Как вырабатывается электрический ток. Откуда берётся электричество — видео

Генерирование собственного электричества – лучшее, что вы можете сделать в борьбе за энергонезависимость. Это электричество вы можете использовать чтобы открывать ворота или гараж, включать наружное освещение, продавать в сеть и уменьшить свои расходы, заряжать автомобиль или даже полностью отключиться от общей сети. В этой статье описаны несколько отличных идей как этого добиться.

Шаги

Часть 1

Солнечная энергия

Узнайте о солнечных панелях. Солнечные панели это общераспространенное решение с большим количеством преимуществ. Они работают во многих частях света и модульный вариант может быть расширен, чтобы соответствовать вашим потребностям. Существует много хорошо проработанных продуктов.

• Панели должны быть направлены на юг к солнечному свету (на север в южном полушарии, вверх вблизи экватора). Угол наклона следует установить в зависимости от широты, на которой вы находитесь. Вы можете использовать панели в районах, которые солнечны большую часть года, а также в условиях сплошной облачности.
• Фиксированные опоры можно устанавливать на отдельной структуре (в которой можно разместить аккумуляторы и контроллер заряда) или на существующей крыше. Их просто установить и обслуживать, если они расположены у земли и у них нет движущихся частей. Следящие опоры поворачиваются вслед за солнцем и более эффективны, но могут стоить дороже, чем просто добавить еще пару панелей на фиксированных опорах, чтобы компенсировать разницу. Это хитроумные механические приспособления, которые легко сломать и у них есть движущие части, которые изнашиваются со временем.
• Только потому, что заявленная мощность солнечной панели 100 Ватт, это не означает, что она способна вырабатывать ее все время. Мощность будет определена тем как вы установите панель, погодой, или тем что сейчас зима и солнце не поднимается высоко надо горизонтом.

1. Начните с малого. Купите одну или две солнечные панели для начала. Их можно устанавливать поэтапно, так что вам не надо с самого начала тратить огромные суммы. Большинство систем для крыш могут быть расширены – вам надо обратить на это внимание при покупке. Купите систему, которая может расти вместе с вашими потребностями.

   Разберитесь с обслуживанием вашей системы. Как и все остальное, если вы не будете о ней заботиться, она развалится. Определитесь, как долго она должна прослужить. Небольшая экономия сейчас может стоить вам гораздо больше в будущем. Инвестируйте в заботу о вашей системе и она позаботится о вас.

   • Постарайтесь составить бюджет расходов, связанных с поддержанием работоспособности системы в течение длительного периода времени. Вам следует избегать ситуаций, которые оставят вас без средств посреди проекта.

2. Выберите тип системы. Решите, хотите ли вы отдельностоящее решение для выработки электричества или решение, которое можно подсоединить к распределительной системе. Отдельностоящим системам нет равных в автономности, вам известен источник каждого использованного ватта. Системы, которые можно подключать в общую сеть дают вам стабильность и избыточность, а также возможность перепродавать электричество поставляющей компании. Если ваша система подключена в общую сеть, а вы следите за расходом энергии так, как будто у вас автономная система, то у вас даже получится зарабатывать небольшой дополнительный доход.

   • Свяжитесь с вашей энергопоставляющей компанией и спросите о системах, которые можно подключать в общую сеть. Возможно, они смогут предоставить льготы и подскажут, кого следует нанять, чтобы разместить ваш надежный источник электричества.

Часть 2

Использование альтернативных систем

1. Узнайте о ветряных турбинах. Это тоже отличное решение для многих районов. Иногда оно может быть даже более экономически эффективным, чем солнечная энергия.

   • Вы можете использовать самодельную ветряную турбину, сделанную из старого автомобильного генератора при помощи чертежей доступных в Сети. Хоть это и не рекомендуется делать новичкам, но достижение приемлемых результатов возможно. Существуют недорогие готовые решения.
   • У ветровой энергии, однако, есть несколько недостатков. Возможно, вам придется установить турбины слишком высоко, чтобы они работали эффективно, и ваши соседи посчитают их неприятной частью пейзажа. Птицы могут их совсем не замечать ….. до момента, когда будет слишком поздно.
   • Для ветровой энергии нужен более-менее постоянный ветер. Открытые, пустые пространства подходят лучше всего, потому что на них находится минимальное количество препятствий для ветра. Ветровая энергия часто эффективна при использовании в качестве дополнения к системам солнечной и гидро энергии.

   • Изучите гидроэлектрические минигенераторы. Существуют различные виды технических решений от самодельного пропеллера, подсоединенного к автомобильному генератору, до запутанных инженерных систем повышенной надежности. Если у вас есть выход к воде, это может стать эффективным и автономным решением.

     Попробуйте комбинированную систему. Вы всегда можете объединить любые из этих систем, чтобы получать энергию круглый год и в достаточном количестве для вашего дома.

     Подумайте об автономном генераторе. Если распределяющей сети нет или вы хотите запасной источник на случай отключения/катастрофы, вам может пригодиться генератор. Они могут работать на разных видах топлива и доступны разных размеров и мощности.

