Даровые источники энергии

Как следует из определения, генераторы даровой энергии или даровые двигатели — это устройства, которым не требуется регулярная поставка топлива (хотя бы и бесплатного), — они преобразуют в удобную для использования форму энергию, автоматически извлекаемую ими из окружающей среды непосредственно в том месте, где они находятся. При этом за полученную от них энергию в соответствии с современным законодательством никому платить не надо, хотя естественно, что некоторые затраты на изготовление и обслуживание такого источника энергии неизбежны. Важнейшей чертой, отличающей их от «вечных двигателей», является то, что принцип работы этих устройств полностью объясним с точки зрения официальной науки, а значит, необходимые для их работы условия хорошо известны, как известны и способы блокировки их работы (то есть прерывания поступления первичной энергии). Часто подобные устройства называют «использующими возобновляемые источники энергии», однако «возобновлять» можно и бензин в баке... Определение «самовозобновляемые» более точно, но оно громоздко и не отражает самую привлекательную для потребителя черту таких устройств — бесплатность используемой ими первичной энергии. Поэтому термин «даровые» мне кажется более удобным и отвечающим сути дела — ведь по-настоящему свободным является источник энергии не только неисчерпаемый, но и обязательно не требующий регулярной оплаты.

Каковы наиболее распространённые источники даровой энергии? Прежде всего это практически повсеместно доступные Солнце и ветер. К сожалению, эффективность этих источников определяется погодой и временем года, а потому слабо предсказуема и крайне неравномерна даже в течении суток, не говоря уже о более длительных интервалах времени. По этой причине при их практическом использовании почти всегда приходится применять те или иные накопители энергии большой ёмкости, а это неизбежно удорожает как изготовление, так и обслуживание подобных установок. Текущая вода также является одним из древнейших источников даровой энергии, однако для её использования необходимо наличие ручья либо реки, и желательно с заметным уклоном русла, а это даже в местах, не обделённых водными ресурсами, встречается не на каждом шагу (про использование энергии океанских приливов я вообще не говорю — это доступно лишь жителям побережий, да и то не везде).

Есть и другие источники даровой энергии, но они, как правило, либо требуют весьма экзотических условий (скажем, наличия мощного источника геотермальных вод), либо сложны в реализации и имеют малую мощность (например, давно известны «вечные» часы, для завода которых используются перепады атмосферного давления при смене погоды, однако если попытаться вскипятить чайник на полученной таким образом энергии, то необходимые размеры устройства намного превысят все разумные пределы).

С точки зрения современного российского законодательства, использование даровых источников энергии для своих нужд является Вашим частным делом и никакой сертификации или лицензирования на это не требуется, — также, как при пользовании мобильными бензиновыми или дизельными электрогенераторами, — по крайней мере до тех пор, пока Вы не решите продавать избытки выработанной энергии другим. Но это не означает, что можно, скажем, перегораживать речку где заблагорассудится — в этом случае весьма вероятно скорое и неприятное знакомство с природоохранными органами по поводу «нарушения режима использования водного объекта» и «строительства в водоохранной зоне». К ветряку чиновникам придраться сложнее, но если это будет не маломощная «игрушка», а достаточно большое и заметное сооружение, то могут потребовать согласования с районным архитектором (а там, глядишь, подтянутся и СЭС с пожарниками и технадзором — конечно, не корысти ради, а для Вашего же блага). А вот солнечные батареи и коллекторы обычно практически не занимают дополнительного места, а стало быть, мало влияют на архитектурный облик объектов, на которых они установлены, и не загромождают территорию.

Даровая энергия сама по себе бесплатна. Но оборудование для её извлечения и преобразования, особенно если оно заводского изготовления, стоит немалых денег. К тому же, как и в любой системе, для успешной и эффективной работы параметры оборудования должны быть сбалансированы и соответствовать предполагаемому режиму использования. Поэтому, задумываясь о реальном применении даровой энергии, не следует рассчитывать на то, что эта затея окупится за год-другой.

Во-первых, эффективно отапливать дом площадью хотя бы в 100 квадратных метров в течение всей русской зимы с приемлемыми затратами на саму установку, её эксплуатацию и теплоизоляцию дома, не удастся никаким из рассмотренных здесь способов, — теоретически это возможно, но стоимость такого дома получится неоправданно высокой, причём в полной мере она будет «работать» лишь несколько дней в году, тогда как всё остальное время можно обойтись гораздо меньшей мощностью энергозатрат. Поэтому, если не забывать об экономике, то в пасмурные морозные безветренные зимние дни применение традиционного источника тепла (дрова, мазут, газ...) будет вполне разумным решением практически на всей территории России, а при условии очень хорошей теплоизоляции дома будет экономически оправдано даже временное подключение грелок к внешней электросети.

Во-вторых, в районах с развитыми электрическими и газовыми сетями текущие тарифы пока ещё делают централизованное энергоснабжение экономически более выгодным по сравнению с ориентацией на источники даровой энергии. Конечно, я имею в виду снабжение без существенных перебоев (аварийные отключения электричества длительностью не более пары дней, случающиеся примерно раз в год, не в счёт — они вполне успешно страхуются бензиновым генератором на 2 .. 5 кВт в комплекте с парой 20-литровых канистр топлива — на всё про всё вполне реально уложиться тысяч в 20 рублей). Но цены на установки для извлечения даровой энергии растут медленнее, чем энерготарифы, а то и вообще снижаются, так что даже при идеальных условиях энергоснабжения невыгодность даровой энергии всё время сокращается. А когда за подключение электричества запрашивают сотню-другую тысяч рублей или только за право подключения газа хотят полмиллиона (да ещё и ввод в дом от газовой магистрали обойдётся не в одну сотню тысяч), невольно возникает вопрос: «А не послать ли куда-нибудь подальше таких электриков и газовщиков с их аппетитами (а заодно и с неизбежным ростом тарифов в будущем, и с регулярными небесплатными поверками-переаттестациями оборудования), а эти деньги потратить на солнечные коллекторы или на тепловой насос?» На случай же особо сильных морозов можно подстраховаться обычной дровяной печкой либо котлом на солярке, активное использование которых в течении месяца-двух будет дешевле круглогодичного газового тарифа (в остальное время достаточно дарового тепла). Впрочем, за городом подстраховаться автономным отоплением нужно в любом случае — печальный опыт показывает, что именно в самые сильные морозы наиболее вероятны проблемы с централизованным электрическим и газовым энергоснабжением — как из-за перегрузок сетей, так и из-за чисто технических сбоев и аварий, вызванных аномально низкими температурами.

Теперь пара слов о моём отношении к разным типам источников даровой энергии, рассмотренным в этом разделе.

Ветряные двигатели. Эффективные конструкции, позволяющие получить практически полезную мощность (хотя бы 2..3 кВт) в течение достаточно долгого времени, обладают немалыми размерами и при сильном ветре испытывают очень большие нагрузки, а потому являются весьма непростыми с инженерной точки зрения и требуют высокого качества и тщательного контроля при изготовлении. Неудивительно, что они получаются весьма недёшевы. Кроме того, им надо не так уж мало свободного пространства, достаточно удалённого от мест постоянного пребывания людей, — это необходимо как с точки зрения звукового комфорта, так и для обеспечения физической безопасности (при шквалистом порыве ветра аварийное разрушение лопастей бешено вращающегося ветряка диаметром в несколько метров по своим последствиям может быть сравнимо со взрывом небольшого артиллерийского снаряда). Так что в индивидуальном порядке ветряк, способный полноценно обеспечить хозяйство энергией, может использовать разве что какой-нибудь фермер, выделив для него площадку на удалённом краю поля или пастбища. Кроме того, как и всем механическим конструкциям, работающим под открытым небом, ветряку необходимо регулярное техническое обслуживание. По этим причинам я не считаю достаточно мощные ветрогенераторы (от 5 кВт и более) подходящими для индивидуального использования, за исключением удалённых хуторов в ветреной местности. В то же время усреднённая выработка энергии менее мощными ветроустановками в большинстве случае недостаточна даже для повседневных потребностей среднего загородного домохозяйства. Однако в приполярной зоне зимой энергия ветра является единственным доступным видом даровой энергии, поскольку Солнце над горизонтом не поднимается или показывается лишь на считанные минуты, да и ветры в тундре посильнее, чем в средней полосе, — и потому здесь ветряки вне конкуренции.

Тепловые насосы. Позволяют в два-четыре раза снизить затраты на отопление по сравнению с обычными нагревательными приборами, но для работы им обязательно требуется внешний источник электрической, механической или интенсивной тепловой энергии, и при его отсутствии они совершенно бесполезны. «На выходе» вырабатывают только относительно низкотемпературное тепло (как правило, в диапазоне 30–70°С), получить из которого механическую работу или свет можно лишь с помощью сложных и абсолютно неэффективных ухищрений. С понижением уличной температуры эффективность работы тепловых насосов резко снижается, а при температуре –15°С и ниже практически все подобные системы, основанные на отборе тепла у внешнего воздуха, становятся неработоспособными. Возможен отбор тепла из глубины грунта, где температура всегда положительна (кроме зон вечной мерзлоты), но стоимость системы такого теплоотбора достаточной мощности — обычно это десятки киловатт — может многократно превысить стоимость самого теплового насоса. Поэтому единственным недорогим надёжным источником «холодного тепла» для тепловых насосов в зимний период являются реки и другие достаточно крупные водоёмы, никогда не промерзающие до дна, — а это резко ограничивает круг тех, кто может рассчитывать на круглогодичный обогрев таким способом. Как и обычные кондиционеры, тепловые насосы при работе неизбежно шумят, хотя и не сильно. Как и кондиционеры, они имеют весьма сложную конструкцию, а потому недёшевы и требуют регулярного технического обслуживания (правда, их ближайшие родственники — бытовые холодильники — нередко десятилетиями работают без какого-либо обслуживания, но они имеют существенно меньшую мощность и находятся в более комфортных условиях, а их компрессоры работают не непрерывно, а в коротко-периодическом режиме). На мой взгляд, в большинстве регионов России тепловые насосы, отбирающие тепло из воздуха (они же кондиционеры с инверсным режимом), могут использоваться в качестве основного источника тепла лишь в летние похолодания и в межсезонье, если же отбирать тепло из глубины грунта или водоёма, то тепловой насос можно использовать весь холодный сезон, но создание геотермального поля (т.е. системы отбора грунтового тепла) в разы увеличивает стоимость и без того недешёвого решения. Будет ли оправдано это экономически, каждый должен решить сам, просчитав все варианты с учётом своих конкретных условий, и, прежде всего, определив источник и оценив затраты энергии для привода теплового насоса.

Солнечные установки. Они не имеют движущихся частей (за исключением вентиляторов или насосов систем охлаждения и циркуляции, если таковые вообще предусмотрены конструкцией), а потому практически безшумны и обладают высокой надёжностью в сочетании с нетребовательностью к обслуживанию. И хотя солнечные установки и занимают немалую площадь, но обычно имеют малую толщину и могут быть установлены на уже имеющихся наклонных и вертикальных поверхностях, то есть на скатах крыши и стенах. Поэтому если их применение закладывается на стадии проектирования дома, то почти всегда можно разместить их так, чтобы они вообще не занимали дополнительного места, не требовали обслуживания в течение длительного времени и не искажали задуманный архитектором облик здания. Более того, солнечные батареи и коллекторы часто удаётся не менее удачно «вписать» и на уже существующих строениях. Главных недостатков у них два — весьма высокая цена и низкая эффективность в пасмурную погоду и в зимнее время. Однако при внимательном рассмотрении цена оказывается вполне сравнимой с ценой ветрогенераторов, аналогичных им по реальной повседневной мощности (если, конечно, не собирать ветряк из первых попавшихся под руку железяк со свалки, а должным образом задуматься о его надёжности и безопасности). Со вторым недостатком сложнее, но современные солнечные батареи и коллекторы способны кое-что уловить даже в пасмурные дни, а как уже говорилось, при ориентации на любой источник даровой энергии на большей части территории России зимой экономически оправдано периодическое использование традиционных источников тепла.

С учётом всего вышесказанного, южнее 60-й широты, на мой взгляд, именно солнечные установки являются наилучшим выбором индивидуального источника даровой энергии на участках земли, площадь которых не превышает одного-двух гектаров, в том числе и на «шести сотках». И лишь на больших пространствах в ветреных местах (и в приполярной зоне) ветрогенераторы мощностью более 5 кВт могут оказаться предпочтительнее солнечных установок, хотя и в этом случае солнечные батареи будут их эффективно дополнять — ведь солнечная погода нередко сопровождается штилем и, наоборот, пасмурная погода часто приходит вместе с сильным ветром. Тепловые насосы могут быть интересны в южных районах с их относительно коротким холодным периодом и достаточно высокими температурами грунта, а также для тех, кто живёт на берегах крупных непромерзающих водоёмов и рек.