介绍
整个现代世界经济依赖于恐龙时代积累的财富：石油、天然气、煤炭和其他化石燃料。我们生活中的大部分活动，从乘坐地铁到在厨房加热水壶，最终都需要燃烧这一史前遗产。主要问题是这些现成的能源资源不可再生。人类迟早会从地底抽出所有的石油，燃烧所有的天然气，挖出所有的煤。那我们用什么来加热茶壶呢？
我们也不应该忘记燃料燃烧对环境的负面影响。大气中温室气体含量的增加导致整个地球的平均温度升高。 燃料燃烧产物 污染空气。大城市的居民对此感觉特别好。
我们都在思考未来，即使这个未来并没有伴随我们而来。国际社会早就认识到化石燃料的局限性。以及它们的使用对环境的负面影响。主要国家已经在实施逐步过渡到环保和可再生能源的计划。
在世界各地，人类正在寻找并逐步引入化石燃料的替代品。长期以来，太阳能、风能、潮汐能、地热能和水力发电厂一直在世界各地运行。现在看来，是什么阻止我们在他们的帮助下满足人类的所有需求？
事实上，替代能源存在很多问题。例如，能源资源的地理分布问题。风电场只建在强风经常吹的地区，太阳能 - 阴天最少的地区，水力发电厂 - 在大河流上。当然，石油也并非随处可见，但运输起来更容易。
替代能源的第二个问题是不稳定。在风电场，发电取决于风，风不断改变速度或完全停止。太阳能发电厂在多云的天气里不能很好地工作，晚上根本不工作。
风和太阳都没有考虑能源消费者的需求。同时，热电厂或核电厂的能量输出是恒定的并且易于调节。解决这个问题只能是建设巨大的储能设施，在产量低的情况下创造储备。然而，这大大增加了整个系统的成本。
由于这些和许多其他困难，世界替代能源的发展正在放缓。燃烧化石燃料仍然更容易、更便宜。
但是，如果在全球经济规模上，替代能源不能提供太多好处，那么在单个房屋的框架内，它们可能非常有吸引力。许多人已经感觉到电、热和天然气的关税在不断增加。每年，能源公司都在深入普通人的口袋。
国际风险基金 I2BF 的专家首次介绍了可再生能源市场的概况。根据他们的预测，在 5 到 10 年内，替代能源技术将变得更具竞争力和普及。替代能源和传统能源的成本差距已经在迅速缩小。
能源成本是指替代能源生产商希望获得的价格，以补偿其在项目生命周期内的资本支出并提供 10% 的投资资本回报。这个价格还将包括债务融资的成本，因为大多数杠杆率很高。
给定的图表说明了对 2011 年第二季度各类替代能源和传统能源的评估（图 1）。
| | |
| 米。一。 | 各类替代能源和传统能源的评估 |
根据以上数字，地热能以及燃烧垃圾和填埋气产生的能源是所有类型替代能源中成本最低的。事实上，他们已经可以直接与传统能源竞争，但限制他们的因素是这些项目可以实施的地方数量有限。
对于那些想要摆脱电力工程师的一时兴起、想要为替代能源的发展做出贡献、只想节省一点能源的人，本书是写成的。
从书 V. Germanovich, A. Turilin “替代能源。利用风、太阳、水、地球、生物质能的实用设计。
继续阅读这里
替代能源有未来吗？
可再生能源的替代来源是一个非常有趣和有前途的方向。例如，有几种从空气中生成水的有效方法。没错，这里有必要使用生成器。是否会找到新的方法来解决这些问题并改进方法，时间会证明一切。
是否可以明智地使用资源是一个大问题
在 YouTube 上观看此视频
上一篇工程️家用220V电压继电器：如何正确组织家用电器的保护
Next Engineering 我需要提交数据吗 通过水表 2019 年：如果你不按时完成会发生什么？
替代能源的类型。
风能、太阳能、水能、生物燃料、地球的热量是相对取之不尽、用之不竭的可再生能源。替代能源的好处是不可否认的，因为它们可以保护自然资源。此外，它们更符合环境安全要求。
风能。
利用风力发电的原理是将动能转化为电能、热能、机械能。风力发电机用于产生电能。它们可以具有不同的技术参数、尺寸、设计、水平或垂直旋转轴。风帆是海上运输中使用风力发电的典型例子，而风车则是将其转化为机械能。
