Дослідники з Університету Конкордія в Монреалі прагнуть використовувати найбільш об’ємне, але чомусь найнепомітніше джерело енергії в світі. Група винайшла силові осередки, які використовують електрику отриману в ході фотосинтезу синьо-зелених водоростей.
Мікроорганізми, також відомі як ціанобактерії, можуть бути знайдені в усіх екосистемах світу, на всіх широтах, з диханням і фотосинтезом, що виробляють в організмі клітин ланцюжок електронів.
«Завдяки перевагам процесу, який постійно відбувається в усьому світі, ми створили нову і масштабовану технологію, яка може привести до здешевлення способу отримання енергії» – говорить професор Muthukumaran Packirisamy.
До цього аналогічне використання таких водоростей було в одному з будинків в Німеччині, але в менших масштабах для живлення ламп. Проте, якщо знати потенціал цих рослин, то можна почати використовувати їх для виробництва біо-дизельного палива.
Група з Конкордії тестує фотосинтез для елементів живлення поки в малих масштабах. Водорості поміщені в анодну камеру з катодом і протонною обмінною мембраною, що утворюють в підсумку блок. Зовнішні навантаження підключаються до пристрою вилучення електронів і випускають на поверхню електроди.
Команда стверджує, що її Micro Фотосинтетичний живлення Cell (μPSC) може отримувати потужності до 36,23 мікроват / см2, 80 мілівольт Напруга / см2, і щільність струму 93,38 мкА / см2 в експериментальних умовах.
Професор Packirisamy каже, що пристрій ще знаходиться в розробці і до промислових масштабів ще багато роботи. Він сподівається що цей метод живлення незабаром буде використовуватися для зарядки мобільних пристроїв і комп’ютерів, і в подальшому стане одним з основних джерел енергозабезпечення в світі.
У світі існує кілька країн – абсолютних лідерів в галузі альтернативної енергетики.
Той факт, що перехід до повного використання альтернативної енергетики можливий як технічно, так і економічно підтверджують багато установ. Серед них: Міжнародне енергетичне агентство, Стенфордський університет, Організація Об’єднаних Націй. Найбільшою перешкодою до цієї мети є соціальні та політичні бар’єри.
Для реалізації плану по використанню альтернативної енергії знадобляться величезні інвестиції, які дозволять використовувати енергію в промислових масштабах. Вони будуть спрямовані на будівництво коштів зі зберігання електроенергії і згладжування її коливань. Одним з доступних методів зберігання сьогодні, є гідроакумулююча енергетика, яка досить дорога.
Провідна енергетична консалтингова фірма Ecofys, підготувала доповідь про те, як 100% світових потреб в електроенергії можуть бути задоволені шляхом використання поновлюваних джерел енергії до 2050 року.
• Енергозбереження має бути введено на кожному етапі виробництва продукції.
Ecofys вважає, що для досягнення мети, до 3% світового валового внутрішнього продукту (ВВП) повинно бути спрямовано на інвестиції в поновлювані джерела енергії, системи енергоефективності та інфраструктури. Витрати з часом зменшуватимуться за рахунок зниження споживання викопних ресурсів.
Якщо програма буде реалізована, до 2050 року викиди парникових газів, пов’язаних з енергетикою, будуть нижче рівня 1990 року. Це в значній мірі дозволить уникнути глобального потепління.
Геліосистема для гарячого водопостачання та опалення
На малюнку будова сонячного колектора з незамерзаючою рідиною: 1 – пари етанолу; 2 вакуум (0,1 мбар); 3 – теплообмінник; 4 – рідкий етанол
Всесезонна геліоустановка влаштована за принципом судини Дьюара або звичайного побутового термоса: всередині однієї труби знаходиться інша, а теплоізоляцією між ними служить вакуум.
Нерідко застосовуються і плоскі сонячні колектори, які приваблюють споживачів помірною ціною і високим ККД (98%). У них поглиначем тепла служать металеві пластини (зазвичай з міді, так як вона відмінно проводить тепло і стійка до корозії).
