Poza siecią - Off-the-grid

W przypadku innych zastosowań zobacz Poza siatką (ujednoznacznienie) .

Off-the-grid lub off-grid to cecha charakterystyczna budynków i stylu życia zaprojektowanego w sposób niezależny, bez polegania na jednej lub więcej użyteczności publicznej . Termin „poza siecią” tradycyjnie odnosi się do braku podłączenia do sieci elektrycznej , ale może również obejmować inne media, takie jak systemy wodociągowe, gazowe i kanalizacyjne, i może być skalowany od domów mieszkalnych po małe społeczności. Życie poza siecią pozwala budynkom i ludziom na samowystarczalność, co jest korzystne w odizolowanych lokalizacjach, do których zwykłe media nie mogą dotrzeć, i jest atrakcyjne dla tych, którzy chcą zmniejszyć wpływ na środowisko i koszty życia. Ogólnie rzecz biorąc, budynek poza siecią musi być w stanie sam dostarczać energię i wodę pitną, a także zarządzać żywnością, odpadami i ściekami.

Rozwiązania energetyczne

Energia do produkcji energii elektrycznej i ogrzewania może być wytwarzana na miejscu z odnawialnych źródeł energii , takich jak energia słoneczna (szczególnie fotowoltaika ), wiatr lub mikrohydro . Dodatkowe formy energii obejmują biomasę, zwykle w postaci drewna, odpadów i paliw alkoholowych oraz energię geotermalną, która wykorzystuje różnice temperatur pod ziemią w stosunku do zwykłego powietrza wewnątrz budynków. Jest możliwe, aby po prostu wyeliminować energii elektrycznej takich jak Old Order Amish i Old Order mennonickich społecznościach.

Energia elektryczna

Budynki podłączone do sieci otrzymują energię elektryczną z elektrowni, które wykorzystują głównie zasoby naturalne, takie jak węgiel i gaz ziemny, jako energię do konwersji na energię elektryczną. Podział światowych źródeł energii w 2017 r. pokazuje, że świat, głównie zależny od energii z sieci, wykorzystuje większość nieodnawialnych źródeł energii, podczas gdy popularne odnawialne źródła energii, takie jak fotowoltaika i energia wiatrowa, stanowią niewielką część. Poza siecią, na przykład w Afryce, gdzie 55% ludzi nie ma dostępu do elektryczności, budynki i domy muszą korzystać z otaczających ich źródeł energii odnawialnej, ponieważ jest ona najbardziej obfita i pozwala na samowystarczalność.

Fotowoltaika słoneczna

Fotowoltaika słoneczna (PV), która wykorzystuje energię słoneczną, jest jednym z najpopularniejszych rozwiązań energetycznych dla budynków off-grid. Panele fotowoltaiczne (panele słoneczne) umożliwiają przekształcanie energii słonecznej w energię elektryczną. PV zależy od promieniowania słonecznego i temperatury otoczenia. Inne komponenty potrzebne w systemie fotowoltaicznym obejmują kontrolery ładowania, falowniki i elementy sterujące do szybkiego wyłączania. Systemy te dają zakładom poza siecią możliwość generowania energii bez podłączenia do sieci. Co kwartał Bloomberg New Energy Finance ocenia producentów pod kątem ich rzeczywistych projektów w poprzednim kwartale i publikuje listę producentów modułów fotowoltaicznych (paneli) poziomu 1.

Turbiny wiatrowe

Innym popularnym źródłem energii poza siecią jest energia wiatrowa, wykorzystywana przez turbiny wiatrowe. Komponenty turbin wiatrowych składają się z łopat popychanych przez wiatr, przekładni, sterowników, generatorów, hamulców i wieży. Ilość mocy mechanicznej przechwyconej z turbiny wiatrowej jest czynnikiem prędkości wiatru, gęstości powietrza, powierzchni obrotu łopat i współczynnika mocy aerodynamicznej turbiny.