叶片的直径及其位置的高度决定了风力发电机的功率。在 3 m/s 的风力下，发电机开始产生电流，并在 15 m/s 时达到最大值。超过 25 m/s 的风力至关重要 - 发电机已关闭。
太阳能是来自太阳的礼物。
太阳能作为替代能源是太阳在地球上赋予生命使命的自然延续。但是，虽然人类还没有学会直接使用它。目前，太阳能电池板被用作将太阳能转化为电能的转换器，而太阳能集热器则用于热能。此外，在某些情况下，使用两种类型的组合。
太阳能技术包括用太阳光线加热表面，以及使用热水供应热水、加热或用于蒸汽发电机。太阳能集热器用于将太阳能转化为热能。他们共同的 权力取决于 太阳能或热电站系统中包含的单个设备的数量和功率。
太阳能电池板分为：
- 硅
- 电影
目前使用硅晶体的电池需求量最大，而薄膜电池是最方便的。硅板是私人住宅的最佳选择之一。
水电是利用水的动力。
水力发电厂中涡轮机的工作原理是水力对水轮机叶片的影响，从而产生电力。有时，只有那些水力发电站才被归类为替代能源类型，不使用强大的水坝，并且在水的自然流动的影响下产生电流。这是由于强大的水力发电厂对自然河流景观、变浅和灾难性洪水造成的重大负面影响。
环保主义者不反对使用海洋和潮汐的自然能源。在这种情况下，动能转化为电能发生在特殊的潮汐站。
地热能是地球的热量。
地球表面不仅在热震源喷发的地方（例如堪察加半岛）散发热量，而且在地球的几乎所有地区都散发热量。为了提取地球的热量，使用特殊的热泵，然后将其转化为电能或用作热量。 装置的工作原理 是基于热力学定律和液体和气体行为的物理定律，特别是氟利昂。
泵的设计类型决定了能源的主要来源，例如土壤-空气或土壤-水。
生物燃料。
获得生物燃料的原理是基于使用特殊装置处理有机产品。在加工过程中，会产生热能或电能。生物燃料可以是液体、固体或气体。例如，固体包括燃料团块、液体 - 生物乙醇、气体 - 沼气。其品种包括在垃圾填埋场形成的垃圾填埋气。利用旧垃圾填埋场产生的沼气有助于解决垃圾回收问题。
替代能源：它是什么以及为什么需要它
直到今天，能源仍然基于成熟且经过验证的发电方式。它们是著名的核电站、电力和水力发电站。所有这些都使用我们星球的资源，这些资源迟早会耗尽，或者涉及可能造成无法弥补的伤害的反应。
2017年，这些资源的使用百分比分布如下：
- 39.3% - 煤炭；
- 22.9% - 天然气；
- 16% - 水；
- 10.6% - 核能；
- 4.1% - 油。
今天，这个充满希望的领域正在寻找周围世界中能够：
- 更新您的资源（即取之不尽用之不竭）；
- 在质量方面完全替代传统产品；
- 经济实惠；
- 不损害环境。
传统能源有什么问题？
煤炭、石油和天然气在生产人类所需能源方面尚未找到完全替代品。但是，他们的库存有限且无法回收。
例如，我们的地球花费了长达 3.5 亿年的时间来创造石油和天然气，而我们以更快的速度耗尽了它们的资源。
2010 年地球上大约 90% 的能源是通过燃烧植物或动物原料中的化石和生物燃料产生的。到 2040 年，此类生产的份额不会低于 80%。与此同时，能源消耗也在增长：到第 40 年 - 增长了 56%。
早在 2012 年，科学家们就表示，地球上的全部天然气供应将在 2052 年结束，而石油将持续更长时间——直到 2060 年。也就是说，我们的孩子已经可以赶上油轮或天然气管道将不再有用，森林将被砍伐的时间。
与燃烧产物和核能发电相关的有害排放物是臭氧消耗剂和全球变暖导体。
因此，整个现代文明，无论政治家和石油生产商如何看待它，都面临着一个全球性的问题——什么能源将取代传统能源，同时保护环境。
火电行业
