6 источников альтернативного отопления частного дома

Отопление дома — первое, на что нужно обращать внимание во время строительных или ремонтных работ. Даже роскошный и обустроенный дом не будет комфортным, если в нем будет холодно, словно на улице. Традиционным способом обогрева частных и загородных домов является газовое отопление. Но у такого варианта есть много недостатков:

• высокая цена газового отопления;
• сложность подключения к газовым магистралям.

К счастью, газовые котлы — не единственный способ отопления. Есть много альтернативных источников, которые могут быть значительно удобнее, экономичнее и надежнее.

Вопрос актуальности

Необходимость использования альтернативных источников отопления может быть обусловлена несколькими факторами:

• отсутствием возможности подключения к газовой сети;
• высокой ценой газового отопления;
• необходимостью получения вспомогательного (запасного) источника отопления.

Кроме того, перейти на альтернативные источники можно из-за желания защитить себя от перебоев с подачей газа и не зависеть от нестабильных цен на него. Плюс альтернативных источников и в том, что они подойдут для отопления:

• частных или загородных домов;
• складских помещений;
• производственных и тепличных сооружений.

Тепло Земли

Кирилл Дегтярев, научный сотрудник, МГУ им. М. В. Ломоносова

«Наука и жизнь» , №10 2013

В нашей стране, богатой углеводородами, геотермальная энергия — некий экзотический ресурс, который при сегодняшнем положении дел вряд ли составит конкуренцию нефти и газу. Тем не менее этот альтернативный вид энергии может использоваться практически всюду и довольно эффективно.

Фото Игоря Константинова

Геотермальная энергия — это тепло земных недр. Вырабатывается оно в глубинах и поступает к поверхности Земли в разных формах и с различной интенсивностью.

Температура верхних слоёв грунта зависит в основном от внешних (экзогенных) факторов — солнечного освещения и температуры воздуха. Летом и днём грунт до определённых глубин прогревается, а зимой и ночью охлаждается вслед за изменением температуры воздуха и с некоторым запаздыванием, нарастающим с глубиной. Влияние суточных колебаний температуры воздуха заканчивается на глубинах от единиц до нескольких десятков сантиметров. Сезонные колебания захватывают более глубокие пласты грунта — до десятков метров.

Изменение температуры грунта с глубиной

На некоторой глубине — от десятков до сотен метров — температура грунта держится постоянной, равной среднегодовой температуре воздуха у поверхности Земли. В этом легко убедиться, спустившись в достаточно глубокую пещеру.

Когда среднегодовая температура воздуха в данной местности ниже нуля, это проявляется как вечная (точнее, многолетняя) мерзлота. В Восточной Сибири мощность, то есть толщина, круглогодично мёрзлых грунтов достигает местами 200–300 м.

С некоторой глубины (своей для каждой точки на карте) действие Солнца и атмосферы ослабевает настолько, что на первое место выходят эндогенные (внутренние) факторы и происходит разогрев земных недр изнутри, так что температура с глубиной начинает расти.

Разогрев глубинных слоёв Земли связывают, главным образом, с распадом находящихся там радиоактивных элементов, хотя называют и другие источники тепла, например физико-химические, тектонические процессы в глубоких слоях земной коры и мантии. Но чем бы это ни было обусловлено, температура горных пород и связанных с ними жидких и газообразных субстанций с глубиной растёт. С этим явлением сталкиваются горняки — в глубоких шахтах всегда жарко. На глубине 1 км тридцатиградусная жара — нормальное явление, а глубже температура ещё выше.

Тепловой поток земных недр, достигающий поверхности Земли, невелик — в среднем его мощность составляет 0,03–0,05 Вт/м2, или примерно 350 Вт·ч/м2 в год. На фоне теплового потока от Солнца и нагретого им воздуха это незаметная величина: Солнце даёт каждому квадратному метру земной поверхности около 4000 кВт·ч ежегодно, то есть в 10 000 раз больше (разумеется, это в среднем, при огромном разбросе между полярными и экваториальными широтами и в зависимости от других климатических и погодных факторов).

Рост температуры термальных вод и вмещающих их сухих пород с глубиной

Незначительность теплового потока из недр к поверхности на большей части планеты связана с низкой теплопроводностью горных пород и особенностями геологического строения. Но есть исключения — места, где тепловой поток велик. Это, прежде всего, зоны тектонических разломов, повышенной сейсмической активности и вулканизма, где энергия земных недр находит выход. Для таких зон характерны термические аномалии литосферы, здесь тепловой поток, достигающий поверхности Земли, может быть в разы и даже на порядки мощнее «обычного». Огромное количество тепла на поверхность в этих зонах выносят извержения вулканов и горячие источники воды.

Именно такие районы наиболее благоприятны для развития геотермальной энергетики. На территории России это, прежде всего, Камчатка, Курильские острова и Кавказ.

Извержение исландского вулкана Эйяфьятлайокудль — иллюстрация бурных вулканических процессов, протекающих в активных тектонических и вулканических зонах с мощным тепловым потоком из земных недр

В то же время развитие геотермальной энергетики возможно практически везде, поскольку рост температуры с глубиной — явление повсеместное, и задача заключается в «добыче» тепла из недр, подобно тому, как оттуда добывается минеральное сырьё.

В среднем температура с глубиной растёт на 2,5–3°C на каждые 100 м. Отношение разности температур между двумя точками, лежащими на разной глубине, к разности глубин между ними называют геотермическим градиентом.

Обратная величина — геотермическая ступень, или интервал глубин, на котором температура повышается на 1°C.

Чем выше градиент и соответственно ниже ступень, тем ближе тепло глубин Земли подходит к поверхности и тем более перспективен данный район для развития геотермальной энергетики.

В разных районах, в зависимости от геологического строения и других региональных и местных условий, скорость роста температуры с глубиной может резко различаться. В масштабах Земли колебания величин геотермических градиентов и ступеней достигают 25 крат. Например, в штате Орегон (США) градиент составляет 150°C на 1 км, а в Южной Африке — 6°C на 1 км.

Изменение температуры с глубиной в разных регионах

Вопрос, какова температура на больших глубинах — 5, 10 км и более? При сохранении тенденции температура на глубине 10 км должна составлять в среднем примерно 250–300°C. Это более или менее подтверждается прямыми наблюдениями в сверхглубоких скважинах, хотя картина существенно сложнее линейного повышения температуры.

Например, в Кольской сверхглубокой скважине, пробурённой в Балтийском кристаллическом щите, температура до глубины 3 км меняется со скоростью 10°C/1 км, а далее геотермический градиент становится в 2–2,5 раза больше. На глубине 7 км зафиксирована уже температура 120°C, на 10 км — 180°C, а на 12 км — 220°C.

Другой пример — скважина, заложенная в Северном Прикаспии, где на глубине 500 м зарегистрирована температура 42°C, на 1,5 км — 70°C, на 2 км — 80°C, на 3 км — 108°C.

Предполагается, что геотермический градиент уменьшается начиная с глубины 20–30 км: на глубине 100 км предположительные температуры около 1300–1500°C, на глубине 400 км — 1600°C, в ядре Земли (глубины более 6000 км) — 4000–5000°C.

На глубинах до 10–12 км температуру измеряют через пробурённые скважины; там же, где их нет, её определяют по косвенным признакам так же, как и на бóльших глубинах. Такими косвенными признаками могут быть характер прохождения сейсмических волн или температура изливающейся лавы.

Впрочем, для целей геотермальной энергетики данные о температурах на глубинах более 10 км пока не представляют практического интереса.

На глубинах в несколько километров много тепла, но как его поднять? Иногда эту задачу решает за нас сама природа с помощью естественного теплоносителя — нагретых термальных вод, выходящих на поверхность или же залегающих на доступной для нас глубине. В ряде случаев вода в глубинах разогрета до состояния пара.

Строгого определения понятия «термальные воды» нет. Как правило, под ними подразумевают горячие подземные воды в жидком состоянии или в виде пара, в том числе выходящие на поверхность Земли с температурой выше 20°C, то есть, как правило, более высокой, чем температура воздуха.

Тепло подземных вод, пара, пароводяных смесей — это гидротермальная энергия. Соответственно энергетика, основанная на её использовании, называется гидротермальной.

Сложнее обстоит дело с добычей тепла непосредственно сухих горных пород — петротермальной энергии, тем более что достаточно высокие температуры, как правило, начинаются с глубин в несколько километров.

На территории России потенциал петротермальной энергии в сто раз выше, чем у гидротермальной, — соответственно 3500 и 35 трлн тонн условного топлива. Это вполне естественно — тепло глубин Земли имеется везде, а термальные воды обнаруживаются локально. Однако из-за очевидных технических трудностей для получения тепла и электроэнергии в настоящее время используются большей частью термальные воды.

Воды температурой от 20–30 до 100°C пригодны для отопления, температурой от 150°C и выше — и для выработки электроэнергии на геотермальных электростанциях.

В целом же геотермальные ресурсы на территории России в пересчёте на тонны условного топлива или любую другую единицу измерения энергии примерно в 10 раз выше запасов органического топлива.

Распределение геотермальных ресурсов по территории России. Запасы геотермальной энергии, по оценкам экспертов, в несколько раз превышают запасы энергии органического ископаемого топлива. По данным ассоциации «Геотермальное энергетическое общество»

Теоретически только за счёт геотермальной энергии можно было бы полностью удовлетворить энергетические потребности страны. Практически же на данный момент на большей части её территории это неосуществимо по технико-экономическим соображениям.

