Пока я далек от идеи жить в "коммунальном" РП, но задача эффективного и экологичного энергоснабжения для своего дома мне близка...
Главная идея, ИМХО, в такой "наноэнергетике" должна быть НЕОБСЛУЖИВАЕМОСТЬ. Плюс независимость от внешнего (по отношению к дому/поместью) топлива.
С этой точки зрения газовая турбина, например, - мягко говоря, неоптимальна... Принципиальной разницы нет: зависеть от Чубайса и его цены на квт/ч или от "Газпрома" с его ценой за кубометр газа. Ну, понятно, что есть мелкие отличия: например, с газом возни побольше, а экологии на месте меньше, чем с готовым электричеством. (Не всех радует шум и выхлопы, необходимость возиться с турбиной, своей электро- и тепло- сетями, нестабильность частоты и напряжение в моменты пиковых нагрузок... о стоимости газопровода мы вообще скромно умолчим).
Но погоды это не делает.
Мне кажется, у меня есть некое решение... Сейчас проходят испытания частей на практике, но результаты, в общем, пока вполне совместимы с моими неслабыми ожиданиями.
Обычные солнечные коллекторы.
Частично - для отопления (это основная часть энергопотребления), частично - для электроснабжения.
Сейчас я его буду легонько так пропагандировать, но рекламой это не считается, поскольку никакого масштабного производства у меня нет, и нет запрета каждому идти своими трудными тропами... хотя и с учетом указанного направления.
Прошу воспринимать это не как некое готовое решение, а как предложение подумать вместе в этом направлении.
Сначала в общем и об отоплении.
Всем знаком факт, что черный бак с водой греется на солнце. При температуре воздуха градусов этак 25 в хороший летний солнечный день вода легко нагревается до 50-60. Проблема только в том, что тепло больше нужно зимой, а энергия - вообще круглогодично.
Нормальный коллектор имеет теплоизоляцию от внешней среды - стекло. Это сокращает бесполезный расход тепла и догоняет разницу с воздухом до 60-70 градусов (при потоке в 1 киловатт/м2). Заполнение промежутка тяжелым газом (дешевый аргон) увеличивает разницу еще на 5-7 градусов. Вместо стекла - стеклопакет и разница уже 80-90 градусов.
Дальше становится заметным радиационный теплоотвод, поэтому на поглощающую поверхность наносится селективное покрытие (максимум поглощения в спектре солнца и минимум излучения АЧТ при 100-300С). Я использовал оксид меди, это где-то 0.94 поглощение и (у меня получилось) 0.12 коэфициент серости. Это не есть оптимум (хром лучше), но оксид меди хорош при кустарной технологии... Вакуумное напыление на метровые поверхности - это не наколенная технология, а ваткой поелозить может каждый.
С другой стороны коллектор теплоизолируется. У меня закрыт листом обычного строительного пенопласта (75 рублей за квадрат листа 7см толщиной).
В итоге: сейчас на улице 10 градусов ниже нуля, днем солнечный поток был около 310Вт/м (солнце очень низко). Температура в бачке - обычная пластиковая канистра из-под воды в пенопластовой коробке - 50 градусов.
Отвод тепла от антифриза (вода+спирт) в воду - тепловой трубкой (впаянная в канистру полиэтиленовая трубка 30мм, теплоноситель - пентан). Это дает "одностороннюю" теплопроводность: тепло идет очень хорошо от антифриза к воде и очень плохо наоборот.
Прикидки дают, что сейчас при -10С снаружи и +50С внутри КПД системы почти 40%(!). ИМХО, неплохо для самоделки. Летом (если в баке будет та же температура) это будет все 90 с хвостиком. Все изготавливалось, подчеркиваю, лично и из доступных материалов, без всяких суперстанков. Квадратный метр (без учета моей работы) мне обошелся в 250 рублей.
Особая прелесть системы в том, что коллектор может быть одновременно и материалом же крыши, это идеальная теплоизоляция, гидроизоляция стыков панелей при правильном подходе сложностей вызывать не должна (впрочем, все равно это не должно быть единственным слоем гидроизоляции).
Стекло, если его не бить, - материал очень долговечный. Единственная неприятность, которая с ним может быть связана - оно понемногу течет, стекла, которые стоят в окнах по 50-60 лет заметно меняют толщину по высоте. Но и это решаемо. Сами теплообменники в атмосфере аргона (или сухого азота) износу не подвержены... Остается только тепло- и гидро- изоляция второго уровня, остальное - инвестиция на добрую сотню лет.