俄罗斯最常见的能源部门。该国的火力发电厂使用煤炭、天然气、石油产品、页岩沉积物和泥炭作为原料生产超过 1,000 兆瓦的电力。产生的一次能源进一步转化为电能。从技术上讲，这样的电台有很多优势，这决定了它们的受欢迎程度。这些包括对操作条件的要求不高和工作流程的技术组织容易。
冷凝设备和热电联产形式的热电设施可以直接建在消耗性资源的开采地区或消费者所在的地区。季节性波动不会影响车站的稳定性，这使得此类能源可靠。但火力发电厂也存在劣势，包括使用可枯竭的燃料资源、环境污染、需要连接大量劳动力资源等。
选择什么：可再生能源还是核能？
从历史上看，核能、煤炭和水力发电一直是巨大的能源来源
因此，不考虑到世界上许多国家都在密切参与可再生能源领域的发展，俄罗斯联邦领导人计划到 2020 年初仅从可再生能源中获得 4.5% 的能源，实现碳氢化合物储量不是无限的
俄罗斯政府指望从钚和聚变能源中产生长期能源；这种能源没有得到充分开发，对人类构成真正的威胁。这适用于所有核能的开发和应用。
为了在 2007 年在法国对核能进行更多研究，开始建造具有国际重要性的实验性热核反应堆。
该项目由包括俄罗斯在内的几个国家组成。创建这样一个项目的主要目的是证明从热核聚变中获得的能量作为电能来源的可能商业用途。尚未找到解决此问题的方法。
根据参与热核过程研究的科学家的计算，到 2100 年从中接收的能量将无法超过 100 吉瓦的标准，这是解决人类发电相关问题的低指标.例如，我们可以以现代世界发电厂提供 4000 吉瓦电力的事实为例。
解决获取电力问题的唯一方法是人类向可再生能源的转变，同时使用有助于节约电力的技术。这种转变的好处将是保护地球的气候。启动此过程所需的所有资金都可用。
现代俄罗斯的替代能源
与往年相比，俄罗斯的替代能源发展较快，但并不占主导地位。今天，该国的大部分能源来自传统来源。
太阳能发电厂
乌拉尔的太阳能发电厂
该国南部地区以及西部、东西伯利亚和远东地区具有生产太阳能的潜力。在俄罗斯，从太阳中提取能量是有希望的，所以这个方向的项目得到了国家的支持。
水力和潮汐发电厂
俄罗斯正在积极利用水势发电：截至 2017 年，该国拥有 15 座容量超过 1000 兆瓦的发电厂，以及数百个容量较低的电站。水力发电厂产生的能源成本是火力发电厂的一半。
潮汐站需要大量资金，因此在俄罗斯联邦不会向这个方向发展。根据科学家的预测，TPP 可能占俄罗斯发电量的五分之一。
风力发电机
由于风速低，在俄罗斯不可能安装水平旋转轴的发电机。然而，通常使用具有垂直旋转轴的结构。
乌里扬诺夫斯克地区的风力发电厂
截至2018年，俄罗斯风力涡轮机的总容量达到134兆瓦。乌里扬诺夫斯克地区最大的发电厂（容量 - 35 兆瓦）。
地热站
俄罗斯有5座地热发电厂，其中3座位于堪察加半岛。根据 2016 年的数据，GeoPP 产生了该半岛 40% 的电力消耗。
生物燃料应用
燃料生产也在俄罗斯组织。同时，该国开发固体生物燃料比液体生物燃料更有利可图。现在生产在符拉迪沃斯托克的一家工厂进行。
核电站
俄罗斯正在利用核能发电，并继续朝这个方向发展。新站正在建设中，新的提取方法正在被应用。根据2019年的数据，俄罗斯有10座核电站在运行。俄罗斯联邦的核电站发电量位居世界第二，中华人民共和国在该行业获得冠军。
风能
风电场是一种很有前途的发电方式，尤其是在风向恒定的地方。
获得这种能量的方法不会污染自然环境。然而，这取决于风的方向和强度的不稳定性。虽然这种依赖可以通过安装飞轮和各种电池来部分平滑。
但风电场的建设、维护和维修并不便宜。此外，它们的运行伴随着噪音，干扰鸟类和昆虫，并通过旋转部件反射无线电波。
数据中心的替代能源
数据中心所有者对替代电力来源越来越感兴趣。保持容量增长速度的唯一方法是显着降低部署、维护和冷却数据中心的成本。有几种选择。
例如，服务器运行期间产生的热量可以用于空间供暖。因此，2015 年，Yandex 加热了芬兰的整个城市。通过向城市供热，Yandex 得以偿还部分电费。
