Category: наука

Category was added automatically. Read all entries about "наука".

Полная автономия жилища на основе солнечной энергии и водорода

В Германии начался приём заказов на компактные системы, предназначенные для обеспечения полной (круглогодичной) энергетической автономии индивидуальных и двухквартирных жилых домов.

Продукт под названием «Picea» предлагается немецкой компанией HPS Home Power Solutions GmbH.

Речь идёт о наборе устройств, необходимых для полного энергообеспечения домохозяйства, большая часть которых интегрирована в одном корпусе.



Picea включает в себя:
•Топливный элемент, с помощью которого вырабатывается электрическая и тепловая энергия в зимний период.
•Электролизёр, предназначенный для преобразования солнечной энергии в водород летом.
•Аккумуляторные батареи для хранения солнечной электроэнергии в течение суток емкостью 25 кВт*ч.
•Солнечный контроллер.
•Инвертор.
•Сезонный накопитель энергии (баллоны с водородом) емкостью 350-1000 кВт*ч электроэнергии.
•Накопитель тепловой энергии (бак с горячей водой).
•Вентиляционную установку с рекуператором тепла и влаги (эффективность теплообмена: 93%).
•Систему управления.

Collapse )

Стеклянные фасады – беда с точки зрения энергоэффективности

В Саудовской Аравии 53% (!!) первичной энергии потребляется в жилых зданиях. Такой внушительный расход энергоресурсов, приходящийся на недвижимость, объясняется, в первую очередь, высоким потреблением энергии на охлаждение и кондиционирование воздуха. Жилые дома, таким образом, вносят основной вклад в страновые выбросы диоксида углерода, поскольку в Саудовской Аравии до сих пор практически вся электроэнергия вырабатывается на основе газа и нефти.

Экономическое развитие в странах Персидского залива сопровождается бумом строительства. Саудовская Аравия соревнуется с другими нефтяными монархиями региона в попытках удивить остальной мир гигантскими проектами. В стране возводится самое высокое здание планеты, километровый небоскрёб Kingdom Tower в городе Джидда (Jeddah).

При этом в плане энергоэффективности зданий ситуация выглядит не лучшим образом. Попросту говоря, здания впечатляющие, высокие, но очень прожорливые.

Энергетические характеристики (энергопотребление) зданий зависят от ряда параметров. В немалой степени от архитектурно-конструктивных решений, в том числе наружной оболочки объектов. Например, исследование для Гонконга показало, что порядка 36% расходов энергии на охлаждение определяется характеристиками ограждающих конструкций высотных зданий.

Историческое обилие энергии и её низкая стоимость в Саудовской Аравии привели к тому, что для регуляции климата в зданиях в первую очередь обращали и обращают внимание на механические устройства, которые поддерживают заданную температуру в помещениях. При этом характеристикам оболочки здания не уделяется должного внимания.

В научном журнале International Journal of Low-Carbon Technologies было опубликовано исследование «Влияние оболочки здания на энергетическую эффективность высотных жилых зданий в Саудовской Аравии».

Collapse )

Академик Капица и пустота

Оригинал взят у sidorovich_va в Академик Капица и пустота
В 1975 году академик П.Л. Капица выступил с докладом «Энергия и физика» на научной сессии, посвященной 250-летию Академии наук СССР.

Доклад — вот он, бери и читай, в библиотеку идти не нужно. Но почему-то домысливают наши людишки за академика, дополняют сказанное им своими выводами, которые из текста доклада никак не следуют, подгоняют слова Капицы под свои короткие мыслишки.

Речь идёт о позиции академика по поводу перспектив возобновляемых источников энергии.

Уже лет 10 слышу я от разных “сетевых комментаторов”, что «советские ученые ещё в 1975 доказали…», что Капица обосновал «бесперспективность возобновляемой энергетики» и даже «похоронил все виды «альтернативной энергии», за исключением управляемого термоядерного синтеза».

Если мы все-таки откроем доклад, то ничего подобного там не найдём, а прочитаем следующее: «ни один из предложенных до сих пор методов преобразования солнечной энергии не может этого осуществить так, чтобы капитальные затраты могли оправдаться полученной энергией. Чтобы это было рентабельно, надо понизить затраты на несколько порядков, и пока даже не видно пути, как это можно осуществить [выделено мной — В.С.]. Поэтому следует считать, что практическое прямое использование солнечной энергии в больших масштабах нереально».

