрашающе, чем есть на самом деле: открытая местность не должна быть покрыта. Все эти панели могли уместиться менее чем на четверть площади кровли и тротуаров в городах и пригородах.

Ветер: праздник или голод

Ветер, в конечном счете приводимый в движение нагретым солнцем воздухом, — это еще один способ сбора солнечной энергии, но он работает в пасмурные дни.Однажды днем ​​я стоял в поле недалеко от западного побережья Дании под таким темным и тяжелым небом, что мои собственные солнечные батареи могли бы впасть в кому. Но прямо надо мной мегаватт вырабатывал чистую энергию. Лезвие длиннее крыла самолета медленно вращалось на сильном южном ветру. Это был ветряк.

Ленивая развертка турбины вводила в заблуждение. Каждый раз, когда одно из трех 130-футовых (40-метровых) лезвий проходило мимо, оно шипело, рассекая воздух. Наклонная скорость может превышать 100 миль (161 км) в час.Эта единственная башня была способна производить два мегаватта, почти половину всей мощности солнечной фермы в Лейпциге.

В Дании вращающиеся лезвия всегда видны на горизонте, маленькими или большими группами, как спицы колес, катящихся в странный новый мир. Общая установленная энергия ветра в Дании в настоящее время составляет более 3 000 мегаватт, что составляет около 20 процентов потребностей страны в электроэнергии. По всей Европе щедрые стимулы, направленные на сокращение выбросов углерода и отлучение экономики от нефти и угля, привели к ветровому буму.Континент является мировым лидером в области ветроэнергетики — почти 35 000 мегаватт, что эквивалентно 35 крупным угольным электростанциям. Северная Америка, хотя и обладает огромным потенциалом ветроэнергетики, остается на втором месте с чуть более 7000 мегаватт. За исключением гидроэлектроэнергии, которая веками приводила в движение машины, но имеет мало возможностей для развития в развитых странах, ветер в настоящее время является самым большим успехом в области возобновляемых источников энергии.

«Когда я начинал в 1987 году, я много времени просидел в фермерских домах до полуночи, разговаривая с соседями, просто продавая одну турбину», — говорит Ханс Буус.Он директор по развитию проекта датской энергетической компании Elsam. «Я бы не мог представить, какой он сегодня уровень».

Он имеет в виду не только количество турбин, но и их размеры. В Германии я видел прототип из стекловолокна и стали, который имеет высоту 600 футов (183 метра), имеет лопасти длиной 200 футов (61 метр) и может генерировать пять мегаватт. Это не только памятник инженерной мысли, но и попытка преодолеть новые препятствия на пути развития ветроэнергетики.

Одно эстетично. Озерный край Англии — это живописный ландшафт, состоящий из поросших папоротником холмов и уединенных долин, в основном охраняемых как национальный парк. Но на гребне рядом с парком, хотя и не за пределами великолепия, запланировано 27 башен, каждая размером с двухмегаваттную машину в Дании. Многие местные жители протестуют. «Это качественный пейзаж», — говорит один из них. «Они не должны класть эти вещи сюда».

Датчане, кажется, любят турбины больше, чем британцы, возможно потому, что многие датские турбины принадлежат кооперативам местных жителей.Труднее сказать «не у меня на заднем дворе», если вещь на заднем дворе помогает оплачивать дом. Но противодействие окружающей среде — не единственная проблема, с которой сталкивается развитие ветроэнергетики. По всей Европе многие из самых ветреных мест уже заняты. Таким образом, немецкая машина мощностью пять мегаватт разработана, чтобы помочь перенести энергию ветра с ландшафта на множество новых участков в море.

Многие береговые линии имеют обширные участки мелководного континентального шельфа, где ветер дует более устойчиво, чем на суше, и где, как выразился один эксперт по ветру, «чайки не голосуют».«(Реальные избиратели, однако, иногда все еще возражают против вида башен на горизонте.) Строительство и обслуживание турбин на море обходится дороже, чем на суше, но подводный фундамент для башни мощностью пять мегаватт дешевле на мегаватт, чем меньший фундамент. Отсюда и немецкий гигант.