冷却数据中心是 IT 公司最昂贵的费用项目之一。平均而言，制冷占能源成本的 45%。
节省设备冷却的原始方法是使用“自然冷却”。或者，简单地说，用街道上的空气冷却服务器。对于一年中大部分时间户外寒冷的俄罗斯来说，情况尤其如此。
另一种冷却数据中心空气的方法，让您节省 关于能源成本 — 绝热冷却方法。在这种情况下，喷水以降低温度。蒸发时，它会吸收热量，并以这种简单的方式降低空气的温度。
无论如何，在试验之前，最好进行详细的能源审计。其结果将有助于分析能源消耗状况并确定节约能源的机会。
为什么我们需要替代能源
当可耗尽的能源（化石燃料）耗尽时，人类将不得不转向 AES（替代能源）。截至 2017 年，俄罗斯 35% 的电力是在核电站和水力发电厂以无碳方式生产的。
使用传统能源存在问题，原因如下：
- TPP 使用的燃料将在不久的将来耗尽。根据最坏的估计，这将在 30 年后发生；
- 化石燃料的成本在上涨，所以电价也在上涨；
- 发电产品污染环境；
- 车站产生的热量会导致全球变暖。
人类只有一种方式——过渡到 AIE。
潮起潮落的能量
潮汐能转化为电能在潮汐发电厂以两种方式进行：
- 第一种方法，根据能量转换的原理，类似于水力发电厂中通过旋转与发电机相连的涡轮机进行能量转换；
- 第二种方法是利用水运动的能量；这种方法是基于涨潮和退潮时的水位差。
优点
- 太阳能是一种可再生资源。只要太阳存在，它的能量就会到达地球。
- 太阳能发电不会造成水或空气污染，因为燃烧燃料不会发生化学反应。
- 太阳能可以非常有效地用于加热和照明等实际用途。
- 太阳能的好处经常被用于加热世界各地的游泳池、度假村和水箱。
缺点
- 如果没有阳光，太阳能就不会产生能量。夜间和阴天严重限制了产生的能量。
- 太阳能发电厂的建造成本可能非常高。
可再生能源的主要类型
太阳的能量
太阳能被认为是主要的环保能源。迄今为止，热力学和光电方法已被开发并用于发电。确认了纳米天线的可操作性和前景的概念。太阳作为取之不尽的环保能源，可以很好地满足人类的需求。
风能
风能长期以来被人们和风车成功地利用。科学家们正在开发新的和改进现有的风电场。降低成本并提高风车的效率。它们在海岸和常风地区特别重要。通过将气团的动能转化为廉价的电能，风电场已经为各个国家的能源系统做出了重大贡献。
地热能
地热能源使用取之不尽的资源——地球的内部热量。有几种工作方案不会改变过程的本质。天然蒸汽被清除气体并送入旋转发电机的涡轮机。类似的装置在世界各地运行。地热源提供电力，为整个城市供暖并照亮街道。但地热能的发电量很少，生产技术效率低下。
潮汐能和波浪能
潮汐能和波浪能是将水团运动的势能转化为电能的一种快速发展的方法。该技术能量转化率高，潜力巨大。没错，它只能在海洋沿岸使用。
生物质能
生物质分解过程导致释放含有甲烷的气体。净化后，可用于发电、空间供暖和其他家庭需求。有小企业完全满足他们的能源需求。
太阳电磁辐射能量
它可用于发电和供热。太阳辐射直接转化为电能既可以通过光伏板内部光电效应现象直接转化，也可以通过热力学方法间接转化为电能（高压蒸汽）。
太阳能发电厂
收据 热能来自 太阳能是通过吸收这种能量并进一步加热表面和冷却剂而产生的，既通过特殊的收集器，也通过使用“太阳能建筑”技术。
设置集 太阳能的转换是太阳能 发电厂。
优点
风能不会产生污染环境的污染。由于没有化学过程发生，就像燃烧化石燃料时那样，不会留下有害的副产品。
- 由于风力发电是一种可再生能源，我们永远不会完成它。
- 农业和放牧仍然可以在风力涡轮机占据的土地上进行，这有助于生产生物燃料。
- 风电场可以建在海上。
太阳能集热器的装置和用途
