Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

К водяной турбине можно подсоединить электрогенератор, к ко­торому, в свою очередь, можно подключить электрообогреватели или кондиционеры. При достаточно интенсивном потоке воды и правиль­ной регулировке напряжения таким способом можно обеспечить на­сущные нужды дома в обогреве и охлаждении.

КАК ЭТО РАБОТАЕТ

На рисунке 5.2 приведена функциональная схема небольшой установки, использующей энергию воды и адаптированной для до­машней электрической системы отопления на электрообогревателях. Это, по сути, то же, что и ветряная силовая установка, функцио­нальная схема которой приведена на рис. 5.1, но только здесь ветря­ная турбина заменена водяной турбиной. Так же как и в ветряной установке выходное напряжение должно быть ограничено величиной 117 В переменного тока с помощью регулятора напряжения. Такая система может также использоваться в качестве источника питания кондиционеров.

Хорошая водяная турбина, установленная в быстром ручье или в маленькой речке с достаточным перепадом воды по течению, может надежно обеспечить мощность, равную 20 кВт. Еще раз напомню, что 1 кВт = 3410 БТЕ/ч. Поэтому установка на водяной турбине может вырабатывать примерно 3410 х 20 = 68 200 БТЕ/ч (давайте округлим до 70 000 БТЕ/ч). Этого как раз достаточно, чтобы под­держивать в доме средних размеров комфортную температуру в лю-

бую погоду, если, конечно, ручей или речка не пересохнут и не замерзнут.

Водяная турбина

Комнаты с
электро-
обогревателями

Рис. 5.2. Система обогрева дома, в которой используется водяная турбина
с регулятором напряжения, обеспечивающая питанием комплект обычных
домашних электрообогревателей, объединенных в общую электрическую цепь

ПРЕИМУЩЕСТВА ГИДРОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ УСТАНОВОК

• Непосредственное питание систем отопления и кондициониро­вания от гидроэлектрической установки может существенно со­кратить или даже совсем исключить потребность в обычных методах отопления и кондиционирования.

• Поток воды, в отличие от ветра, существует постоянно, если ручей или речка достаточно большие и быстрые.

• В то время как из-за падения напряжения в сети обычные систе­мы управления климатом в доме выключатся, системы управ­ления климатом с питанием от гидроэлектрических установок будут продолжать функционировать.

• Эта технология фактически не сопряжена с загрязнениями. Тут не выделяются парниковые газы, твердые микрочастицы, окись углерода, не загрязняется почва, нет мусора. Небольшое коли­чество тепла передается воде ручья в результате трения лопастей турбины о воду, но оно ничтожно в системах малой мощности.

• Электричество, производимое водяными турбинами, может быть использовано для различных целей в доме теми же спосо­бами, как это делается в системах с ветряными турбинами, но на более надежной основе.

• Водяная турбина, если вы захотите, в дальнейшем может быть модифицирована, чтобы использоваться как одиночная энерге­тическая установка или гидроэлектрическая станция, которая будет описана далее в этой книге.

НЕДОСТАТКИ ГИДРОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ УСТАНОВОК

• Слишком мало счастливчиков, живущих рядом с рекой или ру­чьем, имеющими достаточно интенсивное течение, чтобы обе­спечить значительную гидроэлектрическую мощность.

• Небольшой ручей может периодически пересыхать во время длительной засухи или промерзать до самого дна в слишком сильную стужу. При этом, очевидно, турбина не будет рабо­тать.

• Водяной турбине нужна значительная масса воды, а также зна­чительный перепад уровня воды по течению реки для того, что­бы вырабатывать мощность, достаточную для обогрева дома. Для этого может понадобиться сооружение небольшой плоти­ны, что, возможно, будет сопровождаться изменениями в окру­жающей среде.

• Системы, подобные описанной здесь, окупаются долго, а мо­гут и вообще не окупиться. Эти гидроэлектрические системы сравнимы по стоимости с ветряными силовыми установками, обеспечивающими ту же полезную мощность.

Задача 5.2

На моем участке течет ручей шириной примерно 10 м и глубиной в середине 2 м. Он имеет достаточно быстрое течение и даже зимой замерзает только сверху, а подо льдом продолжает течь достаточно быстро. Участок находится рядом с домом. Перепад уровня воды по течению от места, где ручей попадает на участок, до места, где он вы­текает, составляет всего 0,5 м (примерно 18 дюймов). Можно ли на этом ручье построить гидроэлектрическую установку с мощностью, достаточной, чтобы обогреть мой дом?

Решение 5.2

Вы должны пригласить инженера, чтобы произвести расчеты для вашей ситуации, но похоже на то, что ваш ручей не сможет обеспе­чить достаточную мощность для системы обогрева дома. В вашем случае водяная турбина, установленная в таком ручье, сможет на­дежно производить несколько ватт электроэнергии, что достаточно только для обеспечения питанием небольших электроприборов.

Непосредственное управление климатом с помощью фотоэлементов

Решетка из фотоэлементов (ФЭ) обычно используется вместе с накопительными аккумуляторами, а еще в качестве дополнения к основной электрической сети. Но такие решетки, называемые сол­нечными батареями, могут использоваться и в системах без акку­муляторов, если потребитель готов смириться с тем, что система не будет работать, когда солнечного света недостаточно.