     • Многие генераторы очень медленно реагируют на изменения в нагрузке (подключение мощных приборов заставляет питание колебаться).
       • Маленькие, повсеместно доступные в строительных магазинах генераторы предназначены для нечастого использования в чрезвычайных ситуациях. Если их использовать в качестве основного источника энергии они чаще всего ломаются.
     • Большие бытовые генераторы стоят дорого. Они работают на бензине, дизельном топливе или сжиженном газе и обычно оснащены системой автоматического старта, которая запускает их в момент прекращения подачи электричества из распределительной сети. Если вы решили установить такой, убедитесь, что у вас работает дипломированный электрик и строительные нормы соблюдаются. При неправильной установке он может убить электриков, которые отключают основное электропитание не зная, что есть еще и аварийный генератор.
     • Генераторы для автодач, трейлеров или лодок небольшого размера, тихие, предназначены для продолжительного использования и гораздо более доступны. Они работают на бензине, дизельном топливе или сжиженном газе и могут работать по нескольку часов в день в течение нескольких лет.

   • Избегайте теплоэлектрогенераторов. Теплоэлектрогенераторы (ТЭГ) или совмещенные генераторы, которые производят электроэнергию из тепла – обычно пара – старомодны и неэффективны. Несмотря на то, что у них есть много поклонников, вам следует воздержаться от их использования.

Часть 3

Делаем верный выбор

Пройдитесь по магазинам. Множество производителей предлагают различные товары и услуги на рынке экологически чистой электроэнергии и некоторые из их решений подходят вам лучше, чем другие.

Исследуйте. Если вы заинтересованы в конкретном товаре проведите сравнение цен перед тем как будете говорит с поставщиком.

Спросите совета у профессионала. Найдите кого-то кому вы доверяете, чтобы помог принять вам решение. Есть поставщики, которым интересен ваш проект, и есть которым не интересен. Найдите в Интернете сообщество домашних мастеров или ему подобное чтобы получить совет, который исходит от кого-то, кто не собирается вам ничего продавать.

Разузнайте о льготах. Не забудьте узнать о местных, региональных и федеральных программах льгот, когда будете делать свои покупки. Существует много программ по которым ваши затраты по монтажу могут быть просубсидированы, либо же вам предоставят налоговые льготы за переход на экологически чистую электроэнергию.

Вам нужна квалифицированная помощь. Не каждый подрядчик или рабочий квалифицирован для установки таких систем. Работайте только с опытными поставщиками и монтажниками, у которых есть разрешение на работу с вашим оборудованием.

Часть 4

Готовимся к худшему

Узнайте о страховым покрытии для более крупных объектов. Ваш текущий полис на домовладение может не покрывать разрушение вашей системы при катастрофе, что может очень сильно вас разочаровать.

Познакомьтесь со специалистом по обслуживанию систем альтернативной энергии. Если уж вы за это взялись, не стесняйтесь просить о помощи.

Спланируйте запасной источник энергии. Естественные источники, которые используют автономные энергетические системы не всегда надежны. Солнце светит не всегда, как и ветер не всегда дует, вода тоже не всегда течет.

• Использование системы подключенной в распределительную сеть - самое недорогое решение для большинства людей, особенно для тех, кто уже является клиентом энергопоставляющих компаний. Они устанавливают один тип системы (например, солнечные панели) и подключают ее к распределительной сети. Когда поступление электроэнергии недостаточно, сеть покрывает недостаток, а когда электроэнергии в избытке – сеть выкупает излишек. Крупные системы могут постоянно крутить счетчик электроэнергии в обратную сторону.
• Если распределительной сети по близости нет, может быть гораздо дороже подключиться к ней (или даже подсоединить пристройку к дому), чем производить и хранить свою собственную электроэнергию.

1. Узнайте о хранении электричества. Распространенное решение для автономного хранения электричества это свинцово-кислотные аккумуляторы глубокой зарядки. Каждый вид аккумуляторов нуждается в разных циклах зарядки, поэтому убедитесь, что ваш контроллер заряда может работать с вашим типом аккумуляторов и правильно для этого настроен.

Часть 5

Выбор и использование аккумуляторов

Используйте аккумуляторы одного типа. Аккумуляторы нельзя мешать между собой и обычно новые аккумуляторы не очень хорошо работают, когда смешаны с более старыми.

Подсчитайте сколько аккумуляторов вам понадобится. Их емкость исчисляется в ампер-часах. Для грубого подсчета киловатт-часов умножьте ампер-часы на количество вольт (12 или 24 вольта) и разделите на 1000. Чтобы получить ампер-часы из киловатт-часов просто умножьте на 1000 и разделите на 12. Если ваше дневное потребление будет 1 киловатт-час вам понадобится примерно 83 ампера емкости 12-вольтового хранилища, но вам надо будет 5-кратное количество от рассчитанного (считая, что вы не хотите разряжать аккумуляторы более чем на 20%) или примерно 400 ампер-часов, чтобы получить требуемую мощностью.

1. Выберите тип аккумулятора. Существует много видов аккумуляторов и очень важно выбрать наиболее подходящий. Понимание что вам пойдет, а что нет, очень важно для снабжения вашего дома электроэнергией.