Есть и другие проблемы. Как и парусники, ветряные турбины можно успокоить на несколько дней. Чтобы сеть продолжала гудеть, другие источники, такие как угольные электростанции, должны быть готовы к работе. Но когда сильный ветер сбрасывает электроэнергию в сеть, другие генераторы должны быть отключены, а установки, сжигающие топливо, не могут быть быстро отрегулированы.Золотое дно ветроэнергетики может превратиться в перенасыщение. Дания, например, иногда вынуждена выгружать электроэнергию по нерентабельной ставке таким соседям, как Норвегия и Германия.

Что нужно для ветра, так и для солнечной энергии, это способ хранить большой избыток энергии. Уже существует технология, позволяющая превратить его в топливо, такое как водород или этанол, или использовать его для сжатия воздуха или вращения маховиков, аккумулируя энергию, которая позже может производить электричество. Но большинству систем еще предстоит пройти десятилетия до того, как они станут экономически целесообразными.

С другой стороны, и ветер, и солнце могут обеспечивать так называемую распределенную энергию: они могут производить энергию в небольшом масштабе рядом с пользователем. У вас не может быть частной угольной электростанции, но у вас может быть собственная ветряная мельница с батареями для спокойных дней. Чем больше домов или сообществ вырабатывают собственные ветряные электростанции, тем меньше и дешевле могут быть центральные электростанции и линии электропередачи.

В стремительном движении Европы к ветроэнергетике, турбины продолжают расти. Но во Флагстаффе, штат Аризона, компания Southwest Windpower производит турбины с лопастями, которые можно поднять одной рукой.Компания продала около 60 000 маленьких турбин, большинство из них для автономных домов, парусных лодок и удаленных объектов, таких как маяки и метеостанции. При мощности 400 Вт на штуку они не могут запитать больше, чем несколько ламп.

Но Дэвид Гэлли, президент Southwest, отец которого построил свою первую ветряную турбину из деталей стиральной машины, тестирует новый продукт, который он называет энергетическим прибором. Он будет стоять на башне высотой с телефонный столб, вырабатывать до двух киловатт при умеренном ветре и поставляться со всей электроникой, необходимой для подключения к дому.

Многие коммунальные предприятия США обязаны платить за электроэнергию, которую люди возвращают в сеть, поэтому любой, кто находится в относительно свежем месте, может установить энергетический прибор во дворе, использовать электроэнергию, когда это необходимо, и вернуть ее в сеть. когда это не так. За исключением больших нагрузок на отопление и кондиционирование воздуха, такая установка могла бы снизить годовой счет за электроэнергию дома почти до нуля. Если, как надеется Галлей, он сможет продать это устройство менее чем за 3000 долларов, оно окупится за счет экономии энергии в течение нескольких лет.

Где-то в этой смеси грандиозного и личного могут быть и большие числа в ветре.

Биомасса: Выращивание топлива

В Германии, проезжая от гигантской ветряной турбины недалеко от Гамбурга до Берлина, я регулярно чувствовал странный запах: что-то вроде аппетитного запаха фаст-фуда. Это было загадкой, пока не проехал грузовик-цистерна с надписью «биодизель». Запах горелого растительного масла. Германия использует около 450 миллионов галлонов (1,7 миллиарда литров) биодизеля в год, что составляет около 3 процентов от общего потребления дизельного топлива.

Энергия биомассы имеет древние корни. Бревна в вашем огне — это биомасса. Но сегодня биомасса означает этанол, биогаз и биодизель — топливо, которое так же легко сжигать, как нефть или газ, но оно производится из растений. Эти технологии проверены. Этанол, произведенный из кукурузы, идет в бензиновые смеси в США; этанол из сахарного тростника обеспечивает 50 процентов автомобильного топлива в Бразилии. В США и других странах биодизель из растительного масла сжигается в чистом виде или в смеси с обычным дизельным топливом в немодифицированных двигателях. «Биотопливо — это топливо, которое легче всего вставить в существующую топливную систему», — говорит Майкл Пачеко, директор Национального центра биоэнергетики.

Что ограничивает биомассу, так это земля. Фотосинтез, процесс улавливания солнечной энергии в растениях, гораздо менее эффективен на квадратный фут, чем солнечные батареи, поэтому улавливание энергии растениями поглощает еще больше земли. По оценкам, использование биотоплива для всех транспортных средств в мире означало бы удвоение площади земель, отведенных под сельское хозяйство.