Повітряний сонячний колектор
Справа в тому, що під час роботи генератора виникають електромагнітні поля, які ніяк не можна вважати корисними для здоров’я (жити з потужним вітрогенератором на даху – все одно, що жити під лінією електро-передачі, на що не погодиться ні одна розумна людина). Крім того, вони створюють перешкоди для роботи електронної техніки.
Вибір висоти щогли вітрогенератора в залежності від висоти перешкоди: Н – висота щогли; h – висота перешкоди; R – радіус вітрогенератора (відстань від осі обертання до нижнього краю лопаті)
На жаль, далеко не на кожній дільниці можна встановити потужний вітрогенератор, дотримуючись усіх вимог. До того ж чим вище щогла, тим дорожче обладнання, адже потрібні посилене кріплення і різні пристосування, що забезпечують безпеку і запобігають падінню чи пошкодженню щогли.
При цьому заявлену потужність можна отримати знову ж лише в ідеальних умовах, яких може і не бути в даному конкретному регіоні. Звичайно, можна встановити кілька вітрогенераторів або один, але дуже потужний, створений для невеликих швидкостей вітру. Однак це нерентабельно, до того ж обладнання займе багато місця.
Інша справа, що, організовуючи на своїй ділянці повністю автономне енергопостачання, власник ділянки отримує незалежність від організацій, що займаються енергозабезпеченням. З урахуванням невпинного зростання цін на електроенергію і зменшення норм споживання (і це при постійно зростаючій кількості приладів і обладнання, необхідних для комфортного проживання сучасної людини) подібна незалежність вельми і вельми важлива.
До самим очевидних плюсів автономного енергопостачання відноситься відсутність плати за електроенергію. Це безсумнівна економія при експлуатації будинку. Однак до цього плюса додається і мінус: для пристрою автономного енергопостачання потрібно аж ніяк не безкоштовне обладнання. Причому мова йде не тільки про вартість самого обладнання, а й про витрати на його експлуатацію.
Проте, як правило, обладнання для автономного енергопостачання досить надійне і виходить з ладу дуже рідко (при належному догляді і дотриманні умов експлуатації). Це плюс.
Ви навіть зможете продавати надлишки електроенергії державі – якщо, звичайно, вони у вас будуть (слід зауважити, що практичний досвід доводить: якщо про можливість продажу електроенергії подумати на стадії проектування, то подібний «товар» завжди знаходиться в господарстві, оснащеному автономною системою енергопостачання). Правда, тут доведеться побігати з дозвільною документацією, доводячи, що ваше обладнання виробляє електроенергію належної якості, підписати безліч різних документів, починаючи від договорів про приєднання до регіональної (місцевої) мережі і закінчуючи актом відповідальності за експлуатацію, але воно того варте.
Сучасні вітроустановки оснащуються генераторами, в конструкції яких використовуються магніти зі сплавів рідко-земельних металів, що дозволяє позбутися від щіток. Такі генератори не тільки прості в експлуатації (основна проблема стандартних генераторів – щітки: саме вони потребують регулярного огляду та обслуговування) і мають тривалий термін роботи, але і відразу дають на виході трифазний струм.
Схема вітрогенератора з горизонтальною віссю обертання
Вітрогенератор з вертикальною віссю обертання з лопатями, виготовленими з металевої бочки
Виготовлення вітрогенератора з бочки
Треба сказати, результати були досягнуті позитивні. На підставі такого результату було підписано договір, згідно з яким запущені будівельні роботи зі створення системи без вуглецевих викидів, яка генеруватиме тепло та електричну енергію.
Упевнена, тим хто вже відносить себе до до користувачів альтернативної енергії з досвідом подібне питання “ріже слух”. А кажучи серйозно, це рівносильно питанню: що краще використовувати гідроелектростанцію або теплоелектростанцію? Там, де є річка і її потік забезпечує можливість використання гідроелектростанції, вибір очевидний хоча б тому, що її кіловат буде дешевше. Ну а там, де немає річки, залишається ставити теплоелектростанцію.