   • Самые распространенные это кислотные аккумуляторы. Их необходимо обслуживать (верхушки снимаются, чтобы можно было долить дистиллированной воды) и время от времени они нуждаются в «компенсационной» перезарядке, чтобы убрать серу с пластин и поддерживать банки в более-менее одинаковом состоянии. У некоторых высококачественных аккумуляторов банки в 2,2 вольта можно заменять независимо от других, если они испортились. «Необслуживаемые» аккумуляторы теряют жидкость по мере выпускания газа и, в конце концов, высыхают.
   • Гелиевые аккумуляторы не надо обслуживать и они не прощают проблем с зарядкой. Зарядное устройство, предназначенное для кислотных аккумуляторов, испарит гель с пластин и между электролитом и пластинами образуются зазоры. Как только одна банка пришла в состояние перезаряда (из-за неравномерного износа), весь аккумулятор становится негодным. Такие аккумуляторы хороши как часть небольшой системы, но не подходят для крупных систем.
   • Аккумуляторы с абсорбированным электролитом более дорогие, чем аккумуляторы любого другого типа, и не нуждаются в обслуживании. Они сохраняют работоспособность на протяжении долгого времени при условии, что их правильно заряжают и не позволяют слишком сильно разряжаться. Кроме того, они не могут дать протечку – даже если вы разобьете их кувалдой (мы правда не уверены, зачем вам это вообще может понадобиться). При перезаряде также они выпускают газ.
   • Автомобильные аккумуляторы – они для автомобилей. Автомобильные аккумуляторы не подходят для случаев, в которых требуются аккумуляторы глубокой зарядки.
   • Лодочные аккумуляторы это гибрид стартового аккумулятора и аккумулятора глубокой зарядки. В качестве компромиссного решения они хорошо подходят для лодок, но не очень хороши в качестве источника электроэнергии для дома.
2. Советы
   • В любом месте, где энергетические системы не подведены прямо к крыльцу, стоимость подключения нового строения к распределительной сети может превысить стоимость установки собственной системы генерирования электроэнергии.
   • Аккумулятор глубокого заряда не работают хорошо, если они часто разряжаются более чем на 20% своей емкости. Если такое происходит, их срок службы существенно уменьшится. Если вы большую часть времени разряжаете их не сильно или сильно, но не часто, их срок службы будет продлен.
   • Существует много возможностей профинансировать установку системы, а также налоговых/эксплуатационных льгот для некоторых источников электроэнергии.
   • Возможно объединиться с соседями по удаленному району и совместно оплатить систему генерации электроэнергии. О чем бы ни договорились заинтересованные стороны, в будущем это может стать источником некоторых сложностей. Возможно, придется создать кооператив домовладельцев или подобную организацию.
   • Если это не оправдывает себя в рублях и копейках оправдает ли это себя в:
     • Срочной необходимости (отсутствие систем обеспечения электроэнергией)?
     • Внутреннее спокойствие?
     • Кабель не проходит по вашей собственности?
     • Как повод для хвастовства?
   • В Сети есть много статей с большим количеством хорошей информации, но большая часть из нее сосредоточена на продаже оборудования определенного поставщика.
   • Если у вас есть доступ к проточной воде, микро-гидроэлектростанция возможно подойдет лучше, чем комбинированное решение из солнечных панелей и ветровых турбин.
   • Сборка элементов системы не является сложной задачей при условии, что вы умеете обращаться с электричеством.

   Предупреждения

   • Если вы не знакомы с теорией электричества и у вас нет познаний в технике безопасности, считайте что это список вещей, которые вам надо узнать или передать другому человеку для выполнения.
     • Вы можете нанести непоправимый урон собственности (сжечь проводку, повредить крышу или сжечь дом дотла)
     • Вы можете причинить телесные повреждения или даже смерть (удар электрическим током, падение с крыши, падение незакрепленных деталей на людей)
     • Аккумуляторы при коротком замыкании или в невентилируемом помещении могут стать причиной взрыва.
     • Разбрызганная аккумуляторная кислота может привести к серьезным ожогам и слепоте.
     • Даже постоянный ток такой мощности может остановить ваше сердце или причинить серьезные ожоги, если пройдет по украшениям надетым на вас.
     • Если дополнительный источник электропитания подключен через панель предохранителей (инвертор или генератор), убедитесь что есть очень заметный знак, предупреждающий об этом обслуживающий персонал энергопоставляющей компании. В противном случае они могут отключить основной ввод электричества и, считая, что цепь обесточена, быть убитыми электрическим током от резервного источника.
     • Вот это интересно. Вон те невинные крутящиеся колесики и красные панельки могут вас убить совсем насмерть.
   • Что бы вы ни устанавливали, убедитесь, что страховка на домовладение покроет это. Не надо надеяться на авось.
   • Сверьтесь с местными строительными нормами и правилами (СНиП).
     • Некоторые люди на самом деле считают солнечные панели «не привлекательными».
     • Некоторые люди считают ветровые турбины «шумными» И «не привлекательными».
     • Если у вас не прав на использование водных ресурсов для вас могут сделать исключение в этом случае.
   • Существую системы «все-в-одном», но обычно они или невелики, или дорогие, или и то и другое.

Это упорядоченное движение определенных заряженных частиц. Для того чтобы грамотно использовать весь потенциал электричества, необходимо четко понимать все принципы устройства и работы электрического тока. Итак, давайте разберемся, что же такое работа и мощность тока.

Откуда вообще берется электрический ток?

Несмотря на кажущуюся простоту вопроса, немногие способны дать на него вразумительный ответ. Конечно, в наши дни, когда технологии развиваются с неимоверной скоростью, человек особо не задумывается о таких элементарных вещах, как принцип действия электрического тока. Откуда берется электричество? Наверняка многие ответят "Ну, из розетки, ясное дело" или же просто пожмут плечами. А между тем, очень важно понимать, как происходит работа тока. Это следует знать не только ученым, но и людям, никак не связанным с миром наук, для их же всеобщего разностороннего развития. А вот уметь грамотно использовать принцип работы тока под силу не каждому.

Итак, для начала следует понять, что электричество не возникает ниоткуда: его вырабатывают специальные генераторы, которые находятся на различных электростанциях. Благодаря работе вращения лопастей турбин паром, полученным в результате нагрева воды углями или нефтью, возникает энергия, которая впоследствии с помощью генератора превращается в электричество. Генератор устроен очень просто: в центре устройства находится огромный и очень сильный магнит, который заставляет электрические заряды двигаться по медным проводам.