В мире использование геотермальной энергии ассоциируется чаще всего с Исландией — страной, расположенной на северном окончании Срединно-Атлантического хребта, в исключительно активной тектонической и вулканической зоне. Наверное, все помнят мощное извержение вулкана Эйяфьятлайокудль (Eyjafjallajökull

) в 2010 году.

Установленные мощности геотермальных электростанций по странам мира, МВт

Именно благодаря такой геологической специфике Исландия обладает огромными запасами геотермальной энергии, в том числе горячих источников, выходящих на поверхность Земли и даже фонтанирующих в виде гейзеров.

В Исландии в настоящее время более 60% всей потребляемой энергии берут из Земли. В том числе за счёт геотермальных источников обеспечивается 90% отопления и 30% выработки электроэнергии. Добавим, что остальная часть электроэнергии в стране производится на ГЭС, то есть также с использованием возобновляемого источника энергии, благодаря чему Исландия выглядит неким мировым экологическим эталоном.

«Приручение» геотермальной энергии в XX веке заметно помогло Исландии в экономическом отношении. До середины прошлого столетия она была очень бедной страной, сейчас занимает первое место в мире по установленной мощности и производству геотермальной энергии на душу населения и находится в первой десятке по абсолютной величине установленной мощности геотермальных электростанций. Однако её население составляет всего 300 тысяч человек, что упрощает задачу перехода на экологически чистые источники энергии: потребности в ней в целом невелики.

Помимо Исландии высокая доля геотермальной энергетики в общем балансе производства электроэнергии обеспечивается в Новой Зеландии и островных государствах Юго-Восточной Азии (Филиппины и Индонезия), странах Центральной Америки и Восточной Африки, территория которых также характеризуется высокой сейсмической и вулканической активностью. Для этих стран при их нынешнем уровне развития и потребностях геотермальная энергетика вносит весомый вклад в социально-экономическое развитие.

Использование геотермальной энергии имеет весьма давнюю историю. Один из первых известных примеров — Италия, местечко в провинции Тоскана, ныне называемое Лардерелло, где ещё в начале XIX века местные горячие термальные воды, изливавшиеся естественным путём или добываемые из неглубоких скважин, использовались в энергетических целях.

Коллектор для сбора термальной борной воды в Лардерелло (Италия), первая половина XIX века

Вода из подземных источников, богатая бором, употреблялась здесь для получения борной кислоты. Первоначально эту кислоту получали методом выпаривания в железных бойлерах, а в качестве топлива брали обычные дрова из ближайших лесов, но в 1827 году Франческо Лардерел (Francesco Larderel) создал систему, работавшую на тепле самих вод. Одновременно энергию природного водяного пара начали использовать для работы буровых установок, а в начале XX века — и для отопления местных домов и теплиц. Там же, в Лардерелло, в 1904 году термальный водяной пар стал энергетическим источником для получения электричества.

Двигатель и инвертор, использовавшиеся в Лардерелло в 1904 году в первом эксперименте по производству геотермальной электроэнергии

Примеру Италии в конце XIX—начале XX века последовали некоторые другие страны. Например, в 1892 году термальные воды впервые были использованы для местного отопления в США (Бойсе, штат Айдахо), в 1919-м — в Японии, в 1928-м — в Исландии.

В США первая электростанция, работавшая на гидротермальной энергии, появилась в Калифорнии в начале 1930-х годов, в Новой Зеландии — в 1958 году, в Мексике — в 1959-м, в России (первая в мире бинарная ГеоЭС) — в 1965-м.

Старый принцип на новом источнике

Выработка электроэнергии требует более высокой температуры гидроисточника, чем для отопления, — более 150°C. Принцип работы геотермальной электростанции (ГеоЭС) сходен с принципом работы обычной тепловой электростанции (ТЭС). По сути, геотермальная электростанция — разновидность ТЭС.

Принципиальная схема работы тепловой электростанции

На ТЭС в роли первичного источника энергии выступают, как правило, уголь, газ или мазут, а рабочим телом служит водяной пар. Топливо, сгорая, нагревает воду до состояния пара, который вращает паровую турбину, а она генерирует электричество.

Отличие ГеоЭС состоит в том, что первичный источник энергии здесь — тепло земных недр и рабочее тело в виде пара поступает на лопасти турбины электрогенератора в «готовом» виде прямо из добывающей скважины.

Существуют три основные схемы работы ГеоЭС: прямая, с использованием сухого (геотермального) пара; непрямая, на основе гидротермальной воды, и смешанная, или бинарная.

Применение той или иной схемы зависит от агрегатного состояния и температуры энергоносителя.

Самая простая и потому первая из освоенных схем — прямая, в которой пар, поступающий из скважины, пропускается непосредственно через турбину. На сухом пару работала и первая в мире ГеоЭС в Лардерелло в 1904 году.

Принцип работы ГеоЭС на сухом пару. Геотермальный пар, поступающий из добывающей скважины, пропускается непосредственно через паровую турбину. Самая простая из существующих схем работы ГеоЭС

ГеоЭС с непрямой схемой работы в наше время самые распространённые. Они используют горячую подземную воду, которая под высоким давлением нагнетается в испаритель, где часть её выпаривается, а полученный пар вращает турбину. В ряде случаев требуются дополнительные устройства и контуры для очистки геотермальной воды и пара от агрессивных соединений.

Принцип работы ГеоЭС с непрямой схемой. Горячая подземная вода из добывающей скважины нагнетается в испаритель, а полученный пар подаётся в турбину

Отработанный пар поступает в скважину нагнетания либо используется для отопления помещений, — в этом случае принцип тот же, что при работе ТЭЦ.

На бинарных ГеоЭС горячая термальная вода взаимодействует с другой жидкостью, выполняющей функции рабочего тела с более низкой температурой кипения. Обе жидкости пропускаются через теплообменник, где термальная вода выпаривает рабочую жидкость, пары которой вращают турбину.

Принцип работы бинарной ГеоЭС. Горячая термальная вода взаимодействует с другой жидкостью, выполняющей функции рабочего тела и имеющей менее высокую температуру кипения. Обе жидкости пропускаются через теплообменник, где термальная вода выпаривает рабочую жидкость, пары которой, в свою очередь, вращают турбину

Эта система замкнута, что решает проблемы выбросов в атмосферу. Кроме того, рабочие жидкости со сравнительно низкой температурой кипения позволяют использовать в качестве первичного источника энергии и не очень горячие термальные воды.

Во всех трёх схемах эксплуатируется гидротермальный источник, но для получения электричества можно использовать и петротермальную энергию.

Принципиальная схема в этом случае также достаточно проста. Необходимо пробурить две соединяющиеся между собою скважины — нагнетательную и эксплуатационную. В нагнетательную скважину закачивается вода. На глубине она нагревается, затем нагретая вода или образовавшийся в результате сильного нагрева пар по эксплуатационной скважине подаётся на поверхность. Далее всё зависит от того, как используется петротермальная энергия — для отопления или для производства электроэнергии. Возможен замкнутый цикл с закачиванием отработанного пара и воды обратно в нагнетательную скважину либо другой способ утилизации.

Схема работы петротермальной системы. Система основана на использовании температурного градиента между поверхностью земли и её недрами, где температура выше. Вода с поверхности закачивается в нагнетательную скважину и нагревается на глубине, далее нагретая вода или образовавшийся в результате нагрева пар подаются на поверхность по эксплуатационной скважине

Недостаток такой системы очевиден: для получения достаточно высокой температуры рабочей жидкости нужно бурить скважины на большую глубину. А это серьёзные затраты и риск существенных потерь тепла при движении флюида вверх. Поэтому петротермальные системы пока менее распространены по сравнению с гидротермальными, хотя потенциал петротермальной энергетики на порядки выше.

В настоящее время лидер в создании так называемых петротермальных циркуляционных систем (ПЦС) — Австралия. Кроме того, это направление геотермальной энергетики активно развивается в США, Швейцарии, Великобритании, Японии.

Подарок лорда Кельвина

Изобретение в 1852 году теплового насоса физиком Уильямом Томпсоном (он же — лорд Кельвин) предоставило человечеству реальную возможность использования низкопотенциального тепла верхних слоёв грунта. Теплонасосная система, или, как её называл Томпсон, умножитель тепла, основана на физическом процессе передачи тепла от окружающей среды к хладагенту. По сути, в ней используют тот же принцип, что и в петротермальных системах. Отличие — в источнике тепла, в связи с чем может возникнуть терминологический вопрос: насколько тепловой насос можно считать именно геотермальной системой? Дело в том, что в верхних слоях, до глубин в десятки-сотни метров, породы и содержащиеся в них флюиды нагреваются не глубинным теплом земли, а солнцем. Таким образом, именно солнце в данном случае — первичный источник тепла, хотя забирается оно, как и в геотермальных системах, из земли.

Принципиальная схема холодильника и теплового насоса: 1

— конденсатор;
2
— дроссель (регулятор давления);
3
— испаритель;
4
— компрессор

Работа теплового насоса основана на запаздывании прогрева и охлаждения грунта по сравнению с атмосферой, в результате чего образуется градиент температур между поверхностью и более глубокими слоями, которые сохраняют тепло даже зимой, подобно тому, как это происходит в водоёмах. Основное назначение тепловых насосов — обогрев помещений. По сути — это «холодильник наоборот». И тепловой насос, и холодильник взаимодействуют с тремя составляющими: внутренней средой (в первом случае — отапливаемое помещение, во втором — охлаждаемая камера холодильника), внешней средой — источником энергии и холодильным агентом (хладагентом), он же — теплоноситель, обеспечивающий передачу тепла или холода.