Крышу все равно делать нужно. Нужно ее делать хорошо и надолго. Так почему бы ее сразу не сделать лишь _чуть_ дороже (стоимость - см. выше, это _реальная_ моя итоговая стоимость коллектора без учета труда), но такой, чтобы она давала дому энергию?
Идеальное отопление дома - теплый пол. Оно идеально со всех точек зрения - нет "неправильных" и лишних конвекционных потоков, в воздух не поднимается пыль (как не убирай, все равно будет), вся комната прогрета равномерно и хорошо, можно регулировать температуру в каждой комнате отдельно простой регулирокой потока воды (хошь просто рукой кран верти, а хошь - довольно дешевым автоматом)... Наконец, это просто ОЧЕНЬ приятно и удобно. После того как я попробовал теплый пол в душе и сортире, я осознал: остальные виды отопления - глубокий сон разума.
Кроме того, у теплого пола есть одно принципиальное для нас тут обстоятельство: большая площадь теплообмена означает при той же мощности меньшую температуру теплоносителя, а тепло низкого потенциала - дешевле. Обычно в теплых полах используют 30-40С (в батареях центрального отопления - 55-80С).
Коллектор даже зимой обеспечивает нагрев теплоносителя _выше_ нужной температуры.
Запомним этот момент.
Теперь расчет.
В наших широтах на 1м2 в среднем (с учетом времени суток, облаков, дождей, туманов, пыли, снега и сезонов) падает около 1000квт*ч на квадратный метр (табличка для желающих высмотреть свои условия -
http://solar-battery.narod.ru/meteo.htm).
(Это - почти в два раза больше, чем полагается по
старым советским нормам на отопление квадратного метра в панельном серийном доме
на 90 дней 30-ти градусного мороза подряд... хотя к делу это относится мало... так, для осознания масштаба цифирей).
Из них - 70 приходятся на зиму, в худший месяц около 15.
Если наш дом 10х10м и вся площадь крыши - 100м2 - покрыта описаными мною коллекторами, она поставляет нам от 600 (декабрь) до 15000 (май-июнь-июль) квт*ч в месяц тепла. Допустим, полная отапливаемая площадь 100м2, остальное - подсобки, гараж/мастерская и пр. нежилые помещения (плюсовая температура будет держаться и там, конечно). Предположим, что жилые помещения теплоизолированы от нежилых и нежилые расположены по периметру. Предположим также, что дом достаточно хорошо утеплен.
Тогда за декабрь при _средней_ (местами оно будет опускаться ниже, конечно, но нас интересуют именно _средние_ за месяц значения) температуре -10С и температуре внутри +20С мы должны потратить как минимум 3200квт*ч. Это довольно низкие средние, я беру их для своей местности, для каждого конкретного случая надо пересчитывать.
Итого, в декабре (худший месяц) нам нужно дополнительно 3200-600 = 2400квт*ч. Но 600 мы сэкономили.
Тогда (я делаю расчет для моих условий, средние температуры в каждой местности свои) дефицитными будут:
* ноябрь -- 200 квт*ч (1100 сэкономлено)
* декабрь -- 2600 квт*ч (600 сэкономлено)
* январь -- 2500 квт*ч (900 сэкономлено)
* февраль -- 1200 квт*ч (1200 сэкономлено)
Восемь месяцев в году в довольно суровом климате мы имеем положительный энергобаланс и топить не надо _вообще_. Кстати говоря, горячую воду (душ, легкое мытье посуды даже без средств и прочие блага цивилизации) мы имеем по умолчанию и без затрат физической и нервной энергии. А это много чего стоит.
Для мытья-то баню растопить можно... а вот только для мытья летом посуды - вряа-ад ли кто будет топить печь.
Учитывая, что изнеженый городской человек в месяц изводит на ванны, стрирку и пр. около куба горячей воды, отнимите из месячного энергобаланса (число_человек+1)*70квт*ч. Это если ни в чем себя особо не ограничивать и воду выкидывать без попыток рекуперации.
Суммарная экономия за год составит что-то около 10000квт*ч. Или в пересчете на дрова: около 2.5тонн дров. За долгую суровую зиму (и вовсе не жаркую позднюю осень) на отопление большого дома мы потратим что-то около полутора тонн дров.