Каким образом электрический ток доходит до наших домов?

После того как с помощью энергии (тепловой или ядерной) было получено определенное количество электрического тока, его можно подавать людям. Работает такая подача электричества следующим образом: чтобы электричество успешно дошло до всех квартир и предприятий, его нужно "подтолкнуть". А для этого потребуется увеличить силу, которая и будет это делать. Она называется напряжением электрического тока. Принцип действия выглядит так: ток проходит через трансформатор, который увеличивает его напряжение. Далее электрический ток идет по кабелям, установленным глубоко под землей или же на высоте (ибо напряжение порой достигает 10000 Вольт, что является смертельно опасным для человека). Когда ток добирается до места своего назначения, он снова должен пройти через трансформатор, который теперь уже уменьшит его напряжение. Затем он проходит по проводам к установленным щитам в многоквартирных домах или других зданиях.

Проведенное через провода электричество можно использовать благодаря системе розеток, подключая к ним бытовые приборы. В стенах же проводятся дополнительные провода, через которые течет электрический ток, и благодаря именно ему работает освещение и вся техника в доме.

Что такое работа тока?

Энергия, которую несет в себе электрический ток, с течением времени преобразуется в световую или же тепловую. Например, когда мы включаем лампу, электрический вид энергии превращается в световую.

Если говорить доступным языком, то работа тока - это то действие, которое произвело само электричество. При этом ее можно очень легко подсчитать по формуле. Исходя из закона о сохранении энергии, можем сделать вывод, что электрическая энергия не пропала, она полностью или частично перешла в другой вид, отдав при этом определенное количество теплоты. Эта теплота и есть работа тока, когда он проходит по проводнику и нагревает его (происходит теплообмен). Так выглядит формула Джоуля-Ленца: A = Q = U*I*t (работа равна количеству теплоты или же произведению мощности тока на время, за которое он протекал по проводнику).

Что означает постоянный ток?

Электрический ток бывает двух видов: переменный и постоянный. Они различаются тем, что последний не меняет своего направления, он имеет два зажима (положительный "+" и отрицательный "-") и начинает свое движение всегда из "+". А переменный ток имеет две клеммы - фазу и ноль. Именно из-за наличия одной фазы на конце проводника, его называют также однофазным.

Принципы устройства однофазного переменного и постоянного электрического тока абсолютно разные: в отличие от постоянного, переменный меняет и свое направление (образуя поток как из фазы в направлении к нулю, так из нуля по направлению к фазе), и свою величину. Так, например, переменный ток периодически меняет значение своего заряда. Получается, что при частоте 50 Гц (50 колебаний в секунду) электроны меняют направление своего движения ровно 100 раз.

Где используется постоянный ток?

Постоянный электрический ток обладает некоторыми особенностями. Ввиду того, что он течет строго по одному направлению, его сложнее трансформировать. Источниками постоянного тока можно считать следующие элементы:

• аккумуляторы (как щелочные, так и кислотные);
• обычные батарейки, используемые в мелких приборах;
• а также различные устройства типа преобразователей.

Работа постоянного тока

Каковы его главные характеристики? Это работа и мощность тока, причем оба эти понятия очень тесно связаны друг с другом. Мощность подразумевает под собой скорость работы в единицу времени (за 1 с). По закону Джоуля-Ленца получаем, что работа постоянного электрического тока равна произведению силы самого тока, напряжения и времени, в течение которого была совершена работа электрического поля по переносу зарядов вдоль проводника.

Так выглядит формула по нахождению работы тока с учетом закона Ома о сопротивлении в проводниках: A = I 2 *R*t (работа равна квадрату силы тока умноженному на значение сопротивления проводника и еще раз умноженному на значение времени, за которое совершалась работа).

Нет сегодня ни одной области техники, где в том или ином виде не использовалось бы электричество. Между тем, с требованиями к электрическим аппаратам связан род тока, питающего их. И хотя переменный ток распространен нынче по всему миру очень широко, есть тем не менее области, где просто не обойтись без постоянного тока.

Первыми источниками годного к использованию постоянного тока были гальванические элементы, которые принципиально давали химическим путем именно , представляющий собой поток электронов, движущихся в одном неизменном направлении. От этого и название у него «постоянный ток».

Сегодня постоянный ток получают не только от батареек и аккумуляторов, но и путем выпрямления переменного тока. Как раз о том, где и почему используется в наш век постоянный ток, и пойдет речь в данной статье.

Начнем с тяговых двигателей электротранспорта. Метро, троллейбусы, теплоходы и электрички традиционно приводятся в движение двигателями, питаемыми постоянным током. изначально отличались от двигателей тока переменного тем, что в них можно было плавно изменять скорость при сохранении высокого крутящего момента.

Переменное напряжение выпрямляется на тяговой подстанции, после чего подается на контактную сеть, - так получают постоянный ток для общественного электротранспорта. На теплоходах электричество для питания двигателей может быть получено от дизельных генераторов постоянного тока.

В электромобилях так же применяются моторы постоянного тока, которые питаются от аккумулятора, и здесь снова получаем преимущество в виде быстро развиваемого крутящего момента привода, и имеем еще один важный плюс - возможность рекуперативного торможения. В момент торможения мотор превращается в генератор постоянного тока и заряжает .

Мощные подъемные краны на металлургических заводах, где необходимо плавно орудовать огромного размера и чудовищной массы ковшами с расплавленным металлом - используют моторы постоянного тока опять же в силу их отличной регулируемости. Это же преимущество относится к применению моторов постоянного тока в шагающих экскаваторах.