Mikro-hydro

Tam, gdzie wody jest pod dostatkiem, elektrownie wodne są obiecującym rozwiązaniem energetycznym. Elektrownia wodna na dużą skalę obejmuje zaporę i zbiornik, a mikro-hydroelektrownie na małą skalę może wykorzystywać turbiny w rzekach o stałym poziomie wody. Mikro-hydro ma potencjał do zasilania domów i małych społeczności, stanowiąc doskonały wybór poza siecią. Ilość generowanej mocy mechanicznej jest czynnikiem przepływu strumienia, wielkości turbiny, gęstości wody i współczynnika mocy, podobnie jak w turbinach wiatrowych. Energia fal i pływów może również dostarczać energię do obszarów przybrzeżnych.

Baterie

Gdy odnawialne źródła energii wytwarzają energię, która nie jest obecnie potrzebna, energia elektryczna jest zwykle kierowana do ładowania akumulatora. Rozwiązuje to problemy związane z nieciągłością spowodowane niestałą produkcją energii ze źródeł odnawialnych i pozwala na wahania obciążeń budynków. Typowe akumulatory obejmują akumulator kwasowo-ołowiowy i akumulator litowo-jonowy.

Hybrydowe systemy energetyczne

Aby chronić się przed problemami z przerwami i awariami systemu, wiele społeczności poza siecią tworzy hybrydowe systemy energetyczne. Łączą one tradycyjne odnawialne źródła energii, takie jak fotowoltaika, wiatr, mikrohydro, baterie, a nawet generatory diesla. Może to być tańsze i skuteczniejsze niż rozszerzanie lub utrzymywanie sieci w odizolowanych społecznościach.

Woda i kanalizacja

Woda ma kluczowe znaczenie w środowisku poza siecią, którą należy gromadzić, wykorzystywać i skutecznie usuwać, aby móc korzystać ze środowiska. Istnieje wiele sposobów dostarczania wody do użytku domowego w pomieszczeniach, które różnią się w zależności od lokalnego dostępu i preferencji.

Źródła

Lokalne akweny

Pobliskie strumienie, stawy, rzeki i jeziora są łatwymi punktami dostępu do świeżej wody. Oceany można również wziąć pod uwagę przy odpowiednim odsalaniu.

Studnie i źródła

Ta tradycyjna metoda polega na wykopywaniu do miejsc, gdzie pod ziemią występuje i obfitość wody, zwykle do lustra wody lub warstwy wodonośnej, i wyciąganie jej do użytku lub gromadzenie przy źródłach, z których woda podziemna wypływa na powierzchnię. Systemy doprowadzania wody gruntowej do budynków obejmują pompy napędzane wiatrem i energią słoneczną lub pompy ręczne. Woda ze studni powinna być regularnie badana oraz w przypadku zmian w jej smaku, zapachu lub wyglądzie, aby zapewnić jej jakość.

Zlewnie deszczowe

System ten opiera się na pogodzie, aby zapewnić wodę. Systemy zlewni są projektowane w oparciu o zapotrzebowanie użytkowników na wodę i lokalne charakterystyki opadów. Woda deszczowa jest zwykle odprowadzana z dachu budynku do zbiorników wodnych, w których woda jest przechowywana do czasu, aż będzie potrzebna.

Dostawy zagraniczne

Inna, mniej samowystarczalna metoda polega na dostarczaniu dużych ilości czystej wody do miejsca jej przechowywania. System ten opiera się na dostępie do czystej wody pitnej w innym miejscu i transporcie do miejsca poza siecią.

Leczenie

Bez względu na to, skąd pochodzi woda, należy ją bezpiecznie pić i używać w pomieszczeniach. W przypadku różnych problemów z jakością wody dostępne są różne strategie uzdatniania wody.

Filtrowanie

Fizyczna bariera przepuszcza wodę i blokuje zanieczyszczenia w wodzie, a jeśli filtr jest wystarczająco drobny, może odfiltrować zanieczyszczenia biologiczne.

Obróbka chemiczna

W celu dezynfekcji wody wprowadza się chlor, dwutlenek chloru i ozon, które zabijają mikroorganizmy.

Światło ultrafioletowe (UV)

System UV wykorzystuje żarówki, które emitują światło ultrafioletowe do filtrowanej wody, aby zabić wszystkie rodzaje wirusów, bakterii i pierwotniaków.

Roztwory aktywowane elektrochemicznie

Mniej typowe podejście polega na przykładaniu prądu do wody z dodatkiem małego roztworu soli w celu dezynfekcji zanieczyszczeń biologicznych. W połączeniu z filtracją jest to sposób na zapewnienie bezpiecznej wody pitnej.