В роли хладагента выступает вещество с низкой температурой кипения, что позволяет ему отбирать тепло у источника, имеющего даже сравнительно низкую температуру.

В холодильнике жидкий хладагент через дроссель (регулятор давления) поступает в испаритель, где из-за резкого уменьшения давления происходит испарение жидкости. Испарение — эндотермический процесс, требующий поглощения тепла извне. В результате тепло из внутренних стенок испарителя забирается, что и обеспечивает охлаждающий эффект в камере холодильника. Далее из испарителя хладагент засасывается в компрессор, где он возвращается в жидкое агрегатное состояние. Это обратный процесс, ведущий к выбросу отнятого тепла во внешнюю среду. Как правило, оно выбрасывается в помещение, и задняя стенка холодильника сравнительно тёплая.

Тепловой насос работает практически так же, с той разницей, что тепло забирается из внешней среды и через испаритель поступает во внутреннюю среду — систему отопления помещения.

В реальном тепловом насосе вода нагревается, проходя по внешнему контуру, уложенному в землю или водоём, далее поступает в испаритель.

В испарителе тепло передаётся во внутренний контур, заполненный хладагентом с низкой температурой кипения, который, проходя через испаритель, переходит из жидкого состояния в газообразное, забирая тепло.

Далее газообразный хладагент попадает в компрессор, где сжимается до высокого давления и температуры, и поступает в конденсатор, где происходит теплообмен между горячим газом и теплоносителем из системы отопления.

Для работы компрессора требуется электроэнергия, тем не менее коэффициент трансформации (соотношение потребляемой и вырабатываемой энергии) в современных системах достаточно высок, чтобы обеспечить их эффективность.

В настоящее время тепловые насосы довольно широко используются для отопления помещений, главным образом, в экономически развитых странах.

Экокорректная энергетика

Геотермальная энергетика считается экологически чистой, что в целом справедливо. Прежде всего, в ней используется возобновляемый и практически неисчерпаемый ресурс. Геотермальная энергетика не требует больших площадей, в отличие от крупных ГЭС или ветропарков, и не загрязняет атмосферу, в отличие от углеводородной энергетики. В среднем ГеоЭС занимает 400 м2 в пересчёте на 1 ГВт вырабатываемой электроэнергии. Тот же показатель для угольной ТЭС, к примеру, составляет 3600 м2. К экологическим преимуществам ГеоЭС относят также низкое водопотребление — 20 литров пресной воды на 1 кВт, тогда как для ТЭС и АЭС требуется около 1000 литров. Отметим, что это экологические показатели «среднестатистической» ГеоЭС.

Но отрицательные побочные эффекты всё же имеются. Среди них чаще всего выделяют шум, тепловое загрязнение атмосферы и химическое — воды и почвы, а также образование твёрдых отходов.

Главный источник химического загрязнения среды — собственно термальная вода (с высокой температурой и минерализацией), нередко содержащая большие количества токсичных соединений, в связи с чем существует проблема утилизации отработанной воды и опасных веществ.

Отрицательные эффекты геотермальной энергетики могут прослеживаться на нескольких этапах, начиная с бурения скважин. Здесь возникают те же опасности, что и при бурении любой скважины: разрушение почвенно-растительного покрова, загрязнение грунта и грунтовых вод.

На стадии эксплуатации ГеоЭС проблемы загрязнения окружающей среды сохраняются. Термальные флюиды — вода и пар — обычно содержат углекислый газ (CO2), сульфид серы (H2S), аммиак (NH3), метан (CH4), поваренную соль (NaCl), бор (B), мышьяк (As), ртуть (Hg). При выбросах во внешнюю среду они становятся источниками её загрязнения. Кроме того, агрессивная химическая среда может вызывать коррозионные разрушения конструкций ГеоТЭС.

В то же время выбросы загрязняющих веществ на ГеоЭС в среднем ниже, чем на ТЭС. Например, выбросы углекислого газа на каждый киловатт-час выработанной электроэнергии составляют до 380 г на ГеоЭС, 1042 г — на угольных ТЭС, 906 г — на мазутных и 453 г — на газовых ТЭС.

Возникает вопрос: что делать с отработанной водой? При невысокой минерализации она после охлаждения может быть сброшена в поверхностные воды. Другой путь — закачивание её обратно в водоносный пласт через нагнетательную скважину, что предпочтительно и преимущественно применяется в настоящее время.

Добыча термальной воды из водоносных пластов (как и выкачивание обычной воды) может вызывать просадку и подвижки грунта, другие деформации геологических слоёв, микроземлетрясения. Вероятность таких явлений, как правило, невелика, хотя отдельные случаи зафиксированы (например, на ГеоЭС в Штауфен-им-Брайсгау в Германии).

Следует подчеркнуть, что большая часть ГеоЭС расположена на сравнительно малонаселённых территориях и в странах третьего мира, где экологические требования бывают менее жёсткими, чем в развитых странах. Кроме того, на данный момент количество ГеоЭС и их мощности сравнительно невелики. При более масштабном развитии геотермальной энергетики экологические риски могут возрасти и умножиться.

Почём энергия Земли?

Инвестиционные затраты на строительство геотермальных систем варьируют в очень широком диапазоне — от 200 до 5000 долларов на 1 кВт установленной мощности, то есть самые дешёвые варианты сопоставимы со стоимостью строительства ТЭС. Зависят они, прежде всего, от условий залегания термальных вод, их состава, конструкции системы. Бурение на большую глубину, создание замкнутой системы с двумя скважинами, необходимость очистки воды могут многократно увеличивать стоимость.

Например, инвестиции в создание петротермальной циркуляционной системы (ПЦС) оцениваются в 1,6–4 тыс. долларов на 1 кВт установленной мощности, что превышает затраты на строительство атомной электростанции и сопоставимо с затратами на строительство ветряных и солнечных электростанций.

Очевидное экономическое преимущество ГеоТЭС — бесплатный энергоноситель. Для сравнения — в структуре затрат работающей ТЭС или АЭС на топливо приходится 50–80% или даже больше, в зависимости от текущих цен на энергоносители. Отсюда ещё одно преимущество геотермальной системы: расходы при эксплуатации более стабильны и предсказуемы, поскольку не зависят от внешней конъюнктуры цен на энергоносители. В целом эксплуатационные затраты ГеоТЭС оцениваются в 2–10 центов (60 коп.–3 руб.) на 1 кВт·ч произведённой мощности.

Вторая по величине после энергоносителя (и весьма существенная) статья расходов — это, как правило, заработная плата персонала станции, которая может кардинально различаться по странам и регионам.

В среднем себестоимость 1 кВт·ч геотермальной энергии сопоставима с таковой для ТЭС (в российских условиях — около 1 руб./1 кВт·ч) и в десять раз выше себестоимости выработки электроэнергии на ГЭС (5–10 коп./1 кВт·ч).

Отчасти причина высокой себестоимости заключается в том, что, в отличие от тепловых и гидравлических электростанций, ГеоТЭС имеет сравнительно небольшую мощность. Кроме того, необходимо сравнивать системы, находящиеся в одном регионе и в сходных условиях. Так, например, на Камчатке, по оценкам экспертов, 1 кВт·ч геотермальной электроэнергии обходится в 2–3 раза дешевле электроэнергии, произведённой на местных ТЭС.

Показатели экономической эффективности работы геотермальной системы зависят, например, и от того, нужно ли утилизировать отработанную воду и какими способами это делается, возможно ли комбинированное использование ресурса. Так, химические элементы и соединения, извлечённые из термальной воды, могут дать дополнительный доход. Вспомним пример Лардерелло: первичным там было именно химическое производство, а использование геотермальной энергии первоначально носило вспомогательный характер.

Форварды геотермальной энергетики

Геотермальная энергетика развивается несколько иначе, чем ветряная и солнечная. В настоящее время она в существенно большей степени зависит от характера самого ресурса, который резко различается по регионам, а наибольшие концентрации привязаны к узким зонам геотермических аномалий, связанных, как правило, с районами развития тектонических разломов и вулканизма.

Кроме того, геотермальная энергетика менее технологически ёмкая по сравнению с ветряной и тем более с солнечной энергетикой: системы геотермальных станций достаточно просты.

В общей структуре мирового производства электроэнергии на геотермальную составляющую приходится менее 1%, но в некоторых регионах и странах её доля достигает 25–30%. Из-за привязки к геологическим условиям значительная часть мощностей геотермальной энергетики сосредоточена в странах третьего мира, где выделяются три кластера наибольшего развития отрасли — острова Юго-Восточной Азии, Центральная Америка и Восточная Африка. Два первых региона входят в Тихоокеанский «огненный пояс Земли», третий привязан к Восточно-Африканскому рифту. С наибольшей вероятностью геотермальная энергетика и далее будет развиваться в этих поясах. Более отдалённая перспектива — развитие петротермальной энергетики, использующей тепло слоёв земли, лежащих на глубине нескольких километров. Это практически повсеместно распространённый ресурс, но его извлечение требует высоких затрат, поэтому петротермальная энергетика развивается прежде всего в наиболее экономически и технологически мощных странах.

В целом, учитывая повсеместное распространение геотермальных ресурсов и приемлемый уровень экологической безопасности, есть основания предполагать, что геотермальная энергетика имеет хорошие перспективы развития. Особенно при нарастании угрозы дефицита традиционных энергоносителей и росте цен на них.

От Камчатки до Кавказа

В России развитие геотермальной энергетики имеет достаточно давнюю историю, и по ряду позиций мы находимся в числе мировых лидеров, хотя в общем энергобалансе огромной страны доля геотермальной энергии пока ничтожно мала.

Пионерами и центрами развития геотермальной энергетики в России стали два региона — Камчатка и Северный Кавказ, причём если в первом случае речь идёт прежде всего об электроэнергетике, то во втором — об использовании тепловой энергии термальной воды.

На Северном Кавказе — в Краснодарском крае, Чечне, Дагестане — тепло термальных вод для энергетических целей использовалось ещё до Великой Отечественной войны. В 1980–1990-е годы развитие геотермальной энергетики в регионе по понятным причинам застопорилось и пока из состояния стагнации не вышло. Тем не менее геотермальное водоснабжение на Северном Кавказе обеспечивает теплом около 500 тыс. человек, а, например, город Лабинск в Краснодарском крае с населением 60 тыс. человек полностью отапливается за счёт геотермальных вод.

На Камчатке история геотермальной энергетики связана, прежде всего, со строительством ГеоЭС. Первые из них, до сих пор работающие Паужетская и Паратунская станции, были построены ещё в 1965–1967 годах, при этом Паратунская ГеоЭС мощностью 600 кВт стала первой станцией в мире с бинарным циклом. Это была разработка советских учёных С. С. Кутателадзе и А. М. Розенфельда из Института теплофизики СО РАН, получивших в 1965 году авторское свидетельство на извлечение электроэнергии из воды с температурой от 70°C. Эта технология впоследствии стала прототипом для более 400 бинарных ГеоЭС в мире.

Мощность Паужетской ГеоЭС, введённой в эксплуатацию в 1966 году, изначально составляла 5 МВт и впоследствии была наращена до 12 МВт. В настоящее время на станции идёт строительство бинарного блока, который увеличит её мощность ещё на 2,5 МВт.

Развитие геотермальной энергетики в СССР и России тормозилось доступностью традиционных энергоносителей — нефти, газа, угля, но никогда не прекращалось. Крупнейшие на данный момент объекты геотермальной энергетики — Верхне-Мутновская ГеоЭС с суммарной мощностью энергоблоков 12 МВт, введённая в эксплуатацию в 1999 году, и Мутновская ГеоЭС мощностью 50 МВт (2002 год).

Мутновская и Верхне-Мутновская ГеоЭС — уникальные объекты не только для России, но и в мировом масштабе. Станции расположены у подножия вулкана Мутновский, на высоте 800 метров над уровнем моря, и работают в экстремальных климатических условиях, где 9–10 месяцев в году зима. Оборудование Мутновских ГеоЭС, на данный момент одно из самых современных в мире, полностью создано на отечественных предприятиях энергетического машиностроения.

В настоящее время доля Мутновских станций в общей структуре энергопотребления Центрально-Камчатского энергетического узла составляет 40%. В ближайшие годы планируется увеличение мощности.

Мутновская ГеоЭС на Камчатке. На конец 2011 года установленная мощность станции была 50 МВт, однако её планируется увеличить до 80 МВт. Фото Татьяны Коробковой (НИЛ ВИЭ географического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова)

Отдельно следует сказать о российских петротермальных разработках. Крупных ПЦС у нас пока нет, однако есть передовые технологии бурения на большую глубину (порядка 10 км), которые также не имеют аналогов в мире. Их дальнейшее развитие позволит кардинально снизить затраты на создание петротермальных систем. Разработчики данных технологий и проектов — Н. А. Гнатусь, М. Д. Хуторской (Геологический институт РАН), А. С. Некрасов (Институт народнохозяйственного прогнозирования РАН) и специалисты Калужского турбинного завода. Сейчас проект петротермальной циркуляционной системы в России находится на экспериментальной стадии.

Перспективы у геотермальной энергетики в России есть, хотя и сравнительно отдалённые: на данный момент достаточно велик потенциал и сильны позиции традиционной энергетики. В то же время в ряде отдалённых районов страны использование геотермальной энергии экономически выгодно и востребовано уже сейчас. Это территории с высоким геоэнергетическим потенциалом (Чукотка, Камчатка, Курилы — российская часть Тихоокеанского «огненного пояса Земли», горы Южной Сибири и Кавказ) и одновременно удалённые и отрезанные от централизованного энергоснабжения.

Вероятно, в ближайшие десятилетия геотермальная энергетика в нашей стране будет развиваться именно в таких регионах.

Основные типы альтернативных источников энергии

По принципу использования все альтернативные источники тепла могут быть:

• дополнительными;
• независимыми.

Приборы первого типа не могут выработать достаточно мощности или работают сезонно. Часто они просто дополняют работающий газовый котел или используются в межсезонье, когда нагрузка на отопительную систему существенно снижается. Источники второго типа полностью заменяют газовое отопление. Они имеют достаточную мощность и КПД, оптимальный для постоянного использования.

4) Энергия волн

Гидроэнергия океана не ограничивается энергией приливов, отливов и подводных течений. Например, как вам может рассказать любой серфер, что энергия волн это что-то невероятное. И действительно большие волны могут давать неплохую энергию. Волны образуются, когда ветер дует над самой поверхностью воды.

Для сбора энергии волн используются плавающие устройства, которые по электрическим кабелям передают электричество на берег или в специальные энергетические хранилища, дрейфующие в море.

В 2008 году Португалия протестировала первую в мире морскую энерго-ферму (плавающее хранилище энергии), расположенную в пяти километрах от береговой линии.

Тепловые насосы

Одним из экономичных, надежных и доступных вариантов альтернативного отопления частного дома являются тепловые насосы. Это инновационное оборудование, которое дает возможность использования температуры внешней среды (почвы, воды и воздуха) для обогрева зимой или охлаждения дома летом. Принцип действия у всех тепловых насосов примерно схож:

• вода, воздух или почва нагревают, или охлаждают хладагент;
• хладагент, проходя через испаритель, нагревает теплоноситель отопительной системы.

Система работает по закрытому контуру, то есть процесс автоматизирован. В зависимости от источника используемой энергии, выделяют 3 типа тепловых насосов.

С помощью угля

Многие частные дома находятся далеко от газовой трубы. Купить дрова в некоторых регионах сложнее, чем уголь. Можно приобрести оборудование, работающее на твердом топливе.Котлы, рассчитанные на сгорание угля, имеют датчики для регулирования температуры отопления. Использование каменного угля сократит количество вредных веществ, появляющихся в результате сгорания.

При выборе дров или угля стоит заранее определиться, где и по каким ценам вы будете закупать топливо.

Котлы для твердого топлива состоят из топки, в которой и происходит процесс сгорания угля, теплообменника, где нагревается уголь, и колосника. Теплообменник может изготавливаться из чугуна или стали. В зависимости от этого, на рынке можно найти котлы чугунные или стальные. Какой материал предпочтительней? Стальные котлы стоят немного дешевле. Почему? Чугунный котел прослужит дольше. Что касается надежности, эти конструкции повредить сложно.

https://youtube.com/watch?v=qjwrEuT3WZ4

К достоинствам угольных печей относят долговечность и высокую теплоотдачу. Система отопления не требует наличия электроэнергии. Понятно, что уголь придется закупить заранее и предусмотреть помещение для его хранения.

Водяные тепловые насосы

В качестве основного источника альтернативной энергии в таких системах используются подземные воды или соседние водоемы. Как и предыдущий вариант, такой способ отопления может стать эффективной заменой газовому котлу. Особенность водяных тепловых насосов несколько ограничивает их применяемость. Потому что:

• не на каждом участке есть доступ к открытому водоему;
• глубина залегания подземных вод может быть значительной.

Кроме того, при использовании открытого водоема в качестве основного источника надо периодически чистить трубы — иначе КПД системы снижается.

Сборка и подключение ветрогенератора

Вторым по популярности источником альтернативной энергии является ветер. Самодельные ветрогенераторы позволяют обеспечить дом теплом с минимальными затратами.

Первый этап. Выберите подходящий тип конструкции и ее мощность. Новичкам рекомендуется отдавать выбор в пользу наиболее популярных вертикальных ветрогенераторов. Мощность подбирайте индивидуально. Повышение мощности ветрогенератора осуществляется путем увеличения размера рабочего колеса и добавления дополнительных лопастей.

Однако помните, что чем мощнее будет устройство, тем более сложной будет его балансировка.Оптимальным вариантом для самостоятельного изготовления является ветряк с рабочим колесом диаметром порядка 2 м и 4-6 лопастями.

Второй этап. Сделайте фундамент для ветрогенератора. Достаточно элементарного трехточечного основания. Глубину и площадь конструкции определяйте индивидуально с учетом характеристик почвы и особенностей климата в месте строительства.

Установку мачты выполняйте не ранее полного застывания основания, т.е. примерно через 1,5-2 недели. Вместо фундамента вы можете использовать растяжки. Это еще более простой вариант установки мачты. Выройте небольшой котлован глубиной примерно 50-60 см, установите в него мачту ветрогенератора и надежно закрепите конструкцию с помощью обыкновенных растяжек.

Третий этап. Изготовьте лопасти. В домашних условиях для этого прекрасно подойдет металлическая бочка

Вам нужно разделить емкость на одинаковые части в количестве равном числу выбранных лопастей.Предварительно нанесите отметины, важно, чтобы лопасти имели строго одинаковый размер.Вырежьте лопасти будущего ветрогенератора. В этом вам поможет болгарка

При отсутствии болгарки можно обойтись ножницами для резки металла.

Четвертый этап. Зафиксируйте заготовку на генераторе с помощью болтов, а затем отогните лопасти. От того, насколько сильно будут отогнуты лопасти, зависят многие параметры работы ветрогенератора. Какие-то конкретные рекомендации в этом плане дать нельзя. Определить подходящий угол вы сможете только опытным путем.

Пятый этап. Подключите к генератору электропровода и соедините элементы системы в цепь. Зафиксируйте генератор на мачте ветряка, после чего подключите провода к мачте и включите в цепь генератор и аккумулятор. Дайте нагрузку при помощи проводов. На этом ветрогенератор готов. Можете подключать его к системе водяного отопления посредством все тех же накопительных емкостей.

При желании вы можете собрать и установить несколько ветряков, если одного устройства недостаточно для полноценного обеспечения дома теплом.

Таким образом, использование альтернативной энергии – это очень перспективное направление, однозначно заслуживающее внимания. Теперь и вы можете почувствовать себя частью современного мира и существенно сэкономить на обогреве, собрав простую ветряную или солнечную установку. Следуйте инструкции, и все получится.

Геотермальные тепловые насосы

Основным источником энергии в геотермальных тепловых насосах является температура земли. Поскольку на глубине в несколько метров она всегда постоянная, такой вариант систем можно использовать в любую погоду:

• зимой — для обогрева;
• летом — для поддержания в доме комфортной прохладной температуры.

Для организации альтернативного отопления с помощью геотермальных тепловых насосов могут использоваться теплообменники горизонтального и вертикального типов. В первом случае монтаж труб выполняется на глубине ниже уровня естественного промерзания (более 1 метра). Во втором — контур теплообменника размещается в предварительно выполненных глубинных скважинах (до 100-150 метров глубиной). Чаще остальных используются именно геотермальные тепловые насосы. Обусловлено это тем, что их КПД не зависит от условий окружающей среды, а оборудование, помещенное в грунт, практически не изнашивается. Кроме того, к преимуществам относят:

• Повышенную экономическую эффективность. Для функционирования агрегатов, работающих в системе теплового насоса, нужна электроэнергия. При этом, она расходуется эффективнее, чем при любом другом отоплении. Так, на 1 кВт расходуемого электричества, тепловой насос способен выделять 4-5 кВт тепловой энергии. Поэтому, КПД геотермальных тепловых насосов может достигать 400-500%.
• Экологичность. Во время работы агрегата не происходит сжигание топлива, то есть нет выбросов вредных веществ в окружающую среду. Кроме всего, это значит, что нет риска отравления угарными газами, как например, в случае с твердотопливными котлами.
• Возможность повсеместного использования. Возле каждого загородного дома найдется хоть небольшой участок земли, который можно использовать для монтажа теплообменного контура тепловых насосов. Кроме того, они могут работать даже без подключения к электричеству — достаточно поставить бензиновый или дизельный генератор.
• Многозадачность. Большинство моделей современных тепловых насосов оборудуются реверсивными клапанами. Это значит, что такие системы могут использоваться не только для обогрева дома и обеспечения горячего водоснабжения, но и для его охлаждения в летний период. При этом, даже при работе на охлаждение, тепловой насос сможет продолжать нагревать воду для ГВС и бассейна.
• Безопасность. В агрегатах нет открытого огня, а теплоноситель не нагревается выше 90 градусов. Это значительно повышает безопасность всей системы. К тому же, теплоноситель в таких системах никогда не замерзает, то есть даже длительный простой не повлияет на их работоспособность.

Тепловые насосы способны полностью заменить привычные варианты отопления, обеспечивая нужную мощность для качественного, равномерного отопления всего загородного дома. Наряду с этим, явный недостаток у тепловых насосов только один — высокая стоимость оборудования, монтажа и подключения. На практике этот минус редко учитывается, потому что у тепловых насосов короткий цикл окупаемости при длительном сроке службы. Такое соотношение преимуществ и недостатков делает тепловые насосы, наверное, лучшей альтернативой привычному газовому отоплению и другим его вариантам.

Примеры реализации отопления домов тепловыми насосами можно посмотреть на отдельной странице.

Радиаторы и трубы отопления

Помимо современных отопительных котлов не менее важными компонентами являются трубы и радиаторы. Они необходимы для эффективной передачи тепловой энергии воздуху в помещении. Во время проектирования системы необходимо решить две задачи – уменьшить тепловые потери при транспортировке теплоносителя по трубам и улучшить теплоотдачу батарей.

Любые современные радиаторы отопления должны не только иметь хорошие показатели теплопередачи, но и удобную для ремонта и обслуживания конструкцию. Это же касается трубопроводов. Их монтаж не должен вызывать затруднений. В идеале установку может осуществить сам владелец дома без применения дорогого оборудования.

Современные радиаторы отопления

Конструкция радиаторов отопления

Для увеличения теплоотдачи в качестве основного материала изготовления батарей все чаще используют алюминий. Он имеет хорошие показатели теплопроводности, а для получения нужной формы можно применять технологию литья или сварки.

Но нужно учитывать, что алюминий очень чувствителен к воздействию воды. Современные чугунные радиаторы отопления лишены этого недостатка, хотя и обладают меньшей энергоемкостью. Для решения этой проблемы была разработана новая конструкция батарей, у которых водяные каналы изготавливаются из стальных или медных труб.

Эти современные трубы для отопления практически не подвергаются коррозии, имея минимальные размеры и толщину стенок. Последнее необходимо для эффективной тепловой передачи алюминию энергии от горячей воды. У современных радиаторов отопления есть несколько преимуществ, заключающихся в следующем:

• Долгий срок эксплуатации – до 40 лет. Однако он зависит от условий работы и своевременного выполнения прочистки системы;
• Возможность выбора способа подключения – верхнее, нижнее или боковое;
• В комплектацию может входить кран Маевского и терморегулятор.

В большинстве случаев модели современных чугунных радиаторов отопления делают дизайнерскими. Они имеют классические формы, некоторые из них изготавливаются в напольном варианте с элементами художественной ковки.

КПД радиатора отопления зависит от правильной установки и способа подключения. Это обязательно учитывается при монтаже системы.

Современные трубы отопления

Полимерные трубы для отопления

Выбор современных труб отопления во многом зависит от материала их изготовления. В настоящее время чаще всего используют полимерные магистрали из полипропилена или сшитого полиэтилена. Они имеют дополнительный армирующий слой из алюминиевой фольги или стекловолокна.

Однако они имеют один существенный недостаток — относительно низкий порог температурного воздействия до +90°С. Это влечет большое температурное расширение и как следствие – повреждение трубопровода. Альтернативой полимерным трубам могут служить изделия из других материалов:

• Медные. С точки зрения функциональности медные трубопроводы соответствуют всем требованиям к отопительной системе. Они просты в монтаже, практически не изменяют форму даже при экстремально высоких температурах теплоносителя. Даже при замерзании воды стенки медных магистралей будут расширяться без повреждения. Недостаток – высокая стоимость;
• Нержавеющая сталь. Она не подвергается ржавлению, ее внутренняя поверхность имеет минимальный коэффициент шероховатости. К недостаткам можно отнести стоимость и трудоемкий монтаж.

Как правильно подобрать оптимальную комплектацию современного отопления? Для этого необходимо воспользоваться комплексным подходом – сделать правильный расчет системы и согласно полученным данным выбрать котел, трубы и радиаторы с соответствующими эксплуатационными характеристиками.

В видеоматериале показан пример современного отопления дома с помощью системы теплый пол:

Твердотопливные котлы

Котлы на твердом топливе — угле, дровах или пеллете — один из эффективных, доступных и простых вариантов альтернативного отопления частного дома. С их помощью можно полноценно отапливать жилые, производственные и складские помещения без снижения КПД даже при эксплуатации длинных теплосетей. Такое отопительное оборудование, как правило, подразумевает регулировку мощности и может использоваться, как в переходной период (межсезонье, осень и весна), так и в отопительный сезон. Твердотопливные котлы имеют несколько значимых достоинств:

• они работают на доступном топливе. Твердотопливные котлы разных моделей и конструкций могут работать на угле, дровах, щепе, пеллетах. Разнообразие вариантов позволяет выбрать самый дешевый с точки зрения топлива;
• КПД может достигать 85-90%;
• оборудование имеет простую конструкцию, что упрощает обслуживание и ремонт, если таковой потребуется.