Бесколлекторные двигатели постоянного тока способны развивать огромные скорости вращения, измеряемые десятками и сотнями тысяч оборотов в минуту. Так, высокоскоростные электродвигатели постоянного тока небольших размеров устанавливают на жесткие диски, квадрокоптеры, пылесосы и т. д. Незаменимы они и в качестве шаговых приводов управления различными шасси.

Само по себе прохождение электронов и ионов в одном направлении при постоянном токе делает постоянный ток принципиально незаменимым .

Реакция разложения в электролите, под действием в нем постоянного тока, позволяет осадить на электродах определенные элементы. Так получают алюминий, магний, медь, марганец и другие металлы, а также газы: водород, фтор и т.д, и многие прочие вещества. Благодаря электролизу, то есть по сути - постоянному току, существуют целые отрасли металлургии и химической промышленности.

Гальванотехника немыслима без постоянного тока. Металлы осаждают на поверхность изделий различной формы, таким образом осуществляют в частности хромирование и никелирование, создают печатные формы и металлические монументы. Что и говорить о применении гальванизации в медицине для лечения болезней.

Сварка на постоянном токе гораздо эффективнее, чем на токе переменном, шов получается на много более качественным, чем при сварке того же изделия тем же электродом, но током переменным. Все современные выдают на электрод постоянное напряжение.

Мощные дуговые лампы, устанавливаемые в кинопроекторах многочисленных профессиональных киностудий дают ровный свет без гудящей дуги как раз благодаря питанию дуги постоянным током. Светодиоды, так те принципиально питаются током постоянным, именно поэтому большинство сегодняшних прожекторов питаются постоянным током, хотя и получаемым путем преобразования переменного сетевого тока или же от аккумуляторов (что иногда очень даже удобно).

Двигатель внутреннего сгорания автомобиля хоть и питается бензином, однако стартует он от аккумулятора. И здесь постоянный ток. Стартер получает питание от батареи с напряжением в 12 вольт, и в момент старта забирает от нее ток в десятки ампер.

После старта аккумулятор в автомобиле заряжается генератором, который вырабатывает переменный трехфазный ток, тут же выпрямляемый и подаваемый на клеммы аккумулятора. Переменным током аккумулятор не зарядишь.

А резервные источники питания? Если даже огромная электростанция встала из-за аварии, то и здесь дать старт турбогенераторам помогут вспомогательные аккумуляторы. И самые простые домашние источники бесперебойного питания компьютеров - тоже не обойдутся без аккумуляторов, дающих постоянный ток, из которого путем преобразования в инверторе получается ток переменный. А сигнальные лампы и - почти везде питается от аккумуляторов, то есть и здесь пригодился постоянный ток.

Подводная лодка - и та использует на борту постоянный ток для питания электродвигателя, вращающего гребной винт. Вращение турбогенератора на самых современных атомоходах хотя и достигается путем ядерных реакций, однако электроэнергия подается на двигатель в виде все того же постоянного тока. Это же касается и дизель-электрических субмарин.

И конечно, не только электровозы шахт, погрузчики или электрокары используют постоянный ток от аккумуляторов. Все электронные гаджеты, которые мы носим с собой, содержат литиевые аккумуляторы, которые выдают постоянное напряжение и заряжаются постоянным током от зарядных устройств. А если вспомнить радиосвязь, телевидение, радио- и теле- вещание, интернет и т. д. На самом деле выходит, что добрая часть всех устройств питается прямо или косвенно постоянным током от аккумуляторов.

Для решения проблемы ограниченности ископаемых видов топлива исследователи во всем мире работают над созданием и внедрением в эксплуатацию альтернативных источников энергии. И речь идет не только о всем известных ветряках и солнечных батареях. На смену газу и нефти может прийти энергия от водорослей, вулканов и человеческих шагов. Recycle выбрал десять самых интересных и экологически чистых энерго-источников будущего.

Джоули из турникетов

Тысячи людей каждый день проходят через турникеты при входе на железнодорожные станции. Сразу в нескольких исследовательских центрах мира появилась идея использовать поток людей в качестве инновационного генератора энергии. Японская компания East Japan Railway Company решила оснастить каждый турникет на железнодорожных станциях генераторами. Установка работает на вокзале в токийском районе Сибуя: в пол под турникетами встроены пьезоэлементы, которые производят электричество от давления и вибрации, которую они получают, когда люди наступают на них.

Другая технология «энерго-турникетов» уже используется в Китае и в Нидерландах. В этих странах инженеры решили использовать не эффект нажатия на пьезоэлементы, а эффект толкания ручек турникета или дверей-турникетов. Концепция голландской компании Boon Edam предполагает замену стандартных дверец при входе в торговые центры (которые обычно работают по системе фотоэлемента и сами начинают крутиться) на двери, которые посетитель должен толкать и таким образом производить электроэнергию.

В голландском центре Natuurcafe La Port такие двери-генераторы уже появились. Каждая из них производит около 4600 киловатт-час энергии в год, что на первый взгляд может показаться незначительным, но служит неплохим примером альтернативной технологии по выработке электричества.

Водоросли отапливают дома

Водоросли стали рассматриваться в качестве альтернативного источника энергии относительно недавно, но технология, по мнению экспертов, очень перспективна. Достаточно сказать, что с 1 гектара площади водной поверхности, занятой водорослями, в год можно получать 150 тысяч кубометров биогаза. Это приблизительно равно объёму газа, который выдает небольшая скважина, и достаточно для жизнедеятельности небольшого поселка.