Чем меньше дом, чем лучше утеплен, тем ближе к нулю вторая цифра. Так как тепло поступающее от солнца примерно постоянно, доля его растет очень быстро, зависимость нелинейная.
Но 2.5 тонны дров в год -- вещь, за которую стоит побороться. Даже если пофиг экология и свой лес, эти две тонны нужно еще срубить, притащить, наколоть и сложить. А растопка печи - тоже дело требующее некоторых своевременных телодвижений и внимания.
В принципе, религия нам не запрещает ставить коллекторы и вне крыши, и теоретически можно довести степень обеспечения солнечным теплом хоть до 100% круглогодично. Практически, сомневаюсь, чтобы в этом был смысл.
Вторая часть энергосистемы - все равно печь. Причем, лучше бы не зависеть по топливу, поэтому печь для твердого топлива (лучше каталитическая, конечно), с возможностью нагрева воды. Такие штуки делаются в России, стоят очень недорого, компактны, использовать - однозначно стоит.
Плюс - хорошо теплоизолированый бак-аккумулятор для горячей воды.
Все это вместе позволит иметь в каждой комнате наиболее комфотную температуру без градиентов и перепадов во времени. С простейшей автоматикой (хоть покупной, хоть самодельной; чай, контроллер напаять и запрограммить несложно) можно добиться уровня комфорта, которому сейчас позавидуют процентов этак 95 аселения России.
Теперь - электричество.
7-8 месяцев в году теплоноситель в системе должен прогреваться до 90-100 градусов (может и выше, но это сложно по конструкционным соображениям), и это тепло нам избыточно. Горячая вода - 60С, больше не нужно по бытовым и гигиеническим соображениям (нафиг надо обвариваться?). Для обогрева помещения нам требуется 30 градусов, а летом все нарабатываемое тепло мы должны сбрасывать на улицу, скорее всего - в водоем с температурой 20-25 градусов (кстати, побочный эффект - в мае можно будет уже нормально купаться).
Отсюда -- 7-8 месяцев в году имеем перепад почти в 70С. Теоретический КПД такого ТД-источника - 20%. Практически самодельные стирлинги имеют до 10-20% КПД от КПД источника, что дает 2-4% общего КПД. Промышленные машины могут иметь до 60-70%, но практика показывает, что даже до 10% добираются не все любители и не с первого раза. Для максимального использования энергии стирлинг и генератор должны быть мощностью около 200 ватт, чем больше - тем лучше, хотя на пиковую мощность они будут работать далеко не полные сутки. 200-500ватт - это мощность по силам самодельщикам, да и готовые изделия очень доступны (кроме сирлинга, конечно).
Нужно учесть инерционность машины и КПД генератора + преобразователь-стабилизатор-аккумулятор, это все даст в итоге еще один множитель от 0.4 до 0.7.
Пробная машинка мощностью около полватта (механических) показывает, что все это вполне возможно.
С учетом всего этого, в мае-июне-июле в среднем мы получим от солнца готовые к использованию около 300квт*ч. В остальные месяцы -- соответственно потоку.
Разумеется, тепло от печи должно перед нагревом воды теплоснабжения отработать в преобразователе... Это компенсирует недостаток солнечной энергии осенью-зимой.
Такая система (колекторы-печь-стирлинги-аккумулятор) должна покрыть 100% потребность в тепле и горячей воде и в электричестве - до 100% летом (в среднем - 40%) и до 30% зимой (в среднем - около 20%).
Основная проблема такой (и любой солнечной/ветренной/негарантированной) системы - в аккумуляции. Из-за ограниченной емкости аккумуляторов (типичный автомобильный - 0.7квт*ч, но лучше б его так не разряжать) теряется бОльшая часть энергии, т.к., если ты ее не потребил, она пропала. Например, при емкости аккумулятора 40квт*ч и месячном потреблении 200квт*ч такая система должна обеспечивать полные 100% энергии круглый год.
Так что с автомобильным аккумом без дополнительного и независимого от солнца источника не обойтись (если, конечно, не урезать радикально потребление, отказаться от компутера и готовки на электричестве и пр.).
Выходом - техническим! - могло бы стать "объединение энергосистем" в пределах деревни/поселка, но организационные сложности, ИМХО, ставят на этой мысли крест.
Примерно так.
Извиняюсь, что длинно. Наболело.