Зрозуміло кожен з варіантів здатний задовольняти виконання поставлених завдань при певних специфічних умовах. Кожен з них має свої переваги і недоліки, які ми змушені враховувати при виборі одного, більш відповідного нашим вимогам і задумам. В рівній мірі це відноситься і до вибору вітрогенератора або сонячної батареї. Там, де об’єкти відкриті, де немає високих будівель чи споруд поруч напрошується використання вітрогенератора. Але, за великим рахунком, це не виключає можливості використання сонячної батареї.
Більш того, цю особливість альтернативних джерел слід використовувати собі на користь. Що я маю на увазі? Припустимо ви зібралися забезпечувати себе електроенергією від альтернативного джерела в районі систематичних і регулярних вітрів. Вибір вітрогенератора або вітрогенераторів (питання про кількість, це окреме питання) для вас очевидний.
Це ж можна віднести і до районам з переважним сонячним випромінюванням. Не розглядати використання вітрогенератора взагалі було б щонайменше нерентабельно.
Я віддаю перевагу сонячним батареям. Безшумні трудівниці. Ламатися нема чому, немає механічних обертових частин. Проте, я ніколи не стану радити обмежуватися лише сонячними батареями. Допускаю, що можуть бути райони, де доцільно використовувати тільки або вітрогенератор, або сонячні батареї. Але це швидше виняток, ніж правило.
Інша справа перетворювач сонячної енергії для автомобіля. Кілька великих компаній, таких як канадська SunForce і російська Telecom-STV, вже кілька років випускають експериментальне обладнання, яке заряджає автомобільний акумулятор і повністю працює на сонячній енергії.
Перед тим, як замовляти геліосистему потрібно розуміти, що відновити повністю акумулятор, що сів жодна станція поки не в змозі за короткий час. На це буде потрібно як мінімум 9-11 годин. Отже, вибирати сонячний модуль потрібно для швидкої підзарядки акумулятора, поки той не сів остаточно. Таких систем багато і саме вони стануть корисними для водіїв, які здійснюють тривалі переїзди, використовуючи при цьому всі принади мультимедійних систем.
Як правило, геліосистему розташовують на даху автомобіля. Це пов’язано з тим, що для отримання оптимальної потужності знадобиться сонячний блок площею від 1 м². Дах авто, якраз підходить під такий модуль. Виходить, що у водія є можливість спорудити свою електростанцію на колесах. Виходить зручне і корисне обладнання, особливо для жителів віддалених районів.
Крім того, необов’язково купувати велику сонячну батарею і розміщувати її на даху авто, досить придбати складну панель, яку можна помістити в багажник. При необхідності розгортаєш сонячну батарею і заряджаєш акумулятор. Будьте уважні: перед тим як купити сонячну батарею і розміщувати її в своєму авто, поцікавтеся якістю матеріалу (пластмаси) з якої виконаний корпус. Дешеві моделі китайського виробництва часто реалізуються з ненадійним корпусом, який під високою температурою може просто розплавитися.
Кожен автолюбитель знає, що не потрібно квапити час, коли заряджати свій акумулятор. Ємність струму для свинцево-кислотних акумуляторів не повинна перевищувати 10-12% від його ємності. Іншими словами, якщо хороший акумулятор ємністю 60 A / год повністю розряджений, то значення струм при зарядці не повинен перевищувати 5-6 A. Час зарядки при таких умовах складе 10-12 годин. Якщо перевищити ці показники, то існує ризик пошкодження акумуляторної батареї автомобіля. З сонячними панелями можна не переживати, тому що максимальна сила струму в них не більше 1-2 A. Батарея ємністю 40 A / год буде заряджатися повільно, але не вийде з ладу. Сонячна геліосистема потужністю до 7 Вт здатна лише підтримувати акумулятор, для повної зарядки знадобиться панель потужністю 50-70 Вт. Однак, для такої схеми потрібно придбати контролер, який буде стежити за потужністю і не дасть зіпсувати акумуляторну батарею. На практиці одна сонячна панель потужністю 40 Вт і напругою 20 В здатна зарядити акумулятор ємністю 50 A / год на 40-50% за 7-9 годин.
Сонячна панель «Sunsei». Якісна сонячна батарея, яка користується популярністю – «Sunsei SE-500». Компактна станція має оптимальні параметри (38х36х3 см), в комплекті якої водонепроникний чохол. Потужність невеликої панелі становить 7.5 Вт з силою струму 0.6 A. Батарея фіксується на штативі і здатна підтримувати автомобільний акумулятор кілька годин, за умови, що двигун заглушений. Акумулятор можна заряджати при запущеному і вимкненому двигуні. Панель продається з клемами і виделкою для прикурювача. Деякі «експериментатори» використовують батарею «Sunsei SE-500» не тільки в машині, але і в великих вантажівках, тракторах, дизельних човнах і ін.
Сонячна батарея «SunForce». Канадський виробник сонячних панелей «SunForce» здатний порадувати автолюбителів своїм більш потужним обладнанням. Розміри панелі: 97х35х4 см, потужність – 17 Вт, напруга – 1.5 А. У комплекті йде стандартний набір з контролера 7A / 12В, клеми і вилки для прикурювача. Габаритна система чудово поміщається на даху автомобіля, фури, трактори або катера. Додатковий плюс – панель працює в дощ і туман.
Сонячна панель «ТСМ-15F». Портативна геліосистема була розроблена на основі гнучкого корпусу. Розміри панелі – 60х27х0.5 см, передбачувана потужність – 15 Вт, напруга – 1A. Батарея компактна, зручно складається і надійно фіксується на даху транспортного засобу. ККД сонячної батареї – 22%, корпус надійний і герметичний.
Розповідаючи про програми енергоефективності які розвиває НУФ, експерт зазначає, що Німеччина зацікавлена в інвестиціях в Україну і економічний ефект розвитку відновлюваних джерел енергії. Так, для вироблення 10 млрд м3 біометану в рік, а сировинні ресурси агропромислового комплексу це дозволяють, в країні пропонується побудувати до 2025 року близько 2000 біогазових комплексів середньою продуктивністю 700 м3 біометану на годину.
Для найбільш раціонального використання отриманого біогазу його необхідно закачувати в ГТС. Якщо використовувати його на місцях, то повинні бути надійні споживачі, у яких, так чи інакше, повинні бути власні газопроводи. А це – не найефективніший підхід, оскільки біометан – це біогаз, очищений до рівня природного газу, а значить використовуватися він може всюди – і на виробництві, і в побуті.
На питання, чи буде біометан дешевше або дорожче природного газу, експерт відповідає, що на першому етапі біометан буде дорожче. Проте, нинішні інвестиції в сучасні енергофективні і екологічні технології з лишком окупляться і створять всі умови для подолання кризи. Якщо ж держава направить свої і позикові ресурси в масштабні інфраструктурні проекти і почне, наприклад, виділяти компенсації виробникам метану, то запрацює так званий «механізм мультиплікатора інвестицій».
За словами експерта, німецький бізнес давно хоче працювати на українській землі. І справа навіть не в корупції, а в умовах відсутності спланованої програми енергетичного розвитку, законодавчого забезпечення, прозорих і обов’язкових до виконання норм для всіх учасників ринку.
«Німеччина одна з небагатьох країн, яка не тільки зацікавлена поділитися своїм досвідом, але взяти участь у модернізації України. Ми готові говорити про трансфер сучасних технологій, створення нових кластерів економіки, організації навчання та перекваліфікації українських фахівців для високотехнологічних сучасних сфер економіки », – говорить експерт.