Зеленые водоросли просты в содержании, быстро растут и представлены множеством видов, использующих энергию солнечного света для осуществления фотосинтеза. Всю биомассу, будь то сахара или жиры, можно превратить в биотопливо, чаще всего в биоэтанол и биодизельное топливо. Водоросли — идеальное эко-топливо, потому что растут в водной среде и не требуют земельных ресурсов, обладают высокой продуктивностью и не наносят ущерба окружающей среде.

По оценкам экономистов, к 2018 году глобальный оборот от переработки биомассы морских микроводорослей может составить около 100 млрд долларов. Уже существуют реализованные проекты на «водорослевом» топливе — например, 15-квартирный дом в немецком Гамбурге. Фасады дома покрыты 129 аквариумами с водорослями, служащими единственным источником энергии для отопления и кондиционирования здания, получившего название Bio Intelligent Quotient (BIQ) House.

«Лежачие полицейские» освещают улицы

Концепцию выработки электроэнергии при помощи так называемых «лежачих полицейских» начали реализовывать сначала в Великобритании, затем в Бахрейне, а скоро технология дойдет и до России. Все началось с того, что британский изобретатель Питер Хьюс создал «Генерирующую дорожную рампу» (Electro-Kinetic Road Ramp) для автомобильных дорог. Рампа представляет собой две металлические пластины, немного поднимающиеся над дорогой. Под пластинами заложен электрический генератор, который вырабатывает ток всякий раз, когда автомобиль проезжает через рампу.

В зависимости от веса машины рампа может вырабатывать от 5 до 50 киловатт в течение времени, пока автомобиль проезжает рампу. Такие рампы в качестве аккумуляторов способны питать электричеством светофоры и подсвечиваемые дорожные знаки. В Великобритании технология работает уже в нескольких городах. Способ начал распространяться и на другие страны — например, на маленький Бахрейн.

Самое удивительное, что нечто подобное можно будет увидеть и в России. Студент из Тюмени Альберт Бранд предложил такое же решение по уличному освещению на форуме «ВУЗПромЭкспо». По подсчетам разработчика, в день по «лежачим полицейским» в его городе проезжает от 1000 до 1500 машин. За один «наезд» автомобиля по оборудованному электрогенеретором «лежачему полицейскому» будет вырабатываться около 20 ватт электроэнергии, не наносящей вред окружающей среде.

Больше, чем просто футбол

Разработанный группой выпускников Гарварда, основателей компании Uncharted Play, мяч Soccket может за полчаса игры в футбол сгенерировать электроэнергию, которой будет достаточно, чтобы несколько часов подпитывать LED-лампу. Soccket называют экологически чистой альтернативой небезопасным источникам энергии, которые нередко используются жителями малоразвитых стран.

Принцип аккумулирования энергии мячом Soccket довольно прост: кинетическая энергия, образуемая от удара по мячу, передается крошечному механизму, похожему на маятник, который приводит в движение генератор. Генератор производит электроэнергию, которая накапливается в аккумуляторе. Сохраненная энергия может быть использована для питания любого небольшого электроприбора — например, настольной лампы со светодиодом.

Выходная мощность Soccket составляет шесть ватт. Генерирующий энергию мяч уже завоевал признание мирового сообщества: получил множество наград, был высоко оценен организацией Clinton Global Initiative, а также получил хвалебные отзывы на известной конференции TED.

Скрытая энергия вулканов

Одна из главных разработок в освоении вулканической энергии принадлежит американским исследователям из компаний-инициаторов AltaRock Energy и Davenport Newberry Holdings. «Испытуемым» стал спящий вулкан в штате Орегон. Соленая вода закачивается глубоко в горные породы, температура которых благодаря распаду имеющихся в коре планеты радиоактивных элементов и самой горячей мантии Земли очень высока. При нагреве вода превращается в пар, который подается в турбину, вырабатывающую электроэнергию.

На данный момент существуют лишь две небольшие действующие электростанции подобного типа - во Франции и в Германии. Если американская технология заработает, то, по оценке Геологической службы США, геотермальная энергия потенциально способна обеспечить 50% необходимого стране электричества (сегодня ее вклад составляет лишь 0,3%).

Другой способ использования вулканов для получения энергии предложили в 2009 году исландские исследователи. Рядом с вулканическими недрами они обнаружили подземный резервуар воды с аномально высокой температурой. Супер-горячая вода находится где-то на границе между жидкостью и газом и существует только при определенных температуре и давлении.

Ученые могли генерировать нечто подобное в лаборатории, но оказалось, что такая вода встречается и в природе — в недрах земли. Считается, что из воды «критической температуры» можно извлечь в десять раз больше энергии, чем из воды, доведенной до кипения классическим образом.

Энергия из тепла человека

Принцип термоэлектрических генераторов , работающих на разнице температур, известен давно. Но лишь несколько лет назад технологии стали позволять использовать в качестве источника энергии тепло человеческого тела. Группа исследователей из Корейского ведущего научно-технического института (KAIST) разработала генератор, встроенный в гибкую стеклянную пластинку.

Т акой гаджет позволит фитнес-браслетам подзаряжаться от тепла человеческой руки — например, в процессе бега, когда тело сильно нагревается и контрастирует с температурой окружающей среды. Корейский генератор размером 10 на 10 сантиметров может производить около 40 милливат энергии при температуре кожи в 31 градус Цельсия.