В Национальном центре биоэнергетики ученые пытаются повысить эффективность топливного хозяйства. Сегодняшнее топливо из биомассы основано на растительном крахмале, маслах и сахаре, но центр занимается тестированием организмов, которые могут переваривать древесную целлюлозу, которой много в растениях, чтобы из нее тоже могло получиться жидкое топливо.Также могут помочь более продуктивные топливные культуры.

Один из них — просо, растение, произрастающее в прериях Северной Америки, которое растет быстрее и требует меньше удобрений, чем кукуруза, источник большей части этанольного топлива, производимого в США. корм для животных, что еще больше снижает нагрузку на сельхозугодья.

«Предварительные результаты выглядят многообещающими, — говорит Томас Фуст, технический менеджер центра. «Если вы повысите эффективность автомобиля до уровня гибрида и перейдете на смесь просеянных культур, вы сможете удовлетворить две трети U.Южный транспортный спрос на топливо без дополнительных земель ».

Но технически возможный не означает политически осуществимый. От кукурузы до сахарного тростника, у всех культур есть свои лоббисты.« Мы смотрим во многие переулки », — говорит Пачеко. «И в каждом переулке есть свои группы интересов. Откровенно говоря, одна из самых больших проблем с биомассой заключается в том, что существует так много вариантов ».

Ядерная энергия: все еще претендент

Деление ядер, казалось, лидировало в гонке как энергетическая альтернатива несколько десятилетий назад, когда страны начали строить реакторы.В настоящее время во всем мире около 440 электростанций вырабатывают 16 процентов электроэнергии на планете, а некоторые страны перешли на ядерную энергетику. Франция, например, получает 78 процентов своей электроэнергии за счет деления ядер.

Очарование очевидное: изобилие энергии, отсутствие выбросов углекислого газа, никаких пятен на ландшафте, за исключением случайного защитного купола и градирни. Но наряду с известными бедами — авариями на Три-Майл-Айленде и Чернобыле, слабой экономикой по сравнению с установками, работающими на ископаемом топливе, и проблемой утилизации радиоактивных отходов — ядерная энергия далека от возобновляемой энергии.Легкодоступного уранового топлива хватит не более чем на 50 лет.

Но энтузиазм возрождается. Китай, столкнувшийся с нехваткой электроэнергии, начал строить новые реакторы быстрыми темпами — один-два в год. В США, где некоторые водородные автомобильные ускорители рассматривают атомные станции как хороший источник энергии для производства водорода из воды, вице-президент Дик Чейни призвал «по-новому взглянуть» на атомную энергетику. А Япония, которой не хватает собственной нефти, газа и угля, продолжает поощрять программу расщепления.Юми Акимото, старший японский государственный деятель ядерной химии, еще мальчиком видел вспышку бомбы в Хиросиме, но при этом описывает ядерное деление как «столп следующего столетия».

В городе Роккашо на самой северной оконечности острова Хонсю Япония работает над ограничением поставок урана. Внутри нового комплекса стоимостью 20 миллиардов долларов работники носят бледно-голубые рабочие костюмы и выглядят терпеливо поспешно. Я посмотрел на цилиндрические центрифуги для обогащения урана и бассейн, частично заполненный стержнями с отработавшим ядерным топливом, охлаждение.Отработавшее топливо богато плутонием и оставшимся ураном — ценным ядерным материалом, для утилизации которого предназначена установка. Он будет «перерабатывать» отработанное топливо в смесь обогащенного урана и плутония, называемую МОКС-топливом, для получения смешанного оксидного топлива. МОКС-топливо можно сжигать в некоторых современных реакторах, и запасы топлива могут растягиваться на десятилетия и более.

Заводы по переработке в других странах также превращают отработавшее топливо в МОКС. Но эти заводы изначально производили плутоний для ядерного оружия, поэтому японцы любят говорить, что их завод, который должен быть запущен в 2007 году, является первым таким заводом, построенным полностью для мирного использования.Чтобы убедить мир в том, что так и будет, комплекс Роккашо включает в себя здание для инспекторов Международного агентства по атомной энергии, ядерного сторожевого пса Организации Объединенных Наций, которые будут следить за тем, чтобы ни один плутоний не был перенаправлен на оружие.

Это не удовлетворяет противников атомной энергетики. Оппозиция усилилась в Японии после несчастных случаев со смертельным исходом на атомных станциях страны, в том числе одной, в результате которой погибли двое рабочих и подверглись облучению другие. Вскоре после моего визита в Роккашо около сотни протестующих вышли за пределы завода в метель.

Большой спор вызвал бы то, что некоторые сторонники ядерной энергетики считают важным следующим шагом: переход к реакторам-размножителям. Селекционеры могут производить больше топлива, чем потребляют, в виде плутония, который может быть извлечен путем переработки отработавшего топлива. Но экспериментальные реакторы-размножители оказались темпераментными, и полномасштабная программа-размножитель может стать кошмаром по контролю над вооружениями из-за всего плутония, который она пустит в обращение.

Акимото, например, считает, что общество должно привыкнуть к переработке топлива, если оно хочет рассчитывать на ядерную энергию.Он говорил со мной через переводчика, но, чтобы подчеркнуть этот момент, он перешел на английский: «Если мы собираемся принять ядерную энергию, мы должны принять всю систему. Иногда мы хотим получить первый урожай фруктов, но забываем, как это сделать. выращивать деревья «.

Fusion: The Fire Some Time

Fusion — самая яркая из надежд, огонь звезд в человеческом очаге. Полученная при слиянии двух атомов в один термоядерная энергия может удовлетворить огромные потребности в будущем. Топлива хватило бы на тысячелетия.Термоядерный синтез не будет производить долгоживущих радиоактивных отходов и ничего, что террористы или правительства не могли бы превратить в оружие. Это также требует некоторых из самых сложных механизмов на Земле.

Несколько ученых заявили, что холодный синтез, который обещает энергию из простого сосуда вместо высокотехнологичного тигля, может работать. Вердикт на данный момент: нет такой удачи. Горячий синтез с большей вероятностью увенчается успехом, но это будет длиться десятилетия и будет стоить миллиарды долларов.

Горячий синтез — это сложно, потому что топливо — разновидность водорода — необходимо нагреть до 180 миллионов градусов по Фаренгейту (100 миллионов градусов Цельсия) или около того, прежде чем атомы начнут плавиться.При таких температурах водород образует бурлящий непослушный пар электрически заряженных частиц, называемый плазмой. «Плазма — наиболее распространенное состояние материи во Вселенной, — говорит один физик, — но она также является наиболее хаотичной и наименее управляемой». Создание и удержание плазмы настолько сложно, что ни один термоядерный эксперимент еще не дал более 65 процентов энергии, необходимой для начала реакции.

Сейчас ученые в Европе, Японии и США совершенствуют этот процесс, изучают лучшие способы управления плазмой и пытаются увеличить выработку энергии.Они надеются, что в испытательном реакторе ITER стоимостью шесть миллиардов долларов США загорится термоядерный костер — то, что физики называют «зажиганием плазмы». Следующим шагом будет демонстрационная установка для фактического производства электроэнергии, а через 50 лет — коммерческие установки.

«Я на 100 процентов уверен, что мы можем зажечь плазму», — говорит Джером Памела, руководитель проекта термоядерной машины под названием Joint European Torus, или JET, в британском научном центре Калхэма. «Самая большая проблема — это переход от плазмы к внешнему миру.«Он имеет в виду найти подходящие материалы для футеровки плазменной камеры ИТЭР, где они должны будут выдерживать бомбардировку нейтронами и передавать тепло электрическим генераторам.

В Калхэме я видел эксперимент в токамаке, устройстве, удерживающем плазму в магнитном поле в форме бублика — стандартная конструкция для большинства термоядерных ядер, включая ИТЭР. Физики послали огромный электрический заряд в заполненный газом контейнер, уменьшенную версию JET. Это повысило температуру примерно до десяти миллионов градусов по Цельсию, недостаточно, чтобы начать термоядерный синтез, но достаточно, чтобы создать плазму.

Эксперимент длился четверть секунды. Его запечатлела видеокамера, снимающая 2250 кадров в секунду. Во время воспроизведения слабое свечение расцвело в комнате, заколебалось, превратилось в дымку, видимую только на ее остывающих краях, и исчезло.

Это было… ну, разочаровывающе. Я ожидал, что плазма будет похожа на кадр из фильма взрывающегося автомобиля. Это было больше похоже на привидение в библиотеке, обшитой английскими панелями.

Но этот фантом был воплощением энергии: универсальной, но неуловимой магии, которую все наши разнообразные технологии — солнечная, ветровая, биомасса, деление, синтез и многие другие, большие или малые, обычные или сумасшедшие — стремятся сразиться на нашу службу.

Укрощение этого призрака — не просто научная задача. Проект ИТЭР сдерживается, казалось бы, простой проблемой. С 2003 года страны-участницы, в том числе большая часть развитого мира, зашли в тупик относительно того, где строить машину. Выбор сводился к двум сайтам, одному во Франции и одному в Японии.

Как скажут вам все эксперты в области энергетики, это доказывает устоявшуюся теорию. Есть только одна сила, с которой труднее справиться, чем с плазмой: политика.

Хотя некоторые политики считают, что задача разработки новых энергетических технологий должна быть оставлена ​​на усмотрение рыночных сил, многие эксперты с этим не согласны.Это не только потому, что запускать новые технологии обходится дорого, но и потому, что правительство часто может пойти на риск, на который частные предприятия не пойдут.

«Большая часть современных технологий, управляющих экономикой США, не возникла спонтанно благодаря рыночным силам», — говорит Мартин Хофферт из Нью-Йоркского университета, говоря о реактивных самолетах, спутниковой связи, интегральных схемах, компьютерах. «Интернет в течение 20 лет поддерживался военными и еще 10 лет — Национальным научным фондом, прежде чем его открыла Уолл-Стрит.«

Без большого толчка со стороны правительства, — говорит он, — мы можем быть обречены полагаться на все более грязные ископаемые виды топлива, поскольку более чистые, такие как нефть и газ, исчерпываются, что имеет ужасные последствия для климата». Если у нас не будет активных действий Энергетическая политика, — говорит он, — мы просто прекратим использовать уголь, затем сланец, затем битуминозный песок, и это будет постоянно уменьшаться, и в конечном итоге наша цивилизация рухнет. Но это не должно так заканчиваться. У нас есть выбор ».

Это вопрос личных интересов, — говорит Герман Шеер, член парламента Германии.«Я не призываю людей изменить свою совесть», — сказал он в своем берлинском офисе, где небольшая модель ветряной турбины лениво вращалась в окне. «Вы не можете ходить, как священник». Вместо этого его послание состоит в том, что создание новых форм энергии необходимо для экологически и экономически безопасного будущего. «Альтернативы нет».

Изменения уже начинаются с корней. В США правительства штатов и местные органы власти продвигают альтернативные источники энергии, предлагая субсидии и требуя, чтобы коммунальные предприятия включали возобновляемые источники в свои планы.А в Европе финансовые стимулы как для ветровой, так и для солнечной энергии пользуются широкой поддержкой, даже несмотря на то, что они увеличивают счета за электричество.

Альтернативная энергия также завоевывает популярность в тех частях развивающегося мира, где это необходимость, а не выбор. Солнечная энергия, например, проникает в африканские общины, у которых отсутствуют линии электропередач и генераторы. «Если вы хотите преодолеть бедность, на чем должны сосредоточиться люди?» — спрашивает министр окружающей среды Германии Юрген Триттин. «Им нужна пресная вода и энергия.Для удовлетворения потребностей отдаленных деревень возобновляемые источники энергии весьма конкурентоспособны ».

В развитых странах есть ощущение, что альтернативная энергия — когда-то считавшаяся причудливым энтузиазмом хиппи — больше не является альтернативной культурой. Она постепенно становится мейнстримом. Энергетическая свобода кажется заразной.

Однажды днем ​​в прошлом году недалеко от деревни к северу от Мюнхена небольшая группа горожан и рабочих открыла солнечную электростанцию. Вскоре она превзойдет Лейпцигское месторождение, став крупнейшим в мире, с мощностью в шесть мегаватт .

Около 15 человек собрались на небольшом искусственном холме рядом с солнечной фермой и посадили четыре вишневых дерева на вершине. Мэр опрятного соседнего городка принес сувенирные бутылки шнапса. Глоток выпили почти все, в том числе и мэр.

Затем он сказал, что будет петь руководителю строительства проекта и художнику-пейзажисту, американским женщинам. Две женщины стояли вместе, ухмыляясь, а солнечные панели впитывали энергию позади них. Немецкий мэр поправил свой темный костюм, а остальные оперлись на лопаты.

Пятьдесят лет назад, подумал я, в городах Европы все еще были разрушенные бомбежкой руины. Советский Союз планировал спутник. Нефть в Техасе стоила 2,82 доллара за баррель.

Related Post

2021 © Все права защищены.