Odsolenie

Niektóre wody gruntowe mogą mieć wysoki poziom zasolenia i mogą być niezdatne do picia, co jest utrwalane przez destylację. Społeczności przybrzeżne mogą odnieść korzyści, pozyskując wodę z oceanu za pomocą zakładów odsalania, które usuwają sól.

Zmiękczanie wody

Obecność pewnych minerałów w wodzie powoduje twardą wodę, która z czasem może zatykać rury, zakłócać działanie mydła i detergentów oraz pozostawiać osad na szklankach i naczyniach. Systemy zmiękczania wody wprowadzają jony sodu i potasu, które powodują wytrącanie się twardych minerałów.

Użytkowanie i warunki sanitarne

W przypadku budynków poza siecią konieczne jest wydajne wykorzystanie wody, aby zapobiec jej wyczerpaniu. Chociaż jest to ostatecznie zależne od nawyku, środki obejmują armaturę o niskim przepływie do kranów, głowic prysznicowych i toalet, co zmniejsza natężenie przepływu kranów lub objętość wody na spłukanie, aby zmniejszyć całkowite zużycie wody. Wodę można usunąć w toaletach poprzez zastosowanie toalety kompostującej . Automatyczne wykrywacze nieszczelności i zamknięcia kranu mogą zmniejszyć ilość marnowanej wody. Recykling szarej wody może dodatkowo zaoszczędzić wodę dzięki ponownemu wykorzystaniu wody z kranów, pryszniców, zmywarek i pralek. Odbywa się to poprzez przechowywanie i oczyszczanie szarej wody, która może być następnie ponownie wykorzystana jako źródło wody niezdatnej do picia.

Jeśli dom off-grid nie jest podłączony do sieci kanalizacyjnej, o ścieki System musi również być uwzględnione. Gospodarka ściekami na miejscu odbywa się zwykle poprzez składowanie i ługowanie. Wiąże się to z przechowywaniem szarej i czarnej wody w szambie lub zbiorniku napowietrzania, który jest podłączony do pola ługującego, które powoli pozwala wodzie przesączać się do gruntu. Chociaż dostępne są również droższe i droższe opcje oczyszczania ścieków, jest to powszechny niezawodny sposób usuwania ścieków bez zanieczyszczania środowiska.

Wpływ na środowisko i zrównoważony rozwój

Ponieważ budynki i społeczności poza siecią opierają się głównie na energii odnawialnej, życie poza siecią jest ogólnie dobre dla środowiska i ma niewielki negatywny wpływ. Hybrydowe systemy energetyczne zapewniają również społecznościom zrównoważony sposób życia bez uzależnienia i kosztu podłączenia do infrastruktury publicznej, która może być zawodna w krajach rozwijających się. Ogólnie rzecz biorąc, izolowane obawy dotyczące wpływu na środowisko to stosowanie generatorów diesla, które wytwarzają gazy cieplarniane, akumulatorów, które wykorzystują wiele zasobów do produkcji i mogą być niebezpieczne oraz zanieczyszczenie środowiska naturalnego przez odpady stałe i ścieki. Należy zauważyć, że chociaż poniższe obawy dotyczą negatywnych skutków dla środowiska, całkowite wyłączenie z sieci jest realną opcją, która pomoże zmniejszyć wpływ na środowisko podczas wymiany budynków podłączonych do sieci, które przyczyniają się do globalnego ocieplenia i zmiany klimatu.

Obawy dotyczące generatorów diesla w kanadyjskich społecznościach poza siecią

Kanada ma około 175 społeczności tubylczych i północnych poza siecią, zdefiniowanych jako „społeczność, która nie jest podłączona do północnoamerykańskiej sieci elektrycznej ani do sieci rurociągów gazu ziemnego; jest stała lub długoterminowa (5 lat lub dłużej) oraz osiedla mają co najmniej 10 stałych budynków." Aboriginal Affairs and Northern Development Canada wymienia następujące problemy środowiskowe dla tych społeczności poza siecią:

  • Spalanie dużych ilości oleju napędowego powoduje znaczne emisje gazów cieplarnianych . Przyczynia się to do zmian klimatycznych, które negatywnie wpływają na społeczności.
  • Paliwo musi być transportowane na duże odległości samolotem, ciężarówką lub barką, co prowadzi do większego ryzyka rozlania paliwa.
  • Transport paliwa ciężarówkami po zimowych drogach ma negatywny wpływ na środowisko poprzez wysoką emisję gazów cieplarnianych z pojazdów.
  • Wycieki paliwa mogą mieć miejsce podczas transportu i przechowywania paliwa, stwarzając zagrożenie dla środowiska.
  • Wycieki ze zbiornika paliwa zanieczyszczają glebę i wody gruntowe.
  • Generatory mogą być hałaśliwe i uciążliwe , zwłaszcza w cichych, oddalonych społecznościach.
  • Emisje z generatorów diesla mogą przyczynić się do problemów zdrowotnych członków społeczności.

Wpływ na środowisko systemów stosowanych w budynkach poza siecią musi być również uwzględniony ze względu na energię ucieleśnioną , ucieleśniony węgiel , wybór i źródło materiałów, które mogą przyczynić się do problemów światowych, takich jak zmiana klimatu, zanieczyszczenie powietrza, wody i gleby, zasoby wyczerpanie i więcej.

Ocena cyklu życia pozasieciowych systemów elektrycznych

  • Najniższy wpływ hybrydowego systemu mikrosieciowego dotyczy fotowoltaiki słonecznej, turbiny wiatrowej i akumulatora kwasowo-ołowiowego
  • Stwierdzono, że hybrydyzacja zmniejsza wpływ na środowisko o ponad 40% dla energii elektrycznej poza siecią
  • Baterie w dużym stopniu przyczyniają się do wyczerpywania się zasobów mineralnych

Zrównoważone społeczności

Koncepcja zrównoważonej społeczności poza siecią musi uwzględniać podstawowe potrzeby wszystkich mieszkańców społeczności . Aby stać się naprawdę samowystarczalnym , społeczność musiałaby zapewnić sobie całą energię elektryczną , żywność, schronienie i wodę . Wykorzystanie energii odnawialnej , źródła wody na miejscu , zrównoważonego rolnictwa i technik uprawy pionowej ma kluczowe znaczenie dla odłączenia społeczności od sieci. Niedawny projekt koncepcyjny autorstwa Erica Wichmana przedstawia społeczność wielorodzinną, która łączy wszystkie te technologie w jedną samowystarczalną dzielnicę. Aby rozwijać społeczność, po prostu dodawaj dzielnice, korzystając z tego samego modelu, co pierwszy. Samowystarczalna społeczność zmniejsza swój wpływ na środowisko, kontrolując ilość odpadów i ślad węglowy .

Względy ekonomiczne

W sytuacjach , gdy osiągnięto parytet sieci , taniej jest wytwarzać własną energię elektryczną niż kupować ją z sieci. Zależy to od kosztów sprzętu, dostępności odnawialnych źródeł energii oraz kosztu przyłączenia do sieci. Na przykład w niektórych odległych obszarach podłączenie do sieci byłoby nadmiernie drogie, powodując natychmiastowe osiągnięcie parzystości sieci.

Często robi się to w przypadku budynków mieszkalnych zajmowanych sporadycznie, takich jak domki letniskowe, aby uniknąć wysokich kosztów początkowych tradycyjnych przyłączy. Inni ludzie decydują się mieszkać w domach, w których koszty mediów zewnętrznych są zaporowe lub w takiej odległości, że jest to niepraktyczne. W swojej książce Jak żyć poza siecią Nick Rosen wymienia siedem powodów, dla których warto odejść od sieci. Dwie najważniejsze to oszczędność pieniędzy i zmniejszenie śladu węglowego. Inni to survivalowcy , przygotowujący się na upadek gospodarki naftowej i przywracający życie na wsi.

Zasilanie poza siecią dla zmarginalizowanych społeczności

Niezawodne scentralizowane systemy energii elektrycznej zapewniły stałość dostaw, która wzmocniła społeczeństwa i ich gospodarki. Energia elektryczna zapewnia możliwości poprawy produktywności, nauki i higienicznych zastosowań końcowych w domu, takich jak gotowanie bez użycia zanieczyszczających źródeł paliwa z biomasy, jednak w 2016 r. 20 procent ludzi na całym świecie żyło bez niej. Przewiduje się, że wypełnienie luki między obecnym niedostatecznym dostarczaniem energii elektrycznej z sieci a powszechnym dostępem będzie wymagało 17 bilionów dolarów i 30 lat, nawet przy rygorystycznym harmonogramie. Naukowcy argumentowali, że brak scentralizowanej infrastruktury energetycznej może skutkować niską odpornością na szkody w produktywności i mieniu spowodowane zmieniającym się klimatem i trudnymi warunkami pogodowymi. Ponadto zalety centralnego wytwarzania i dystrybucji energii maleją w obliczu degradacji klimatycznej spowodowanej wytwarzaniem energii z paliw kopalnych, podatnością na ekstremalne zjawiska pogodowe i manipulacje elektroniczne oraz coraz bardziej złożonymi procesami projektowymi i regulacyjnymi.

Zdecentralizowane systemy energetyczne poza siecią mogą stanowić zrównoważoną tymczasową alternatywę dla rozszerzenia krajowych sieci na odbiorców wiejskich. Ci, którzy korzystają z ograniczonej mocy poza siecią jako podpory do ewentualnego dostępu do sieci, mogą gromadzić wiedzę na temat energooszczędności, zachowania i produkty, które zapewniają dodatkową odporność, podczas gdy sieci sieciowe zwiększają niezawodność i neutralność pod względem emisji dwutlenku węgla . Jednak dostarczanie energii elektrycznej poza siecią użytkownikom na obszarach wiejskich bez uwzględniania szkoleń i edukacji na temat jej użytkowania i zastosowań może skutkować niepełnym wykorzystaniem. Aby przeciwdziałać tej możliwości, systemy off-grid powinny odzwierciedlać struktury kulturowe, wartości i obyczaje społeczności przyjmujących.

Systemy elektryczne poza siecią mogą zasilać pojedyncze rezydencje lub społeczność połączoną we wspólnym układzie zwanym mikrosiecią . Ponadto mogą być zasilane odnawialnymi źródłami energii lub konwencjonalnymi paliwami kopalnymi. W Kenii gmina Mpeketoni rozpoczęła w 1994 r. lokalny projekt mikrosieci zasilanej silnikiem wysokoprężnym (Mpeketoni Electricity Project [MEP]) z nakładem około 40 000 USD, a ostatecznie rozrosła się, by obsługiwać 105 rezydencji i 116 komercyjnych, edukacyjnych, budynki rządowe i służby zdrowia. Poseł zademonstrował nieoczekiwane efekty podaży i popytu, gdy rzemieślnicy korzystający z narzędzi zasilanych energią elektryczną MEP zwiększyli swoją produktywność na tyle, aby spowodować amortyzację swoich towarów, zmuszając do obniżenia ich cen; jednak wyższe wolumeny sprzedaży ostatecznie zrekompensowały te straty. Elektryczność MEP ułatwiała przechowywanie produktów rolnych w chłodniach, a także pompowanie studni, co pozwalało studentom, którzy wcześniej spędzali kilka godzin dziennie na pozyskiwaniu wody, spędzać ten czas na wieczornej nauce przy świetle elektrycznym. Energia elektryczna zapewniona przez eurodeputowanego wydłużyła również godziny nauczania i warunki sanitarne w lokalnych szkołach dzięki oświetleniu elektrycznemu i pompowanej wodzie. Projekt MEP off-grid przyniósł wiele bezpośrednich i pośrednich korzyści dla członków społeczności, a ponieważ eurodeputowany podkreślił promowanie zastosowań energii elektrycznej, a społeczność miała możliwość płacenia nominalnych stawek za jej użytkowanie, projekt osiągnął 94 procent zwrotu kosztów w jego pierwsze dziesięć lat działalności.

Zobacz też

Galeria

  • Niekompletny system generatora wiatrowego DIY

  • System fotowoltaiczny-słoneczny

  • Schemat aktywnego solarnego systemu grzewczego

  • Stawy lecznicze mogą być używane do oczyszczania wody

  • Magazynowanie ciepła i chłodu może być połączone z pompami ciepła do użytku w domowej szklarni lub do ogrzewania samego domu

Bibliografia

Zewnętrzne linki