Похожую технологию взяла за основу молодая Энн Макосински, придумавшая фонарик, заряжающийся от разницы температур воздуха и человеческого тела. Эффект объясняется использованием четырех элементов Пельтье: их особенностью является способность вырабатывать электричество при нагреве с одной стороны и охлаждении с другой стороны.

В итоге фонарик Энн производит довольно яркий свет, но не требует батарей-акуумуляторов. Для его работы необходима лишь температурная разница всего в пять градусов между степенью нагрева ладони человека и температурой в комнате.

Шаги по «умной» тротуарной плитке

На любую точку одной из оживленных улиц приходится до 50000 шагов в день. Идея использовать пешеходный поток для полезного преобразования шагов в энергию была реализована в продукте, разработанном Лоуренсом Кемболл-Куком, директором британской Pavegen Systems Ltd. Инженер создал тротуарную плитку, генерирующую электроэнергию из кинетической энергии гуляющих пешеходов.

Устройство в инновационной плитке сделано из гибкого водонепроницаемого материала, который при нажатии прогибается примерно на пять миллиметров. Это, в свою очередь, создаёт энергию, которую механизм преобразует в электричество. Накопленные ватты либо сохраняются в литиевом полимерном аккумуляторе, либо сразу идут на освещение автобусных остановок, витрин магазинов и вывесок.

Сама плитка Pavegen считается абсолютно экологически чистой: ее корпус изготовлен из нержавеющей стали специального сорта и переработанного полимера с низким содержанием углерода. Верхняя поверхность изготовлена из использованных шин, благодаря этому плитка обладает прочностью и высокой устойчивостью к истиранию.

Во время проведения летней Олимпиады в Лондоне в 2012 году плитку установили на многих туристических улицах. За две недели удалось получить 20 миллионов джоулей энергии. Этого с избытком хватило для работы уличного освещения британской столицы.

Велосипед, заряжающий смартфоны

Чтобы подзарядить плеер, телефон или планшет, необязательно иметь под рукой розетку. Иногда достаточно лишь покрутить педали. Так, американская компания Cycle Atom выпустила в свет устройство, позволяющее заряжать внешний аккумулятор во время езды на велосипеде и впоследствии подзаряжать мобильные устройства.

Продукт, названный Siva Cycle Atom, представляет собой легкий велосипедный генератор с литиевым аккумулятором, предназначенным для питания практически любых мобильных устройств, имеющих порт USB. Такой мини-генератор может быть установлен на большинстве обычных велосипедных рам в течение считанных минут. Сам аккумулятор легко снимается для последующей подзарядки гаджетов. Пользователь занимается спортом и крутит педали — а спустя пару часов его смартфон уже заряжен на 100 поцентов.

Компания Nokia в свою очередь тоже представила широкой публике гаджет, присоединяемый к велосипеду и позволяющий переводить кручение педалей в способ получегия экологически безопасной энергии. Комплект Nokia Bicycle Charger Kit имеет динамо-машину, небольшой электрический генератор, который использует энергию от вращения колес велосипеда и подзаряжает ей телефон через стандартный двухмиллиметровый разъем, распространенный в большинстве телефонов Nokia.

Польза от сточных вод

Любой крупный город ежедневно сбрасывает в открытые водоемы гигантское количество сточных вод , загрязняющих экосистему. Казалось бы, отравленная нечистотами вода уже никому не может пригодиться, но это не так — ученые открыли способ создавать на ее основе топливные элементы.

Одним из пионеров идеи стал профессор Университета штата Пенсильвания Брюс Логан. Общая концепция весьма сложная для понмания неспециалиста и построена на двух столпах — применении бактериальных топливных ячеек и установке так называемого обратного электродиализа. Бактерии окисляют органическое вещество в сточных водах и производят в данном процессе электроны, создавая электрический ток.

Для производства электричества может использоваться почти любой тип органического отходного материала - не только сточные воды, но и отходы животноводства, а также побочные продукты производств в виноделии, пивоварении и молочной промышленности. Что касается обратного электродиализа, то здесь работают электрогенераторы, разделенные мембранами на ячейки и извлекающие энергию из разницы в солености двух смешивающихся потоков жидкости.

«Бумажная» энергия

Японский производитель электроники Sony разработал и представил на Токийской выставке экологически чистых продуктов био-генератор, способный производить электроэнергию из мелко нарезанной бумаги. Суть процесса заключается в следующем: для выделения целлюлозы (это длинная цепь сахара глюкозы, которая находится в зеленых растениях) необходим гофрированный картон.

Цепь разрывается с помощью ферментов, а образовавшаяся от этого глюкоза подвергается обработке другой группой ферментов, с помощью которых высвобождаются ионы водорода и свободные электроны. Электроны направляются через внешнюю цепь для выработки электроэнергии. Предполагается, что подобная установка в ходе переработки одного листа бумаги размером 210 на 297 мм может выработать около 18 Вт в час (примерно столько же энергии вырабатывают 6 батареек AA).

Метод является экологически чистым: важным достоинством такой «батарейки» является отсутствие металлов и вредных химических соединений. Хотя на данный момент технология еще далека от коммерциализации: электричества вырабатывается достаточно мало - его хватает лишь на питание небольших портативных гаджетов.

По десятку раз на дню, включая и выключая свет и пользуясь бытовой техникой, мы даже не задумываемся, откуда берется электричество и какова его природа. Понятно конечно, что по ЛЭП (линия электропередач ) оно поступает от ближайшей электростанции, но это весьма ограниченное представление об окружающем мире. А ведь если выработка электроэнергии во всем мире прекратится хотя бы на пару дней, количество погибших будет измеряться сотнями миллионов.