Дальше по тексту доклада П.Л.Капица говорит, что «использование ветра, также из-за недостаточной плотности энергетического потока, оказывается экономически неоправданным».

Таким образом, академик, выйдя, так сказать, за рамки своих профессиональных, научных компетенций, сформулировал производственно-экономические, а отнюдь не физические ограничения рационального применения возобновляемых источников энергии.

Экономические условия, как мы понимаем, очень подвижны.

Действительно, в 1975 году даже выдающимся учёным было сложно представить, что экономика генерации может измениться радикально и удельные капитальные затраты в солнечной энергетике могут упасть вот так:



Однако, как мы видим, это произошло. Затраты снизились на несколько порядков — в точности с цитатой нашего великого учёного. То есть поставленное им «условие рентабельности» уже выполнено.

«Энергетическое кредо» академика понятно: «вся надежда на решение глобального энергетического кризиса — в использовании ядерной энергии». В 70-х так считало большинство. Не исключаю, что сегодня и сам академик смотрел бы на вещи по-другому. В любом случае его научные предпочтения (и работы) никак не доказывают «бесперспективность» возобновляемых источников энергии.

Так что, когда встретите в очередной раз таких бессовестных «экспертов» по Капице и ВИЭ, покажите им эту заметку, воспринимать более длинные тексты они, как правило, не способны.

Источник


E.ON производит газ метан с помощью энергии ветра

Uniper, дочерняя компания немецкого энергетического концерна E.ON (в России работает под именем “Unipro”), продолжает инвестировать в технологии Power-to-gas (энергия-газ).

Ещё с 2013 года в федеральной земле Бранденбург действует установка компании по производству водорода (посредством электролиза) из электроэнергии, генерируемой ветряными электростанциями. Водород может «подмешиваться» в существующие газовые сети, но в крайне ограниченном объеме.

Теперь к данной технике добавлены два реактора для производства синтетического газа (метана) из получаемого водорода. Синтетический газ практически идентичен по составу с природным газом и может без ограничений добавляться в существующие газовые сети и хранилища. Новая установка должна начать работать весной 2018 года.



В земле Бранденбург установлены большие мощности ветроэнергетики и, при этом, находится разветвлённая газовая инфраструктура. То есть место идеально подходит для размещения подобных объектов Power-to-gas, отмечает компания.

Мощность и производительность действующего предприятия: Collapse )

Отопление на водороде

Немецкий концерн E.ON, одна из крупнейших энергетических компаний мира, инвестировал в мюнхенскую фирму Elcore, производителя энергоэффективного отопительного оборудования для малых жилых домов на основе топливных элементов.

Техника Elcore позволяет одновременно производить тепло и электроэнергию.

Как это работает?

Водород можно производить разными способами, в том числе а) из воды с помощью электроэнергии путём электролиза и б) из природного газа с помощью специального генератора водорода (реформинг).

Первый способ применяется редко. Он использован, например, в швейцарском «Доме будущего», о котором мы рассказывали раньше. Дело в том, что производить водород из сетевой электроэнергии для того, чтобы потом произвести из него обратно электроэнергию и тепло не слишком рационально. Отопление водородом, полученным в результате электролиза, будет, безусловно, распространяться в будущем, с развитием ветряной и солнечной энергетики, поскольку газ будет использоваться в качестве медиума, промежуточного накопителя избыточной энергии.

Второй способ распространён шире, соответствующая техника применяется в японских домохозяйствах уже порядка 10 лет. В последние годы она стала предлагаться и на европейском рынке.

Природный газ поступает в генератор водорода (реформер). После чего произведённый водород направляется в топливный элемент.

Топливный элемент — электрохимическое устройство, которое производит электроэнергию и тепло, преобразуя исходное вещество (топливо) посредством химической реакции. «Выхлопом» является водяной пар (см. схему).



Elcore производит топливные элементы на основе собственных запатентованных разработок и заявляет КПД, достигающий Collapse )

Автономный дом – солнечная электростанция плюс водород

Мы писали год назад о строительстве Дома будущего. А сегодня он уже введен в эксплуатацию и заселен.



