Введение

Маломасштабное производство тепла и электроэнергии

Микрогенерация – это мелкомасштабное производство тепла или электроэнергии из "низкоуглеродного источника" как альтернатива или дополнение к традиционной централизованной электросети. Технологии микрогенерации включают в себя небольшие ветряные турбины, микрогидроэлектростанции, солнечные фотоэлектрические системы, микробные топливные элементы, тепловые насосы с использованием энергии земли и установки микрокогенерации. Эти технологии часто объединяют для создания гибридного энергетического решения, которое может обеспечивать более высокую производительность и сниженную стоимость по сравнению с системой, основанной на одном генераторе.

История

В Соединенных Штатах микрогенерация берет свое начало в нефтяном кризисе 1973 года и войне Йом-Киппур, которые стимулировали инновации. 20 июня 1979 года на крыше Белого дома были установлены 32 солнечные панели. Эти солнечные элементы были демонтированы через 7 лет, во время администрации Рейгана. Использование солнечного водонагрева датируется периодом до 1900 года, а "первый практичный солнечный элемент был разработан Bell Labs в 1954 году". Университету Делавера приписывают создание одного из первых зданий, использующих солнечную энергию, – “Solar One” в 1973 году. Строительство работало на комбинации солнечной тепловой и солнечной фотоэлектрической энергии. В здании не использовались солнечные панели; вместо этого солнечная энергия была интегрирована в крышу.

Электростанция

В дополнение к электростанции (например, ветряной турбине и солнечной панели), как правило, требуется и/или предусматривается инфраструктура для накопления и преобразования энергии, а также подключение к общественной электросети. Хотя подключение к общественной электросети и не является обязательным, оно способствует снижению затрат благодаря возможности участия в схемах финансовой компенсации. Однако в развивающихся странах первоначальная стоимость этого оборудования обычно слишком высока, что не оставляет иного выбора, кроме как использовать альтернативные решения.

Вибро-ветровая энергия

Разрабатывается новая технология использования энергии ветра, преобразующая энергию ветровых вибраций в электричество. Эта технология, получившая название Vibro Wind, способна использовать ветры меньшей силы, чем традиционные ветряные турбины, и может быть установлена практически в любом месте. Прототип представлял собой панель, оснащенную осцилляторами из кусков пены. Преобразование механической энергии в электрическую осуществляется с помощью пьезоэлектрического преобразователя – устройства из керамики или полимера, которое генерирует электрический ток при деформации. Руководил созданием этого прототипа Фрэнсис Мун, профессор машиностроения и аэрокосмической инженерии Корнелльского университета. Исследования Муна в области технологии Vibro Wind финансировались Центром Аткинсона по вопросам устойчивого развития при Корнелльском университете. Технология Vibro Wind пока не является коммерчески выгодной и находится на начальной стадии разработки. Для ее коммерциализации потребуется значительный прогресс.

Расходы

В зависимости от выбранной конфигурации (схема финансовой компенсации, электростанция, дополнительное оборудование) цены могут варьироваться. По данным Practical Action, микрогенерация в домашних условиях с использованием новейших энергосберегающих технологий (кабельные жгуты, готовые панели, недорогие самодельные электростанции, например, ветряные турбины, изготовленные своими руками) может быть очень экономичной. Фактически, Practical Action отмечает, что многие домохозяйства в сельскохозяйственных районах развивающихся стран тратят на электроэнергию менее 1 доллара в месяц. Однако, если реализация ведется менее экономично (с использованием более коммерческих систем и подходов), затраты значительно возрастут. В большинстве случаев, тем не менее, микрогенерация на возобновляемых источниках энергии все равно обеспечивает финансовую выгоду, часто в диапазоне 50–90%, поскольку местное производство исключает потери электроэнергии при транспортировке по линиям электропередач на большие расстояния и потери энергии из-за эффекта Джоуля в трансформаторах, где в среднем теряется 8–15% энергии. В Великобритании правительство предоставляет как гранты, так и тарифы за обратную поставку электроэнергии в сеть, чтобы помочь предприятиям, общинам и частным домовладениям установить эти технологии. Предприятия могут списать полную стоимость установки на налогооблагаемую прибыль, а домовладельцы получают фиксированную субсидию или выплаты за каждый кВт⋅ч произведенной электроэнергии, возвращаемой в национальную сеть. Общественные организации также могут получить гранты в размере до 200 000 фунтов стерлингов. В Великобритании схема сертификации микрогенерации обеспечивает одобрение установщиков и продукции для микрогенерации, что является обязательным требованием для получения финансирования по таким схемам, как «Тарифы за обратную поставку» и «Стимулирование использования возобновляемых источников тепла».

Паритет сети

Паритет с сетью (или паритет по розетке) наступает, когда альтернативный источник энергии способен генерировать электроэнергию по приведенной стоимости электроэнергии (LCOE), которая меньше или равна цене электроэнергии, приобретаемой из электросети. Достижение паритета с сетью считается точкой, в которой источник энергии становится конкурентоспособным для широкого распространения без субсидий или государственной поддержки. Широко распространено мнение, что масштабный переход к этим видам энергии произойдет, когда они достигнут паритета с сетью. Паритет с сетью был достигнут в некоторых регионах для наземной ветроэнергетики примерно в 2000 году, а для солнечной энергии – впервые в Испании в 2013 году.

Внутренняя самодостаточность

Микрогенерация может быть интегрирована в качестве части самодостаточного дома и обычно дополняется другими технологиями, такими как системы домашнего производства продуктов питания (пермакультура и агроэкосистема), сбор дождевой воды, компостирующие туалеты или даже полные системы очистки серых вод. К технологиям микрогенерации относятся: фотоэлектрические солнечные системы, малые ветровые турбины, микрокогенерационные установки, биодизель и биогаз. Частная генерация децентрализует производство электроэнергии и может также централизовать объединение избыточной энергии. Хотя их необходимо приобретать, доступны как солнечные панели, так и солнечная черепица. Капитальные затраты высоки, но в долгосрочной перспективе обеспечивают экономию. При соответствующем преобразовании энергии солнечные фотоэлектрические панели могут питать те же электрические приборы, что и электроэнергия из других источников. Пассивный солнечный нагрев воды – еще один эффективный способ использования солнечной энергии. Самый простой способ – солнечный (или черный пластиковый) мешок. Разместите его на солнце и дайте нагреться. Идеально подходит для быстрого теплого душа. Нагреватель типа «breadbox» (хлебница) можно легко построить из переработанных материалов и имея базовые навыки строительства. Он состоит из одного или нескольких черных резервуаров, установленных внутри прочного ящика, изолированного снизу и по бокам. Крышка, горизонтальная или наклоненная для максимального поглощения солнечного света, должна быть герметичной и изготовлена из прозрачного материала (стекло, стекловолокно или термостойкий пластик). Холодная вода поступает в резервуар снизу, нагревается и поднимается вверх, откуда по трубам возвращается в дом. В ряде стран, включая США, существуют законы, разрешающие продавать электроэнергию, произведенную микрогенерацией, в национальную электросеть.

Альберта, Канада

В январе 2009 года вступило в силу постановление правительства провинции Альберта о микрогенерации, определяющее правила, позволяющие жителям Альберты производить собственную экологически чистую электроэнергию и получать компенсацию за излишки, поставляемые в электросеть.

Польша

В декабре 2014 года польское правительство проголосует за законопроект, предусматривающий развитие микрогенерации, а также строительство крупномасштабных ветровых электростанций в Балтийском море как решение для сокращения выбросов от угольных электростанций страны и снижения зависимости Польши от российского газа. В соответствии с условиями нового законопроекта, частные лица и малые предприятия, производящие до 40 кВт "зеленой" энергии, будут получать 100% рыночной цены за электроэнергию, поставляемую в сеть, а компании, строящие крупномасштабные морские ветровые электростанции в Балтийском море, смогут претендовать на государственные субсидии. Затраты на реализацию этих мер будут компенсированы за счет введения нового налога на использование неустойчивых источников энергии.

Соединенные Штаты

Соединенные Штаты характеризуются непоследовательной энергетической политикой в своих 50 штатах. Энергетическая политика и законодательство штатов могут существенно различаться в зависимости от местоположения. Некоторые штаты установили для энергоснабжающих компаний обязательные требования по доле электроэнергии, вырабатываемой из возобновляемых источников. К таким источникам относятся ветровая, гидро- и солнечная энергия, как от крупных, так и от микрогенерационных установок. Более того, в отдельных регионах энергокомпаниям для выполнения этих требований необходимы передаваемые кредиты за "энергию, полученную из возобновляемых источников". В результате, в некоторых частях Соединенных Штатов энергокомпании оплачивают часть стоимости проектов микрогенерации, использующих возобновляемые источники, в зонах своего обслуживания. Эти субсидии предоставляются в дополнение к любым федеральным или региональным налоговым льготам на доходы от возобновляемой энергии, которые могут быть применимы. В других регионах размер таких субсидий может отличаться или они могут быть недоступны.

Великобритания

Правительство Великобритании опубликовало свою Стратегию микрогенерации в марте 2006 года, однако многие обозреватели сочли ее разочаровывающей. В отличие от нее, Закон об изменении климата и устойчивой энергетике 2006 года был воспринят как позитивный шаг. Для замены действовавших ранее схем, в апреле 2006 года Министерство торговли и промышленности (DTI) запустило Программу низкоуглеродных зданий, предоставлявшую гранты частным лицам, общинам и предприятиям, желающим инвестировать в технологии микрогенерации. Эти схемы, в свою очередь, были заменены новыми предложениями Департамента энергетики и изменения климата (DECC) о возврате средств за чистую энергию посредством тарифов на подключение к сети (Feed-In Tariffs) для электроэнергии, начиная с апреля 2010 года, и Стимулов для производства возобновляемого тепла, начиная с 28 ноября 2011 года. Тарифы на подключение к сети предназначены для стимулирования маломасштабной (менее 5 МВт) генерации электроэнергии с низким уровнем выбросов углерода. Эти тарифы действуют совместно с Обязательством по возобновляемым источникам энергии (RO), которое останется основным механизмом стимулирования развертывания крупномасштабной генерации электроэнергии из возобновляемых источников. Стимул для производства возобновляемого тепла (RHI) призван стимулировать производство тепла из возобновляемых источников. В настоящее время также предлагается до 21 пенса за кВт-ч с декабря 2011 года по тарифу для фотоэлектрических установок, плюс еще 3 пенса по экспортному тарифу – общая сумма, которая может позволить домохозяйству вернуть сумму, вдвое превышающую текущие расходы на электроэнергию. 31 октября 2011 года правительство объявило о внезапном снижении тарифа на подключение к сети с 43,3 п/кВт-ч до 21 п/кВт-ч, при этом новый тариф будет применяться ко всем новым солнечным фотоэлектрическим установкам с датой соответствия 12 декабря 2011 года или позднее. Среди известных британских политиков, объявивших об установке микрогенерационных установок в своих домах, – лидер Консервативной партии Дэвид Кэмерон и министр по науке и инновациям Малкольм Уикс. Эти планы включали небольшие ветряные турбины для частного использования. Кэмерона, до того как стать премьер-министром на всеобщих выборах 2010 года, спросили во время интервью на BBC One в программе "The Politics Show" 29 октября 2006 года, сделает ли он то же самое, если попадет в резиденцию на Даунинг-стрит, 10. "Если они мне это позволят, да", – ответил он. В отчете о предварительном бюджете за декабрь 2006 года правительство объявило, что продажа избыточной электроэнергии, произведенной установками, предназначенными для личного использования, не будет облагаться подоходным налогом. Соответствующее законодательство было включено в Финансовый законопроект 2007 года.

В популярной культуре

Несколько фильмов и телешоу, таких как "Побережье комаров", "Джерихо", "Машина времени" и "Семейный Робинзон из Беверли-Хиллз", значительно повысили интерес к микрогенерации среди широкой публики. Сайты, такие как Instructables и Practical Action, предлагают решения для самостоятельной реализации (DIY), которые могут снизить стоимость микрогенерации и, таким образом, повысить её популярность. Специализированные журналы, такие как OtherPower и Home Power, также предоставляют практические советы и руководство.