КАК ЭТО РАБОТАЕТ

На рисунке 5.3 показана упрощенная схема системы непосред­ственного управления климатом с помощью фотоэлементов (ФЭ), пригодной для применения в доме. При ярком солнечном свете оди­ночные кремниевые ФЭ вырабатывают постоянное напряжение ве­личиной примерно 0,5 В. Они объединены в многокомпонентную последовательно-параллельную решетку, которая обеспечивает на

выходе постоянное напряжение 12 В или 24 В при достаточно боль­шом токе, возникающем при воздействии на ФЭ прямого солнечного света. Решетка такого типа называется солнечной батареей.

Рис. 5.3. Дополнительная система климат-контроля дома на основе солнечной батареи с преобразователем постоянного напряжения в переменное, регулятором напряжения и выключателем. Она обеспечивает питание бытовым электроприборам малой мощности, таким как вентилятор или увлажнитель воздуха

Выходной сигнал от солнечной батареи поступает к преобразо­вателю постоянного напряжения в переменное, преобразующему постоянное выходное напряжение солнечной батареи в переменное

напряжение 117 В, от которого может питаться обычная домашняя бытовая техника. Кроме того, в схеме может использоваться регуля­тор напряжения, чтобы обеспечить необходимое постоянство напря­жения при изменении интенсивности солнечного света. В схеме при­сутствует также автоматический выключатель, который отключает солнечную батарею и выключает всю систему, если освещение стано­вится слишком слабым, для того чтобы хорошо работали домашние бытовые электроприборы, питающиеся от нее.

Электрические обогреватели помещений и кондиционеры потребля­ют слишком много тока, чтобы им хватило питания от солнечных ба­тарей разумного размера. (Теоретически такие электроприборы можно обеспечивать питанием от солнечных батарей, но выгоду можно полу­чить редко; хорошо, если вообще удастся когда-нибудь окупить расхо­ды.) Электрические напольные и потолочные вентиляторы, увлажните­ли воздуха и испарительные системы охлаждения не потребляют много тока, поэтому их время от времени можно снабжать питанием непосред­ственно от установок на ФЭ. Летом в местности, подобной, например, южной Аризоне, в самое жаркое время дня обычно ярко светит солнце. В местностях такого типа система, изображенная на рис. 5.3, могла бы обеспечить работу комплекта потолочных вентиляторов в доме или в офисе. В холодной, но солнечной пустыне, такой как Северная Не­вада или центральный Вайоминг, описанная система может обеспечить работу увлажнителя воздуха в помещениях для того, чтобы улучшить качество воздуха, который зимой обычно бывает слишком сухим.

ПРЕИМУЩЕСТВА НЕПОСРЕДСТВЕННОГО УПРАВЛЕНИЯ КЛИМАТОМ С ПОМОЩЬЮ ФЭ

• Системы непосредственного управления климатом на ФЭ не требуют аккумуляторов и никаких сложных подключений к электрической сети. Это минимизирует стоимость.

• Так как система простая, в ней особенно нечему ломаться при условии, что установка хорошего качества и с ней бережно об­ращаются — так, чтобы не повредить солнечные батареи.

• Системы этого типа практически не нуждаются в обслужива­нии. Их нужно установить и запустить, а потом лучше всего оставить в покое.

• Системы непосредственного управления климатом на ФЭ поз­же могут быть дооснащены для того, чтобы использоваться как одиночная энергетическая установка на ФЭ (включающая на­копительные аккумуляторы) или стать частью силовой станции на ФЭ (объединенной с обычной электрической сетью).

НЕДОСТАТКИ НЕПОСРЕДСТВЕННОГО УПРАВЛЕНИЯ КЛИМАТОМ С ПОМОЩЬЮ ФЭ

• Система непосредственного управления климатом на ФЭ может работать только при хорошей освещенности. Это означает, что погода должна быть солнечной или хотя бы не слишком облач­ной, чтобы было достаточно солнечного света.

• Система не будет работать, если освещенность недостаточна, даже если день жаркий, и, естественно, не будет работать жар­ким вечером и ночью.

• Град или сильный ветер могут мгновенно разрушить солнечные батареи.

• Если на солнечные батареи нападает снег, то его надо будет убрать вручную, чтобы система смогла заработать.

• Нужно иметь в виду, что ток, потребляемый от системы бы­товой техникой, должен быть существенно меньше, чем мак­симально возможный выходной ток системы. Если выходной ток мгновенно упадет (так может случиться, если облако на какое-jo время закроет солнце), то выключатель отключит си­стему на это время, если она работает при максимальной на­грузке.

Задача 5.3

У меня большой участок, и я могу разместить много солнечных батарей практически неограниченного размера. Расходы не играют роли! Могу я обеспечить работу кондиционера или электрического обогревателя помещений, используя схему непосредственного управ­ления климатом, представленную на рис. 5.3, если я установлю мно­го решеток на ФЭ на своем участке?

Решение 5.3

Да. Но если вы не стеснены в средствах, то вы могли бы уста­новить гибридную систему, в которой используется как солнечная энергия, так и энергия ветра. Небольшие энергетические установки, а также энергетические станции на солнечных батареях и ветряных турбинах описаны далее в этой книге.

Комментарии запрещены.