Многоквартирный, на девять семей, «Дом будущего» (по-немецки: Haus der Zukunft) площадью 1000 м2 построен в предместье Цюриха в местечке Brütten. Квартиры в автономном доме сданы в аренду, уже есть первые отзывы арендаторов.

Поскольку энергоэффективность – это первый и неотъемлемый шаг на пути к энергетической независимости, здание, разумеется, построено по стандарту Minergie (швейцарский стандарт энергоэффективных зданий, концептуально и с точки зрения параметров близкий стандарту Пассивного дома — Passivhaus). Понятно, что здесь мощно утеплены наружные стены (теплопроводность U = 0,11 Вт/м2К), кровля (U = 0,15 Вт/м2К), использованы очень теплые окна (U = 0,6/м2К) и т.д.

Энергетическая и инженерная концепция автономного дома проста и логична.

К электрическим сетям дом не подключен, также, как и к внешним источникам тепла. Все производится на месте.

Collapse )

Автономный поселок – использование водорода

Недавно мы рассказывали о многоквартирном автономном доме в Швейцарии («Доме будущего»), для энергоснабжения которого используется водород, который производится и хранится на месте.

Сегодня речь пойдет об объекте, расположенном на другом конце света – в Таиланде. Мы расскажем о небольшом поселке под названием Phi Suea House, где применена схожая энергетическая концепция (созданная при участии немецких товарищей и технологий). Автономный поселок полностью обеспечивается солнечной энергией. Для ее хранения и использования в периоды, когда солнца нет, применяется водород, производимый здесь же посредством электролиза. Открытие объекта состоится 29 января 2016 года. Это будет первый в мире автономный поселок, «работающий» на водороде – отличное дополнение к нашему материалу о климатически нейтральных поселениях.



Технологии аккумуляторных батарей развиваются стремительно. В то же время аккумуляторы пока не годятся для длительного хранения энергии и служат, собственно, для сглаживания суточных колебаний выработки/потребления электричества. Поэтому, если мы хотим обеспечить круглогодичную автономию и при этом использовать только солнце или ветер нам в большинстве случаев потребуется водород и устройства для его производства и хранения.

Collapse )



Дом будущего. Полная автономия и использование водорода

Haus der Zukunft (дом будущего) строится в Brütten (Брюттен), предместье швейцарского Цюриха. Процесс уже в завершающей стадии. Готовность: 2016 год. Архитектор: Walter Schmid



Многоквартирный, на 9 семей, дом жилой площадью 1000 м2 отличается полной автономией, независимостью от сетей электро-, тепло- и газоснабжения. Единственно, дом подключен к трубопроводу холодной воды и канализации. Это, пожалуй, первое подобное здание в мире. Домов высокой степени энергоэффективности и с положительным энергетическим балансом (plus energy) уже предостаточно… Но вот автономия в сочетании с высоким комфортом? Каким образом она достигается?

Принципы просты: 1) максимальная энергоэффективность, снижение энергетических затрат за счет утепления ограждающих конструкций, применения вентиляции с рекуперацией, оптимизации энергопотребления и т.п. 2) использование солнечной энергии, 3) накопление и хранение энергии.

Фасад и кровля здания покрыты тонкопленочными фотоэлектрическими модулями. Они не «бликуют» и доступны в разных цветовых решениях, что позволяет удобно вписывать их в дизайн. Кроме того, на кровле используются обычные фотоэлектрические модули на основе кристаллического кремния, которые эффективнее тонкопленочных.

Collapse )

Вспененная древесина

Чего только нет! Ученые разработали теплоизоляционный материал на основе древесины, получаемый в результате вспенивания. Подобным технологическим образом (путем вспенивания) производят большинство современных как «нефтехимических» (пенополистирол, пенополиуретан), так и прочих (пенобетон, пеностекло) утеплителей. В отличие от них, новые жесткие теплоизоляционные плиты на 100% состоят из дерева (так указывает разработчик).

Процесс производства прост. Древесина измельчается до состояния «пасты», которая вспенивается с помощью газа. Далее сушка и отвердевание. Плотность материала может составлять 40-200 кг/м3. Диапазон теплопроводности пока не определен, но она будет меньше 0,05 Вт/м*К.



Уже давно известны и пользуются умеренной популярностью плитные утеплители из древесного волокна (весьма недешевое удовольствие, кстати), они производятся иными способами и обладают меньшей, по сравнению со вспененным деревом, стабильностью формы.