Как возникает ток?

Из курса физики мы знаем, что:

• Вся материя состоит из атомов, мельчайших частиц.
• По орбите вокруг ядра атома вращаются электроны, они имеют отрицательный заряд.
• В ядре располагаются положительно заряженные протоны.
• В норме эта система находится в состоянии равновесия.

А вот если хоть один атом потеряет всего один электрон:

1. Его заряд станет положительным.
2. Положительно заряженный атом начнет притягивать к себе электрон, из-за разности зарядов.
3. Чтобы получить для себя недостающий электрон, его придется «сорвать» с чьей-то орбиты.
4. В результате еще один атом станет положительно заряженным и все повторится, начиная с первого пункта.
5. Такая цикличность приведет к образованию электрической цепи и линейному распространению тока.

Так что с точки зрения ядерной физики все предельно просто, атом пытается получить то, чего ему больше всего не хватает и таким образом запускает начало реакции .

«Золотой век» электроэнергии

Под свои нужды человек приспособил законы Вселенной относительно недавно. А произошло это примерно два века назад, когда изобретатель по фамилии Вольт разработал первый аккумулятор, способный на длительное время сохранять заряд достаточной мощности.

Попытки использовать ток себе во благо имеют древнюю историю. Археологические раскопки показали, что еще в римских святилищах, а потом и в первых христианских храмах были кустарные «батарейки» из меди, которые давали минимальное напряжение. Такая система подключалась к алтарю или его оградке и как только верующий прикасался к сооружению, он тут же получал «божественную искру ». Скорее это изобретение одного умельца, чем повсеместная практика, но факт любопытный, в любом случае.

Двадцатый век стал периодом расцвета электроэнергии :

1. Появлялись не только новые виды генераторов и аккумуляторов, но и разрабатывались уникальные концепции добычи этой самой энергии.
2. Электрические приборы за несколько десятилетий плотно вошли в жизнь каждого человека на планете.
3. Не осталось стран, кроме наименее развитых, где не были бы построены электростанции и проведены линии электропередач .
4. Весь дальнейший прогресс опирался на возможности электричества и устройств, которые от него работают.
5. Эпоха компьютеризации сделала человека зависимым от тока, в прямом смысле этого слова.

Как получить электричество?

Представлять человека в виде наркомана, которому регулярно необходима «живительная доза электричества» немного наивно, но попробуйте полностью обесточить свое жилище и спокойно прожить хотя бы сутки. Отчаянье может заставить вспомнить оригинальные способы добычи тока. На практике это мало кому пригодится, но может кому-то пара Вольт спасет жизнь или поможет произвести впечатление на ребенка:

• Разрядившийся аккумулятор телефона можно потереть об одежду, подойдут джинсы или шерстяной свитер. Статического электричества надолго не хватит, но это уже хоть что-то.
• Если рядом есть морская вода , можно налить ее в две банки или стакана, соединить их медным проводом, предварительно обмотав его оба конца фольгой. Конечно для всего этого, помимо соленой воды, понадобятся еще емкости, медь и фольга. Не лучший вариант для экстремальных ситуаций.
• Куда реалистичнее наличие железного гвоздя и небольшого медного прибора. Два куска металла следует использовать как анод и катод - гвоздь в ближайшее дерево, медь в землю. Между ними натянуть любую нить, незамысловатая конструкция даст примерно один Вольт.
• Если использовать драгоценные металлы - золото и серебро, получится добиться большего напряжения.

Как экономить электричество?

У экономии электроэнергии могут быть разные причины - желание сохранить экологию, попытка уменьшить ежемесячные счета или что-то другое. Но способы всегда примерно одни:

Не всегда следует себя в чем-то сурово ограничивать, чтобы снизить расходы. Есть еще один неплохой совет - отключайте от сети все приборы, пока вы ими не пользуетесь .

Холодильник, естественно, не в счет. Даже находясь в «ждущем» режиме техника потребляет некоторое количество электричества. Но если хоть на секунду задуматься, то можно прийти к мысли, что почти все приборы большую часть суток вам не нужны. И все это время они продолжают сжигать ваше электричество .

Современные технологии тоже нацелены на то, чтобы снизить общий уровень потребления электроэнергии. Чего стоят хотя бы энергосберегающие лампочки , которые могут уменьшить расходы на освещение помещения, раз так в пять. Совет жить по «солнечным часам» может показаться диким и абсурдным, но уже давно доказано, что искусственное освещение повышает риск развития депрессии.

Как вырабатывается электричество?

Если углубляться в научные детали:

1. Ток появляется за счет потери атомом электрона.
2. Положительно заряженный атом притягивает к себе отрицательно заряженные частицы.
3. Происходит потеря другим атомом своих электронов с орбиты и история повторяется снова.
4. Это объясняет направленное движение тока и наличие вектора распространения.

А вообще электричество вырабатывается электростанциями . Там либо сжигают топливо, либо используют энергию расщепления атомов, а может даже пускают в ход природные стихии. Речь идет о солнечных батареях, ветряках и ГРЭС.

Полученную механическую или тепловую энергию, за счет генератора, переводят в ток. Он накапливается в аккумуляторах и по ЛЭП поступает в каждый дом.

Сегодня не обязательно знать, откуда берется электричество, чтобы пользоваться всеми благами, которое оно предоставляет. Люди уже давно отошли от первоначальной сути вещей и потихоньку начинают о ней забывать.

Видео: откуда поступает электричество к нам?

В этом видео наглядно будет показан путь электричества от электростанции до нас, откуда оно берется и как поступает в наш дом: