Микрогенерация - Microgeneration

Группа небольших ветряных турбин, обеспечивающих электроэнергией общину в Дали , Юньнань , Китай.
Часть серии о
Устойчивая энергия
Ветряные турбины возле Вендсисселя, Дания (2004 г.)
Обзор
Энергосбережение
Возобновляемая энергия
Экологичный транспорт
Часть серии по
Анти-консьюмеризм
Теории и идеи
Известные работы
Организации и группы
Люди
Связанные социальные движения
Смотрите также

Микрогенерация - это мелкомасштабная выработка тепла и электроэнергии отдельными лицами, малыми предприятиями и сообществами для удовлетворения своих собственных потребностей в качестве альтернативы или дополнения к традиционной централизованной электроэнергии, подключенной к сети. Хотя это может быть мотивировано практическими соображениями, такими как ненадежное электроснабжение или большое расстояние от электросети , этот термин в настоящее время в основном используется для экологически безопасных подходов, которые стремятся к нулевому или низкоуглеродному следу или снижению затрат. Он отличается от микромощности тем, что в основном касается стационарных электростанций, а не использования мобильных устройств.

Технологии и настройка

Технологии микрогенерации включают небольшие ветряные турбины , микрогидравлические системы , солнечные фотоэлектрические системы , микробные топливные элементы , тепловые насосы на основе источников тепла и микрокомбинированные теплоэнергетические установки. Эти технологии часто объединяются в гибридное энергетическое решение, которое может предложить превосходные характеристики и более низкую стоимость, чем система, основанная на одном генераторе.

Электростанция

Помимо электростанции (например, ветряной турбины и солнечной панели), обычно требуется и / или предусматривается инфраструктура для хранения энергии и преобразования энергии, а также подключение к регулярной электросети . Хотя подключение к обычной электросети не является обязательным, оно помогает снизить затраты, разрешая схемы финансовой компенсации . Однако в развивающихся странах начальные затраты на это оборудование, как правило, слишком высоки, поэтому не остается другого выбора, кроме как выбрать альтернативные установки.

Требуется дополнительное оборудование помимо силовой установки

Полная фотоэлектрическая солнечная система

Все оборудование, необходимое для настройки работающей системы и для автономной генерации и / или подключения к электросети, здесь называется балансом системы и состоит из следующих частей с фотоэлектрическими системами:

Аппарат накопления энергии

Основная проблема с автономными солнечными и ветряными системами заключается в том, что энергия часто требуется, когда солнце не светит или когда ветер спокойный, это обычно не требуется для систем, подключенных к чистой сети:

или другие средства хранения энергии (например, водородные топливные элементы , маховик хранения энергии , гидроаккумулирующая гидроэлектроэнергия , резервуары со сжатым воздухом и т. д.)

Для преобразования энергии батареи постоянного тока в переменный ток, как это требуется для многих устройств, или для подачи избыточной мощности в коммерческую электросеть:

Спасательное оборудование

Обычно в микрогенерации домов в развивающихся странах вместо них используются сборные системы домашней электропроводки (в виде жгутов проводов или сборных распределительных устройств ). Упрощенные коробки домашней электропроводки и кабели, известные как жгуты проводов, можно просто купить и установить в здании, не требуя больших знаний о самой проводке. Таким образом, их могут установить даже люди без технических знаний. Кроме того, они сравнительно дешевы и обладают преимуществами в плане безопасности.

Система малой генерации (DIY)

Специально для ветряных турбин

Основная статья: Малая ветряная турбина

Для ветряных турбин, гидроэлектростанций ... необходимое дополнительное оборудование более или менее такое же, как и для фотоэлектрических систем (в зависимости от типа используемой ветряной турбины, но также включает:

  • ручной выключатель
  • фундамент для башни
  • система заземления
  • запорные устройства и / или устройства с фиктивной нагрузкой для использования при сильном ветре, когда вырабатываемая мощность превышает текущие потребности и емкость системы хранения.
Вибро-ветровая энергия

Разрабатывается новая технология энергии ветра, которая преобразует энергию колебаний энергии ветра в электричество. Эта энергия, называемая технологией Vibro-Wind, может использовать ветер меньшей силы, чем обычные ветряные турбины, и может быть размещена практически в любом месте.

Прототип состоял из панели с осцилляторами, сделанными из кусков пенопласта. Преобразование механической энергии в электрическую осуществляется с помощью пьезоэлектрического преобразователя - устройства из керамики или полимера, которое испускает электроны при напряжении. Созданием этого прототипа руководил Фрэнсис Мун, профессор механической и аэрокосмической техники Корнельского университета . Работа Муна в Vibro-Wind Technology финансировалась Центром устойчивого развития Аткинсона в Корнелле. Виброветерская энергетика еще не является коммерчески выгодной и находится на ранних стадиях развития. Потребуется значительный прогресс для коммерциализации этого предприятия на ранней стадии.

Возможные настройки

Возможны несколько установок микрогенерации. Эти:

  • Автономные настройки, которые включают:
    • Установки вне сети без накопителя энергии (например, батареи, ...)
    • Установки вне сети с накоплением энергии (например, аккумулятор, ...)
    • Станции зарядки аккумуляторов
  • Установки, подключенные к сети, которые включают:

Все упомянутые установки могут работать как на одной электростанции, так и на комбинации электростанций (в этом случае это называется гибридной энергетической системой). В целях безопасности подключенные к сети установки должны автоматически отключаться или переходить в «анти-изолированный режим» при сбое в электросети. Подробнее об этом читайте в статье о состоянии островков .

Расходы

В зависимости от выбранной конфигурации (схема финансового вознаграждения, электростанция, дополнительное оборудование) цены могут варьироваться. Согласно « Практическому действию» , микрогенерация дома, в которой используются новейшие технологии экономии затрат (жгуты проводов, готовые платы, дешевые электростанции своими руками, например ветряные турбины), домашние расходы могут быть чрезвычайно низкими. Фактически, в «Практическом действии» упоминается, что многие домохозяйства в фермерских сообществах в развивающихся странах тратят на электроэнергию менее 1 доллара в месяц. . Однако, если вопросы решаются менее экономично (с использованием большего количества коммерческих систем / подходов), затраты будут значительно выше. Однако в большинстве случаев финансовая выгода по-прежнему будет достигаться за счет использования микрогенерации на возобновляемых электростанциях; часто в диапазоне 50-90%, поскольку местное производство не имеет потерь при транспортировке электроэнергии по линиям электропередач на большие расстояния или потерь энергии из-за эффекта Джоуля в трансформаторах, где в целом теряется 8-15% энергии.

В Великобритании правительство предлагает как гранты, так и обратную связь, чтобы помочь предприятиям, общинам и частным домам установить эти технологии. Предприятия могут списать полную стоимость установки из налогооблагаемой прибыли, в то время как домовладельцы получают грант по фиксированной ставке или выплаты за кВт · ч электроэнергии, произведенной и возвращенной в национальную сеть. Общественные организации также могут получить до 200 000 фунтов стерлингов в виде грантов.

В Великобритании Схема сертификации микрогенерации обеспечивает одобрение установщиков и продуктов микрогенерации, что является обязательным требованием для схем финансирования, таких как льготные тарифы и поощрение за возобновляемое тепло.

Сетевой паритет

Сетка четность (или четность сокета ) происходит , когда альтернативная энергия источник может генерировать электричество при levelized стоимости энергии (LCOE) , которая меньше или равна цене покупательной способности от электрической сети . Достижение сетевого паритета считается точкой, в которой источник энергии становится претендентом на широкое развитие без субсидий или государственной поддержки. Широко распространено мнение, что массовый переход поколения к этим видам энергии произойдет, когда они достигнут сетевого паритета.

Сетевой паритет был достигнут в некоторых местах с использованием энергии ветра на суше около 2000 года, а с помощью солнечной энергии он был впервые достигнут в Испании в 2013 году.

Сравнение с крупномасштабной генерацией

микрогенерация крупномасштабная генерация Примечания
Другие имена Распределенная генерация Централизованная генерация
Экономия от масштаба Необходимость массового производства генераторов, которые окажут соответствующее воздействие на окружающую среду. Системы дешевле, когда производятся в больших количествах. Зависит от источника питания - как правило, более экономично, учитывая больший размер генераторов. Фотоэлектрические панели, аналогичные панели, используемые во всех сферах применения, меньше подвержены этому влиянию, в то время как энергия ветра, где мощность масштабируется примерно так же, как площадь ее размера, сильно зависит.
Способность удовлетворить потребности поставка в пределах установленной генерации или хранилища
  • Для ветровой и солнечной энергии, фактическое производство является лишь доля от номинальной мощности .
  • Системы на основе топлива полностью диспетчеризованы
  • Солнечные батареи просты и надежны, они могут дать немного электричества по разумной цене.
 как правило, более гибкое снабжение в пределах местной передачи при условии эффективного обслуживания сети
Воздействие на окружающую среду большее количество устройств меньшего размера может привести к большему влиянию производства устройств, особенно с ветром. более крупные генераторы могут иметь более сильное локальное воздействие, передающее оборудование также может разрушать участки, однако общее воздействие, вероятно, будет уменьшено из-за эффекта масштаба. Комментаторы утверждают [необходима цитата], что домовладельцы, которые покупают электроэнергию по тарифам на «зеленую» энергию, могут сократить свое использование углерода дальше, чем с помощью микрогенерации, и с меньшими затратами.
Потери при передаче Близость к конечному пользователю обычно более близка, что потенциально снижает потери. (Возможно, потому что отсутствие масштаба на каждой отдельной установке может привести к использованию менее эффективных технологий передачи.) Значительная часть электроэнергии теряется во время передачи (примерно 8% в Соединенном Королевстве, согласно программе BBC Radio 4 Today в марте 2006 г.).
Изменения в сетке снижает нагрузку на передачу и, таким образом, снижает потребность в модернизации сети увеличивает передаваемую мощность и, таким образом, увеличивает потребность в модернизации сети
Событие отказа сети Электричество может быть доступно для местных жителей во многих случаях. Электричество может быть недоступно из-за сети
Событие отказа генератора Электричество не будет доступно, кроме гибридного сценария. Электроэнергия, скорее всего, будет доступна из-за избыточности сети
Выбор потребителей Может выбрать любую правовую систему Может выбрать покупку предложений энергетических компаний в зависимости от рынка
Требования к надежности и техническому обслуживанию Фотоэлектрические системы , двигатели Стирлинга и некоторые другие системы обычно чрезвычайно надежны и могут непрерывно вырабатывать электроэнергию в течение многих тысяч часов при минимальном техническом обслуживании или вообще без него. Однако ненадежные системы потребуют дополнительных трудозатрат и затрат на техническое обслуживание. Управляется энергетической компанией. Надежность сети зависит от местоположения.
Побочный продукт отработанного тепла Может использоваться для отопления в холодном климате, что значительно повышает эффективность и компенсирует общие затраты на электроэнергию. Этот метод известен как микрокомбинированное производство тепла и электроэнергии (микроТЭЦ).

Используется в некоторых частных промышленных установках комбинированного производства тепла и электроэнергии (ТЭЦ). Он также используется в крупномасштабных приложениях, где это называется централизованным теплоснабжением, и использует тепло, которое обычно отводится неэффективными электростанциями.

Большинство форм микрогенерации могут динамически уравновешивать спрос и предложение на электроэнергию, производя больше энергии в периоды высокого спроса и высоких цен на сеть и меньше энергии в периоды низкого спроса и низких цен на сеть. Эта «гибридная сеть» позволяет как системам микрогенерации, так и крупным электростанциям работать с большей энергоэффективностью и рентабельностью, чем любая из них в одиночку.

Внутренняя самодостаточность

Дополнительная информация: Автономное здание.
См. Также: Earthship и Off-the-grid
Значок микрогенерации.
Горизонтально-осевая микро-ветряная мельница в Лахоре, номинальная мощность 1000 Вт

Микрогенерация может быть интегрирована как часть самодостаточного дома и обычно дополняется другими технологиями, такими как домашние системы производства продуктов питания ( пермакультура и агроэкосистема ), сбор дождевой воды , компостирующие туалеты или даже полные системы очистки сточных вод . К отечественным технологиям микрогенерации относятся: фотоэлектрические солнечные системы , небольшие ветряные турбины, микрокомбинированные теплоэлектроцентрали , биодизель и биогаз .

Небольшая ветряная турбина Quietrevolution QR5 Gorlov типа с вертикальной осью в Бристоле, Англия. Имея диаметр 3 м и высоту 5 м, он имеет номинальную мощность 6,5 кВт в сети.

Частная генерация децентрализует производство электроэнергии, а также может централизовать объединение избыточной энергии. Хотя они должны быть приобретены, солнечная черепица и панели доступны. Капитальные затраты высоки, но позволяют сэкономить в долгосрочной перспективе. При соответствующем преобразовании мощности солнечные фотоэлектрические панели могут работать с теми же электроприборами, что и электричество из других источников.

Пассивное солнечное нагревание воды - еще один эффективный метод использования солнечной энергии. Самый простой способ - солнечный (или черный пластиковый) мешок. Поставьте на солнце от 5 до 20 литров (от 1 до 5 галлонов США) и дайте ему нагреться. Идеально подходит для быстрого принятия теплого душа.

Обогреватель «хлебница» может быть легко сконструирован из переработанных материалов и базового опыта строительства. Состоит из одного или множества черных резервуаров, установленных внутри прочной коробки, изолированной снизу и по бокам. Крышка, расположенная горизонтально или под углом для максимального попадания солнечных лучей, должна быть хорошо закрыта и из прозрачного остекления (стекло, стекловолокно или формованный пластик, устойчивый к высоким температурам). Холодная вода поступает в резервуар около дна, нагревается и поднимается наверх, где по трубопроводу возвращается в дом.

Тепловые насосы с грунтовым источником используют стабильную температуру грунта за счет накопления тепловой энергии грунтом. Обычно грунтовые тепловые насосы имеют высокую начальную стоимость и их трудно установить среднему домовладельцу. Они используют электродвигатели для передачи тепла от земли с высоким уровнем эффективности. Электроэнергия может поступать из возобновляемых источников или из внешних невозобновляемых источников.

Топливо

Биодизель - это альтернативное топливо, которое может приводить в действие дизельные двигатели и может использоваться для отопления жилых помещений. Многочисленные формы биомассы, включая сою, арахис и водоросли (которые дают самый высокий урожай), могут быть использованы для производства биодизеля. Переработанное растительное масло (из ресторанов) также можно преобразовать в биодизельное топливо.

Биогаз - еще одно альтернативное топливо, созданное из отходов жизнедеятельности животных. Хотя для большинства домов это менее практично, ферма является идеальным местом для реализации этого процесса. При смешивании отходов и воды в резервуаре с оставшимся пространством для воздуха метан естественным образом образуется в воздушном пространстве. Этот метан можно вывести по трубам, сжечь и использовать для разведения пищи.

Правительственная политика

Политики привыкли к энергетической системе, основанной на крупных централизованных проектах, таких как атомные или газовые электростанции. Изменение мышления и стимулов делает микрогенерацию более популярной. Правила планирования могут также потребовать рационализации, чтобы облегчить переоборудование микрогенерирующих объектов в дома и здания.

В большинстве развитых стран, в том числе в Канаде (Альберта), Великобритании, Германии, Польше, Израиле и США, есть законы, разрешающие продажу микрогенерированной электроэнергии в национальную сеть.

Альберта, Канада

В январе 2009 года вступил в силу Постановление правительства Альберты о микрогенерации, устанавливающее правила, позволяющие жителям Альберты производить собственную экологически чистую электроэнергию и получать кредит за любую мощность, которую они отправляют в электрическую сеть.

Польша

В декабре 2014 года польское правительство проголосует за законопроект, который призывает к микрогенерации, а также к крупномасштабным ветряным электростанциям в Балтийском море в качестве решения по сокращению выбросов CO2 от угольных электростанций страны, а также для уменьшения зависимости Польши от Российский газ. Согласно условиям нового законопроекта, частные лица и малые предприятия, которые вырабатывают до 40 кВт «зеленой» энергии, получат 100% рыночной цены за любую электроэнергию, которую они возвращают в сеть, а предприятия, которые создают крупномасштабные оффшорные ветряные электростанции. фермы в странах Балтии будут иметь право на субсидирование со стороны государства. Затраты на реализацию этой новой политики будут компенсированы введением нового налога на неустойчивое использование энергии.

Соединенные Штаты

В 50 штатах США непоследовательная политика в области производства энергии. Энергетическая политика и законы государства могут существенно различаться в зависимости от местоположения. Некоторые штаты ввели требования к коммунальным предприятиям, согласно которым определенный процент от общего объема выработки электроэнергии должен производиться из возобновляемых источников. Для этого к возобновляемым источникам относятся ветровая, гидроэлектрическая и солнечная энергия, как от крупных проектов, так и от проектов микрогенерации. Кроме того, в некоторых областях энергетическим компаниям необходимы переводные кредиты на использование возобновляемых источников энергии для выполнения этих требований. В результате в некоторых частях США энергетические компании будут оплачивать часть стоимости проектов микрогенерации из возобновляемых источников в своих зонах обслуживания. Эти скидки дополняют любые применимые федеральные или государственные налоговые льготы по налогу на прибыль от возобновляемых источников энергии. В других регионах такие скидки могут отличаться или быть недоступными.

Объединенное Королевство

Правительство Великобритании опубликовало свою Стратегию микрогенерации в марте 2006 года, хотя многие комментаторы расценили ее как разочарование. Напротив, Закон об изменении климата и устойчивой энергетике 2006 года был расценен как позитивный шаг. Чтобы заменить ранее существовавшие схемы, Министерство торговли и промышленности (DTI) в апреле 2006 г. запустило Программу низкоуглеродных зданий , которая предоставляет гранты частным лицам, сообществам и предприятиям, желающим инвестировать в технологии микрогенерирования. Эти схемы, в свою очередь, были заменены новыми предложениями Министерства энергетики и изменения климата (DECC) по возврату чистой энергии через льготные тарифы на производство электроэнергии с апреля 2010 года и поощрение за возобновляемое тепло для производства тепла из возобновляемых источников с 28 ноября 2011 года.

Льготные тарифы предназначены для стимулирования маломасштабной (менее 5 МВт) низкоуглеродной выработки электроэнергии. Эти зеленые тарифы работают вместе с обязательством по возобновляемым источникам энергии (RO), которое останется основным механизмом для стимулирования развертывания крупномасштабного производства электроэнергии из возобновляемых источников. Программа стимулирования использования возобновляемых источников тепла (RHI) предназначена для стимулирования производства тепла из возобновляемых источников. В настоящее время они также предлагают до 21 пенса за кВтч с декабря 2011 года в тарифах на фотоэлектрическую энергию плюс еще 3 пенни за экспортный тариф - общая цифра, которая может означать, что домохозяйство может заработать вдвое больше, чем они в настоящее время платят за электроэнергию.

31 октября 2011 года правительство объявило о внезапном снижении зеленого тарифа с 43,3 пенсов / кВтч до 21 пенсов за кВтч, при этом новый тариф будет применяться ко всем новым солнечным фотоэлектрическим установкам с датой допуска 12 декабря 2011 года или позднее.

Видный английские политики , которые объявили , что они приспосабливают microgenerating объектов в свои дома включают в себя лидер Консервативной партии, Дэвид Кэмерон , и Научный труд министр , Малькольм Уикс . В эти планы входили небольшие ветряные турбины отечественного производства. Кэмерона, прежде чем стать премьер-министром на всеобщих выборах 2010 года , спросили во время интервью на канале BBC One The Politics Show 29 октября 2006 года, поступит ли он так же, если доберется до Даунинг-стрит, 10 . «Если бы они позволили мне, да», - ответил он.

В предбюджетном отчете за декабрь 2006 г. правительство объявило, что продажа излишков электроэнергии от установок, предназначенных для личного пользования, не будет облагаться подоходным налогом . Соответствующее законодательство было включено в Закон о финансах 2007 года.

В популярной культуре

Несколько фильмов и телешоу, таких как «Берег москитов» , « Иерихон» , «Машина времени» и « Семья Робинсонов из Беверли-Хиллз» , сделали многое для повышения интереса к микрогенерации среди широкой публики. Веб - сайты , такие как Instructables и практических действий предлагают DIY решения , которые могут снизить стоимость микропроизводство, тем самым увеличивая свою популярность. Специализированные журналы, такие как OtherPower и Home Power, также предоставляют практические советы и рекомендации.

Смотрите также

использованная литература

внешние ссылки

Части самодостаточности систем

Связанные с Великобританией

Академическая статья, посвященная Индии