На фоне этих преимуществ стоит отметить недостатки твердотопливных котлов. С ним относятся:

• сильная зависимость КПД от качества топлива. Например, влажный, неочищенный уголь при горении выделяет меньше тепла, чем антрацит. У влажного березового сруба теплотворная способность ниже, чем у дуба. При этом, проверить реальную калорийность и влажность топлива без специальных приборов невозможно;
• потребность в отдельном помещении для котельной и отдельного склада для топлива. При этом, котельная должна быть отделена от жилого помещения для защиты от копоти, а склад должен быть большим (из-за большого расхода твердого топлива);
• короткий автономный рабочий цикл. Полной загрузки топки в большинстве твердотопливных котлов хватает на 6-8 часов работы. В некоторых это время немного больше, в некоторых — меньше. Как бы там ни было, но это значит, что твердотопливное оборудование нуждается в регулярной загрузке топлива;
• необходимость частой чистки. Загрязнение поверхностей горения, водогрейных труб и зольного отделения может не только снизить КПД оборудования, но и провести к его затуханию. Поэтому, твердотопливные котлы придется чистить часто, периодически с их полной остановкой.

Сравнение эффективности различных вариантов отопления частного дома без газа и электричества

В действительности любой владелец загородного дома старается свести расходы по отоплению к минимуму. Однако делая выбор котельного оборудования, многие оценивают его экономичность только по цене топлива. И это не совсем корректно, поскольку нужно учитывать все расходы — это и тепловые конструктивные потери здания, и цена строительно-монтажных работ по отопительной системе, и себестоимость обслуживания котельного оборудования.

Самую экономичную схему теплоснабжения можно найти только в том жилом доме, который эффективно утеплен высококачественными теплозащитными материалами.

Следующее направление экономии на системах отопления — это вариант вида используемого топлива. При этом требуется учитывать не только лишь стоимость топливной составляющей в себестоимости 1 Гкал тепла на выходе из котлоагрегата, а затраты на обеспечение топливом: вспомогательное оборудование, работу систем автоматики и ее обслуживание. На сегодня самыми дешевым не газовым топливом являются древесные пеллеты.

Усредненно-стоимостные показатели отопления пригородного дома, располагаются в следующем в порядке возрастания:

1. Печь на древесине или угле.
2. Котел длительного горения.
3. Котельное оборудование на печном топливе.
4. Тепловые насосы.
5. Нетрадиционные источники энергии.

Котлы на отработанном масле

Как вариант альтернативного источника отопления часто используются котлы на отработанном масле. Особенно это актуально, если доступ к такому сырью есть всегда, а возможности использовать отопительные системы другого типа просто нет. Преимуществ у этих котлов несколько:

• быстрый нагрев (из-за высокой температуры горения масла);
• простая конструкция;
• дешевое или сравнительное дешевое топливо.

Недостатков, к сожалению, не меньше:

• требуется постоянный уход. Примеси в отработанном масле быстро загрязняют поверхности нагрева, из-за чего падает КПД;
• высокий риск. Отработанное топливо пожаро- взрывоопасно. Поэтому, его использование в качестве топлива всегда связано с риском;
• для топлива нужен отдельный склад. Хранить бочки с маслом в котельной запрещено.

7) Биоэнергия

Био-энергия это источник энергии, получаемой от биологических организмов. Например, растения с помощью фотосинтеза напрямую поглощают энергию солнца. Животные, которые едят растения, получают энергию через пищу, в которой уже есть полученная от солнца энергия. Этот природный смысл передачи энергии позволил ученым планеты придумать, способ, с помощью которого энергия в растениях может послужить на благо человечеству.

Органическая энергия биомассы является источником возобновляемой, экологически чистой энергии, которую мы можем хранить и использовать повторно.

Жидкое биотопливо уже широко используется во всем мире. Существует два вида биотоплива: этанол и биодизель, которые добавляются в обычное топливо.

Твердое биотопливо образуется из сельскохозяйственных побочных продуктов, таких как стебли кукурузы, рисовая шелуха, и других совместимых растительных веществ.

Биотопливо сокращает количество отходов сельского хозяйства, обеспечивает устойчивую и безопасную энергию для транспортных средств, электроэнергии и тепла.

Солнечные коллекторы

Один из самых простых и очевидных вариантов альтернативного отопления — использование солнечной энергии. Именно для этого разработаны солнечные коллекторы. Конструктивно это оборудование представляет собой установку с сетью соединенных труб, монтируемую на крышу зданий или в других местах под прямыми солнечными лучами. Вода в коллекторах нагревается, потом подается в бак-аккумулятор и используется для отопления и подачи горячей воды для бытовых нужд. В конструкциях современных солнечных коллекторов используются передовые материалы и покрытия, что существенно повышает КПД установок. Однако, у этого оборудования есть и минусы:

• температуру нагрева воды сложно или невозможно контролировать;
• ночью система работает на самоохлаждение;
• КПД зависит от угла наклона установки;
• на эффективность нагрева влияет чистота внешних поверхностей коллекторных труб;
• зимой эффективность солнечных коллекторов недостаточна для использования в качестве единственного источника отопления.

При этом, солнечные коллекторы вполне могут применяться для снижения нагрузки на основной источник отопления.

5) Энергия прилива

Приливные турбины используют мощную полярную силу приливов и отливов для выработки электроэнергии. Единственный минус этого вида энергии в невозможности предсказать силу приливной энергии. Но солнечная и ветровая энергия также зависит от погодных условий и времени года. То есть ни сила прилива, не солнечная или ветровая энергия, не может дать энергетикам точно определить заранее, сколько то или иное оборудование сможет выработать энергии в определенный период времени. Правда в последние годы появилось оборудование, которое способно собирать энергию от прибрежных и подводных течений, которые вполне можно предсказывать и соответственно рассчитать заранее получаемую энергию.

Воздухогрейные печи

Такой вид отопительного оборудования представляет собой малогабаритные печи с топкой и конвективными поверхностями. Работают они, как правило, на углях или дровах, из-за чего нужно подключаться к дымоходу. Принцип работы воздухогрейных печей следующий:

• пламя от сгорающего топлива нагревает металлические поверхности печи;
• под действием конвекции холодный воздух возле печи подается к конвективным поверхностям и нагревается;
• нагретый воздух выходит через верхние отверстия в конвективных панелях.

Главное достоинство такого альтернативного источника отопления — полная независимость от насосов и электричества в целом. Недостаток — локальная эффективность. То есть, воздухогрейная печь способна нагреть одно помещение, причем, неравномерно. При использовании воздухогрейных печей возможно появление “слепых зон”, в которых температура не будет меняться.

10) Ветроэнергетика

Ветер это естественно. Если есть кислород, атмосфера и т.п. то есть движение воздушных масс. И ветер не собирается покидать нашу планету в ближайшие миллионы лет. Ветер не истощает озоновый слой планеты. У ветра нет собственника. Кстати за последние столетия человечество не придумало ничего нового для использования ветра. В течение столетий люди использовали ветряные мельницы, для передачи энергии ветра на механизм перерабатывающий зерно.

Принцип добычи энергии из ветра остается тот же. Мало того, но до 1980-х годов никто в мире не пытался создать установку, которая помогала бы добывать от ветра энергию промышленных масштабов. Но после 1980 года в США начали запускать первые ветряные электростанции.

В настоящий момент в США размещено более 13,000 аэродинамических установок, вырабатывающие чистую энергию. В США используются небольшие ветряные установки, которые могут вырабатывать до 100 кВт и обеспечивать домохозяйство необходимой энергией.

Также в Америки используются береговые ветряные турбины, которые собирают энергию ветра, текущего над океанами. Кроме того, ветряные генераторы распространены в сельской местности, размещаемые в полях.

По состоянию на 2016 год на территории США это самый дешевый вид энергии. Около 6 центов за 1 кВт-ч. Еще один плюс ветряной энергии это необходимость использования воды для добычи электричества, что немаловажно в условиях дефицита природной воды в мировом масштабе.

Воздушные камины

Классические камины — это самый простой вариант воздушного отопления. Подобное оборудование имеет простейшую конструкцию, представленную топочным пространством и внешним дымоходом. Это обеспечивает его надежность и легкость использования. Главными преимуществами воздушных каминов является удобство и легкость их монтажа. Не нужны даже разрешительные документы и сертификаты качества. Кроме того, не надо предусматривать термозащиту. Минусы воздушных каминов очевидны:

• они имеют малую мощность и не смогут обогреть помещения большой площади;
• топливо придется загружать регулярно, причем делать это вручную (нет систем автоматизации);
• эффективность горения будет зависеть от естественной тяги, в том числе от соответствия параметров дымохода.

Как независимый альтернативный источник отопления воздушные камины целесообразно применять только в небольших домиках, (например гостевых) и тогда, когда обогрев нужен не постоянно. В других случаях, такой вариант обогрева будет вполне эффективным дополнением системы теплоснабжения.

6) Геотермальная энергия

Геотермальная энергия поступает из ядра Земли. По оценкам ученых температура в ядре превышает 5000 градусов по Цельсию. Скальные слои земли проводят тепло, которое в итоге поступает к поверхности планеты. Эта геотермальная энергия будет поступать на поверхность земли еще очень и очень долго. Энергия будет поступать даже тогда когда на планете не останется ископаемых видов топлива.

В Исландии ГеоЭС уже сегодня обеспечивают 25 процентов потребления энергии в стране. Для выработки электроэнергии на глубине более 1,5 километров специальное оборудование подымает пар и горячую воду, направляя их в турбины, которые и вырабатывают энергию.

Пеллетные камины

От простых воздушных пеллетные камины отличаются конструкцией топочного пространства. Она позволяет использовать в качестве основного топлива пеллеты и осуществлять их автоматическую подачу. При этом, высокий коэффициент сгорания топлива существенно снижает требования к дымоходу и естественной тяге. Исходя из принципа работы, можно выделить несколько преимуществ такого отопительного оборудования:

• ну нужен сложный монтаж или архитектурные доработки. Такие камины можно устанавливать даже в помещениях без коммуникаций, а дымоход выводить напрямую через стену (а не вертикально вверх);
• автоматизация подачи упрощает уход за оборудованием и увеличивает время рабочего цикла.

Из числа числа недостатков можно выделить следующие:

• пеллетный камин может обогреть только то помещение, где установлен. Для обогрева всего дома его будет недостаточно;
• для хранения большого запаса пеллет может потребоваться отдельное помещение;
• эффективность горения и обогрева зависит от качества пеллет.

Кроме того, нужно учитывать, производители пеллетных каминов для каждой модели строго оговаривают допустимые размеры пеллеты — длину и диаметр гранулы. Поэтому, топливо подойдет не каждое.

1) Кинетическая энергия

Все люди вырабатывают энергию за счет движения. Например, если вы едете на велосипеде, то вы получаете кинетическую энергию. В мире не используется огромное количество кинетической энергии. Возможно, когда-нибудь в будущем во всех крупных городах мира тротуарная плитка и другие покрытия пешеходных дорог будут оснащены оборудованием, которое способно собирать кинетическую энергию, которую мы создаем при ходьбе или беге.

Например, подобные тротуарные плитки уже созданы. И эксперимент показал, что если разместить подобные плитки на оживленной улице или в метро, то в течение дня можно будет собрать энергию, необходимую для питания в течение 12 часов небольшого торгового центра.

Камины с водяным контуром

В каминах с водяным контуром сочетаются особенности привычного камина и твердотопливного котла. Они тоже устанавливаются в помещениях и подключаются к общей отопительной системе. Конструктивно это оборудование отличается наличием емкости с водой внутри топки. Вода внутри резервуара нагревается и с помощью насосов подается по водяному контуру отопления. Фактически, такие камины выполняют сразу двойную работу: греют воздух в помещении и воду в системе. Это значительно увеличивает их КПД. Наряду с преимуществами, у такого источника альтернативного отопления есть и недостатки. Камин нужно подключать к дымоходу с достаточной естественной тягой, что может создать трудности. Кроме того, подачу основного топлива — дров — невозможно автоматизировать, ровно как и достаточное удаление золы. Из-за этого, дрова придется регулярно подкидывать. Если этого не делать — камин погаснет и дом быстро остынет. Поэтому, если нет возможности нанять кочегара, камины с водяным контуром чаще используют, как дополнительный источник.

Новейшие технологии и отопительное оборудование к вашим услугам

Схема двухконтурной системы отопления

С ними современное отопление дома можно устроить таким образом, что вы будете контролировать не только количество тепла, но и его распределение по разным комнатам. Это стало возможным благодаря системе устройств, работающих по спланированному алгоритму. Причем их легко подобрать под помещение любого размера и назначения.

Так, один тип отопительных систем предназначен специально для коттеджей или небольших загородных домов, другой — для многоэтажных зданий, а третий — для огромных городских районов. Но, поскольку вас интересует монтаж отопления загородного дома или квартиры, мы более подробно остановились на рассмотрении именно этих систем.

Они отличаются типом теплоносителя, принципом работы и дополнительными возможностями.

Водяное отопление

В процессе работы водяной системы топливо с помощью котла преобразуется в тепло, которое нагревает воду, а она — элементы отопительного контура.

Вы узнаете про нюансы подключения и эксплуатации:

• газовых, электрических и твердотопливных котлов
• одно- и двухконтурных агрегатов
• дымоходных и турбированных конструкций

Элементы системы

Система водяного отопления

Горячая вода по трубам поступает к непосредственным элементам системы, которые и нагревают помещение. Это могут быть:

• радиаторы
• теплые полы
• нагревательные змеевики
• бойлеры
• различные теплообменники

Радиаторы

Как правильно выбрать радиаторы?

Отдав наибольшую часть тепла радиаторам, остывшая вода возвращается в котел, где снова нагревается. И отопительный цикл повторяется. Вы поймете, как правильно выбрать радиаторы, и на каких из них лучше остановиться:

1. на стальных
2. чугунных
3. алюминиевых
4. или биметаллических

Вы узнаете, какие трубы лучше всего использовать, как грамотно рассчитать их нужное количество, и по каким правилам их выбирать.

Циркуляционные насосы

Насос, принудительно перегоняющий воду по всему отопительному контуру.

В современных системах отопления широко применяют циркуляционные насосы, принудительно перегоняющие воду по всему отопительному контуру.

В соответствующем разделе сайта вы найдете информацию о том:

1. в каких редких случаях можно обойтись без насосов
2. в чем их преимущества и особенности конструкции
3. как правильно промыть систему отопления
4. каких правил нужно придерживаться при обслуживании циркуляционных насосов

Бойлеры и электрические обогреватели

Многие системы отопления обеспечивают жителей дома не только теплом. Когда нужно решить задачу горячего водоснабжения, воду нагревают в специальных баках — бойлерах. Если эти устройства для вас актуальны, вы можете ознакомиться с принципами их функционирования и монтажа. А работают они от электричества — безопасного, простого и удобного источника энергии.

Теплые полы

Они обеспечивают дополнительный комфорт в доме или квартире, особенно если у вас есть маленькие дети. Вы узнаете, как провести расчет, правильно установить такую систему и комплексно подойти к вопросам обеспечения тепла в доме.

Воздушное отопление

Индивидуальный климат в доме

Такая отопительная система — один из наиболее перспективных способов обогрева частных домов и коттеджей. Ее основные преимущества — это простота и надежность.

Вы познакомитесь с особенностями этой системы и научитесь правильно выбирать каждый ее элемент:

• газовые воздухонагреватели
• воздуховоды из оцинкованного железа
• специальные решетки

Коллекторные системы

Монтаж отопления и проектирование коллекторных систем могут быть полностью выполнены вашими руками. Если вам будет интересно, вы найдете информацию о том, как это сделать лучше всего, и почему такие системы считаются универсальными.

Все для частного дома или дачи

Какую систему отопления выбрать в частном доме

Если вам нужно провести монтаж системы отопления частного дома или дачи, мы подскажем:

на какие задачи стоит обратить внимание в первую очередь какие вопросы должны решать только специалисты что и как можно сделать своими руками как проконтролировать правильность каждого этапа работ

Если вы хотите отопить дачу, гараж, времянку, теплицу или другие хозяйственные постройки, обо всех нюансах выбора способов их отопления вы также узнаете из материалов сайта.

И напоследок…

Электрические конвекторы

Бытовые электрические конвекторы — один из самых привычных и популярных способов обогрева помещений. У этого альтернативного источника отопления есть несколько важных преимуществ:

• не надо создавать теплосеть — нагрев происходит по схеме воздух-воздух;
• оборудование быстро выходит на рабочие режимы, что, соответственно, ускоряет нагрев помещения;
• конвекторы могут использоваться практически везде, где есть электричество.

Такое электрооборудование представлено множеством моделей разных видов и мощностей, как в бюджетном сегменте, так и в премиальном. Отопление с помощью электрических конвекторов подойдет для обогрева небольших помещений. А его использование полностью оправдано, если нет возможности организовать полноценную теплосеть. При этом, такой альтернативный источник отопления имеет и недостатки. Ввиду особенности оборудования, их несколько:

• в идеале в каждом помещении иметь отдельный конвектор, то есть для отопления целого загородного дома может понадобиться не один и даже не пять агрегатов;
• электросеть дома должна быть способна выдерживать большие нагрузки (или даже перегрузки). В домах со старой проводной такой вариант отопления лучше не использовать;
• в случае отключения электричества отопление полностью перестает работать. Из-за высокой мощности, даже наличие электрогенератора не поможет поддерживать комфортную температуру во всем доме.

Кроме того, высокомощное оборудование расходует много электричества, что в итоге может привести просто к потере рентабельности.

Небольшой итог

Альтернативные же варианты отопления помогут каждому владельцу современной загородной недвижимости (будь-то коттедж или небольшая дача) обеспечить эффективный обогрев своего дома, создать самые оптимальные условия для проживания.

При этом, несмотря на довольно значительную стоимость начальной установки некоторых типов отопительных систем (например, тепловых насосов), все равно альтернатива газу будет дешевле, нежели традиционный метод обогрева помещений

Да и уровень безопасности отопительных систем отказ от магистрального или сжиженного газа существенно повысит, что немаловажно, учитывая количество несчастных случаев именно с газовыми системами

Система теплый пол

В качестве альтернативы газовому отоплению в современных частных домах все чаще начинают использовать систему теплый пол, работающую от электричества (система матов или электрокабеля). Такой вариант обогрева жилого помещения очень прагматичен и удобен, потому что:

• не требуется установка центрального агрегата (котла или аналога);
• не нужны радиаторы, иногда искажающие интерьер;
• оборудование быстро выходит на рабочий режим.

Дополнительное преимущество — равномерность обогрева. Поскольку теплым полом покрывают все помещение, а нагретый воздух двигается снизу вверх, температура во всей комнате будет одинаковая. Что касается недостатков — они очевидны, как и в большинстве (но не во всех) случаев обогрева электрооборудованием:

• зависимость от электроснабжения;
• высокий расход;
• большая нагрузка на сеть.