原始的太阳能集热器是一块黑色金属板，放置在一层薄薄的透明液体下。正如你从学校物理课程中知道的那样，深色物体比浅色物体更热。这种流体在泵的帮助下移动，冷却板并同时加热。加热的液体回路可以放置在连接到 冷水的来源.通过加热水箱中的水，来自收集器的液体被冷却。然后它又回来了。因此，该能源系统可以让您获得恒定的热水来源，并且在冬季还可以获得热辐射器。
有三种类型的收集器在设备上有所不同
迄今为止，此类设备有 3 种类型：
- 空气;
- 管状；
- 平坦的。
空气
空气收集器由深色板组成。
空气收集器是覆盖有玻璃或透明塑料的黑色板。空气在这些板周围自然或强制循环。暖空气用于加热房屋内的房间或烘干衣服。
优点是设计极其简单，成本低。唯一的缺点是使用强制空气循环。但是你可以没有它。
管状
这种收集器的优点是简单和可靠。
管状集热器看起来像几根玻璃管排成一排，内部涂有吸光材料。它们连接到一个共同的收集器，流体通过它们循环。这种收集器有 2 种方式来传输接收到的能量：直接和间接。第一种方法在冬天使用。第二个全年使用。使用真空管有一个变化：一个插入另一个，在它们之间产生真空。
这将它们与环境隔离并更好地保留产生的热量。优点是简单和可靠。缺点包括安装成本高。
平坦的
为了使收集器更有效地工作，工程师们提出使用集中器。
平板集热器是最常见的类型。正是他作为一个例子来解释这些设备的工作原理。与其他品种相比，这种品种的优点是简单和便宜。缺点是比其他亚型不遭受显着的热量损失。
为了改进现有的太阳能系统，工程师们建议使用一种称为聚光镜的镜子。它们允许您将水温从标准的 120 摄氏度提高到 200 摄氏度。这种收集器的亚种称为浓度。这是执行成本最高的选项之一，这无疑是一个缺点。
第 4 位。潮汐和波浪发电厂
传统水力发电厂的工作原理如下：
- 水压被提供给涡轮机。
- 涡轮开始旋转。
- 旋转被传送到发电的发电机。
建造水力发电站比火力发电站更昂贵，而且只有在水能储量大的地方才有可能。但主要问题是由于需要修建水坝而对生态系统造成的破坏。
潮汐发电厂的工作原理类似，但利用潮汐的力量来发电。
“水”类型的替代能源包括波浪能这样一个有趣的方向。其本质归结为利用海浪能发电，远高于潮汐能。今天最强大的波浪发电厂是 Pelamis P-750，它产生 2.25 兆瓦的电能。
这些巨大的对流器（“蛇”）在海浪中摆动，因此液压活塞开始在内部移动。它们通过液压马达泵油，进而产生发电机。由此产生的电力通过沿底部铺设的电缆输送到岸边。将来，对流器的数量将成倍增加，该站将能够产生高达 21 兆瓦的电力。
风能利用历史
无法准确地说出使用风能解决一个人的经济问题是什么时候开始的。风车自古埃及时代就已为人所知。在中国古代，风车被用来从稻田抽水。从古巴比伦时代开始，人们就更早地知道使用帆来航行，这只是书面证据。
那时的欧洲是野蛮部落的集合。随着文明迹象的出现，这里也出现了风车、帆船。但在很长一段时间内，风的使用到此为止。太不稳定、不可预测的来源，如果没有备用选项，就不可能指望它。
随着生产的发展，出现了第一批从井中抽水的泵。与此同时，开始使用风车作为他们的动力。这种设备今天仍然有效，它们简单、可靠且操作要求不高。
随着将旋转运动转化为电能的装置——发电机的出现，风力发电机开始出现。尽管战争停止了欧洲的许多项目，但风力涡轮机在 20 世纪迅速发展。
今天，使用风电场的领导者是美国和中国。欧洲有大量的车站，它们集中在西海岸。最重要的是在丹麦，这是可以理解的——这个国家没有其他来源。
HPP 的高效率，在大多数地区缺乏强而稳定的风，降低了对风能的兴趣。此外，当时存在的设备生产率不高，无法产生足够的能量。该问题已通过使用汽油或柴油发电机得到解决，这些发电机更可靠并准备在正确的时间产生所需的结果。
如今，人们对风能的兴趣显着增长。新的、更有效的发展已经出现，可以提供足够数量的消费者。此外，还有强大的钕磁铁，可以让您独立制造具有低转速工作能力的发电机，这从根本上改变了这种情况，引起了设计师的极大兴趣。