И вот теперь на рынке появится новый вид теплоизоляции, полностью состоящей из дерева. Постарались специалисты немецкого Института исследований древесины WKI (Fraunhofer-Institut für Holzforschung WKI). Пока ещё идут эксперименты – проверяется, какие сорта древесины оптимальны. До выхода продукта на рынок вероятно пройдёт ещё пара лет.

Отопление дома с помощью топливных элементов («отопление водородом»)

Более десяти лет назад американский экономист Джереми Рифкин провозгласил «водородную революцию», путь в новую энергетическую эру: многие миллионы топливных элементов, в которых водород вступает в реакцию с кислородом, будут децентрализовано производить электроэнергию и тепло для всего мира.

В текущем году началось активное движение, топливные элементы стали постепенно перемещаться из исследовательских лабораторий ближе к потребителям.

Топливный элемент (fuel cell) - устройство, в котором происходит химическая реакция веществ, в результате которой вырабатывается электрический ток. Обычно этими веществами выступают водород и кислород.

Топливный элемент

Многие уже слышали про авто, работающее на топливных элементах («на водороде»), которое запустила в серию компания Тойота. Собственно концепты и прототипы подобных автомобилей создавались чуть ли не всеми крупными автопроизводителями ещё с середины 90-х годов. А в космической отрасли топливные элементы используются ещё с 60-х и, например, применялись для электроснабжения корабля многоразового использования «Буран».

Так выглядел топливный элемент в Мерседесе:
MBrennstoffzelle

И вот пришло время запустить их в массовое производство.
Но мы поговорим не об авто. Наша речь об отопительном оборудовании для жилых домов.

[Дальше...]В 2014 году практически все основные производители отопительного оборудования заявили о (скором) начале серийного производства котлов на топливных элементах для домашнего применения и представили готовые прототипы (и уже есть отдельные модели в продаже). Данная техника фактически представляет собой когенерационные установки, основным продуктом которых является электроэнергия, а побочным – тепло.
В Германии уже второй год проводится масштабный тест, в рамках которого установлено 350 единиц отопительной техники на топливных элементах, которые уже проработали в общей сумме 2,3 миллиона часов, выработав 1,3 миллиона КВтч электроэнергии. Промежуточные итоги теста оцениваются специалистами как «чрезвычайно положительные».
Buderus_FuelCell-Perspektive
callux_presse-bild

Как работает такая техника?

Все представленные на сегодняшний день варианты отопительных установок устроены схожим образом. Берется конденсационный газовый котел, к нему приставляется блок топливного элемента плюс водонагревательный и накопительный (буферный) бак для отопления. Котел и топливный элемент параллельно подключаются к газовой сети. Газ поступает в блок топливного элемента, где из него выделяется водород, после чего водород в топливном элементе вступает в реакцию с кислородом, вырабатывая электричество и тепло. То есть природный газ используется без сгорания и соответствующего выхлопа. Газовый котел подключается только в том случае, если вырабатываемой тепловой энергии не хватает для бытовых нужд.

brennstoffzellen-generator-innen

Схема блока топливного элемента:
Топливный элемент
Каковы основные технические характеристики такого оборудования?

Бытовые котлы на топливных элементах производят от 10 до 35 КВтч электроэнергии в день, что в целом покрывает потребности среднего домохозяйства (4000 КВтч в год – приблизительная «расчетная» величина годового потребления электроэнергии семьи из 4-х человек, проживающих в индивидуальном доме, принятая в Германии).

Тепловая мощность оборудования (без газового котла) по российским меркам незначительна: 0,6 – 1,8 КВт в зависимости от модели.
Тем не менее, поскольку сейчас в Европе время тотальной, так сказать, энергоэффективности в строительстве, для компактного пассивного дома такой тепловой мощности может быть и достаточно.

К достоинствам рассматриваемой технологии относится высокая эффективность производства электричества из газа (60%), экологичность, бесшумность работы, сокращение затрат потребителей на электро- и теплоснабжение.
Ну а основным недостатком является цена. Такой прибор стоит сейчас определенно несколько десятков тысяч евро (по имеющимся у нас данным примерно 25 – 35 тысяч). Это в общем-то нормально для новой технологии. Компьютеры раньше тоже стоили дорого.