Кроме этого, есть у отопления с помощью теплого пола и другой большой недостаток — сложность монтажа и обслуживания. Трудности возможны уже на этапе монтажа. Специфика теплого пола подразумевает монтаж специальных матов или электрокабелей под напольное покрытие. То есть, при организации такого отопления в жилом помещении, придется делать глобальный ремонт во всем доме, срывать полы и укладывать их заново с учетом прокладываемых коммуникаций. Вторая существенная трудность — отсутствие прямого доступа к элементам системы. То есть, в случае поломки или сбоя в работе отдельного участка или всей системы, для ее ремонта или замены, тоже придется срывать полы. Иначе получить доступ к элементам теплого пола будет невозможно.

Разновидности альтернативных систем отопления

Альтернатива газовому отоплению представляет собой, как правило, автоматизированные системы теплоснабжения, использующие на практике современные технологии и новейшие разработки.

Данные системы — идеальное решение для собственников частных и загородных домов, особенно расположенных на удалении от мест прокладки газопроводной сети.

Альтернативное отопление может иметь следующие разновидности:

1. Дизельное.
2. Электрическое.
3. Твердотопливное (уголь, брикет, дрова и т.д.).
4. Природные возобновляемые источники (энергия ветра, тепло земли, солнечная энергия и т.д.).

Какой из перечисленных выше вариантов наиболее оптимален для применения в загородном частном доме? Для ответа на данный вопрос рассмотрим преимущества и недостатки каждого из них с точки зрения эффективности и экономичности.

Использование дизельного топлива

Одним из основных преимуществ использования дизельного топлива для обогрева частного дома является относительно невысокая стоимость монтажа тепловой установки, производящей выработку тепловой энергии.

Любые другие виды отопления, принцип действия которых основан на сгорании топлива с последующим выделением тепла, требуют гораздо больших затрат на установку, чем работающие на жидком топливе котлы.

К основным недостаткам данной системы можно отнести именно высокую стоимость эксплуатации и необходимость регулярного обслуживания и наблюдения за системой.

Электрическое отопление

Электрическое отопление — неплохая альтернатива газовому отоплению в загородном либо частном жилом доме.

Данную систему характеризует простота в установке и эксплуатации, высокий уровень автоматизации, обеспечивающий надежную и качественную работу всей системы.

Электрическое отопление может быть отрегулировано на каждую комнату в отдельности. Нажмите для увеличения.

Кроме этого, работающие на электричестве обогревательные системы отличаются практически максимальным значением коэффициента полезного действия (около 100%).

Перечень многочисленных преимуществ могут дополнить небольшие габаритные размеры отопительных систем и возможность их установки практически в любом помещении.

Электрическое отопление может быть отрегулировано на каждую комнату в отдельности.

К недостаткам системы относится высокая стоимость электрической энергии, зависимость стабильной работы от наличия тока и качества электрической сети.

Использование твердых видов топлива

Наиболее сбалансированная альтернатива газовому отоплению — котлы, работающие на твердых видах топлива.

Данные устройства совмещают в себе сравнительно большую доступность твердого топлива, низкую стоимость установки и достаточно высокую эффективность (коэффициент полезного действия может достигать значения 85% — 95%).

Работоспособность твердотопливных котлов обеспечивается за счет их периодической «дозаправки», которую необходимо производить вручную 3-4 раза в сутки.

Следует отметить и конструкционную надежность данных котлов. Основные недостатки системы отопления на твердом виде топлива связаны с необходимостью заготовки, сушки и организации хранения дров (угля, брикета и т.д.).

Инфракрасные панели

Для отопления частного дома также можно применять современные инфракрасные панели и лампы. Они создают мягкий тепловой поток, нагревающий окружающий воздух, циркулирующий в помещении. ИК-панели могут работать от простой бытовой электросети и практически не нуждаются в обслуживании. Главные плюсы такого способа отопления:

• полная пожаро- и взрывобезопасность;
• многолетняя надежность;
• абсолютная бесшумность работы;
• “мягкий” нагрев воздуха без его пересушивания и циркуляции пыли.

Среди значимых недостатков отопления инфракрасными панелями выделяются:

• большой расход электроэнергии;
• необходимость установки ИК-панелей или ламп в каждой комнате дома;
• неравномерность обогрева помещения.

Даже несмотря на это, инфракрасные приборы могут полностью заменить газовые котлы.

Экономим на отоплении частного дома

Вне зависимости от того, какая схема теплоснабжения выполнена в индивидуальном домовладении, она призвана функционировать, как можно эффективнее и экономнее. Для этого не достаточно выбрать только высоконадежное котельное оборудование, выполнить тепловую защиту конструкционных элементов здания и заменить окна на новые стеклопакеты. Все собственники жилья, кроме вышеназванного, должны знать и выполнить правила обслуживания отопительных систем.

Советы опытных специалистов по экономному ведению процесса отопления жилого дома:

1. Выполнять обслуживание оборудования и контроль тепловых режимов. Любой котлоагрегат нуждается в обслуживании и наладке, а твердотопливный в особенности, поскольку имеет дело с повышенным объемом сажеобразования и высокими топочными температурами. Грязные поверхности нагрева котла не смогут обеспечить устройство номинальным КПД, поскольку сажа плохо отводит тепло и большая часть дымовых газов с высокой температурой будут выброшены в атмосферу, тем самым понижая КПД из-за больших потерь с уходящими газами. Профилактика котла вместе с очисткой поверхностей нагрева и дымоходов, должна проводиться обязательно перед каждым отопительным сезоном.
2. Схема внутридомового контура отопления должна быть оборудована автоматикой с возможностью установки индивидуального режима нагрева каждой комнаты. Это даст возможность хорошо сэкономить на стоимости отопления в целом.
3. Необходимо следить за работой внутридомовой системы отопления и вовремя сбрасывать воздушные пробки. В период любой остановки котла системы отопления будут завоздушиваться, из-за остановки циркуляционного насоса в схемах с принудительной циркуляции или из-за падения температуры теплоносителя в схемах с естественной циркуляцией. Воздушные пробки в батареях и системе «теплого пола» снижают теплоотдачу всей системы, при этом удельные расходы топлива будут оставаться очень высокими. Найти такую воздушную пробку довольно просто.
4. В случае, когда при пуске отопления имеются различие в температурах нижней и верхней части батареи — это свидетельствует о том, что там имеется область завоздушивания, которую необходимо убрать.

Бытовые кондиционеры

Во многих кондиционерах, устанавливаемых в домах и офисах, предусмотрена функция обогрева. Она реализуется с помощью встроенного нагревательного элемента, работающего от электросети. Принцип работы кондиционера для отопления во многом схож с использованием электрического конвектора. При этом надо помнить, что кондиционеры изначально не предусмотрены для обогрева, то есть их эффективность будет ниже, чем у любого другого оборудования. Кроме того, производительность такой техники часто рассчитывается для конкретной комнаты, а не целого дома. Значит, чтобы обогреть весь загородный дом может понадобиться сразу несколько кондиционеров. Такой способ альтернативного отопления рационально использовать в переходной период, когда температура в дома уже падает, но включать основной источник отопления еще рано. Нельзя забывать и то, что не все кондиционеры можно использовать при минусовой температуре. Это тоже отчасти ограничивает возможность использования кондиционеров в качестве основного источника отопления.

9) Гидроэлектроэнергия

Гидроэлектростанции очень популярны во всем мире. Примечательно, что в некоторых странах гидроэлектростанции обеспечивают население 75 процентами необходимой энергии.

Например, гидроэлектростанция в Итайпу (Парагвай) обеспечивает 90 процентов потребностей страны в энергии. Кроме того, эта станция обеспечивает энергией Бразилию, поставляя 20 процентов электричества необходимого всей Бразилии. Мощность гидротурбин составляет 10 процентов от всей мощности гидроэлектростанций во всем мире.

Первая крупная ГЭС открылась на Ниагарском водопаде на американо-канадской границе в 1879 году. С помощью плотины обеспечивается более экологически чистая выработка энергии.

В настоящее время, стоимость энергии ГЭС это менее половины стоимости энергии добываемой от солнечных батарей и в три раза меньше, чем себестоимость тепловой энергии.

Также гидроэнергия имеет КПД выше, чем при сжигании угля и газа. Например, КПД ископаемых углеродов составляет 50 процентов, когда как КПД ГЭС равняется 90 процентам. Кроме того, почти вся используемая вода для работы электрических турбин, возвращается в запасные хранилища.

Критерии выбора

Альтернативных источников отопления много и они разные. Это значит, что “свой” вариант найдется для любых условий. Но, чтобы выбор был оправданным, надо учитывать ряд параметров:

• площадь обогреваемого помещения;
• периодичность отопления и системы теплоснабжения в целом (сезонное или круглогодичное);
• тип помещения (кондиционеры и инфракрасные панели не рассчитаны на обогрев производственных зданий);
• рыночную цену топлива (электричества, угля, пеллет и других), которая определяет рентабельность использования. Этот параметр не учитывается только при установке тепловых насосов, которым топливо не нужно.

Что это такое

Альтернативные источники энергии – это экологически чистые, возобновляемые ресурсы, при преобразовании которых, человек получает электрическую и тепловую энергию, используемую для своих нужд.

К таким источникам относятся энергия ветра и солнца, воды рек и морей, тепло поверхности земли, а также биотопливо, получаемое из биологической массы животного и растительного происхождения.