Energetski samoodrživo domaćinstvo

Prije masovne upotrebe ugljena većina domaćinstava je većinu energije proizvodila sama. Najčešće se radilo o drvetu koje su sami sjekli u šumama, a malobrojno gradsko stanovništvo je drvo kupovalo. Pojedinci su na potocima gradili vodenice za mljevenje žita, te su zahvaljujući tome ubrajani u bogatije ljude. Zbog toga je zemljište na lokacijama pogodnim za izgradnju vodenica imalo puno veću cijenu od okolnog zemljišta. Tamo gdje nije bilo potoka gradile su se mlinovi pokretani vjetrenjačama.

Izumom parnog stroja kojim je pumpana voda iz rudnika ugljena cijena ugljena je naglo pala pa je vrlo brzo porasla upotreba ugljena u transportu i zagrijavanju domaćinstava. Izumom strojeva pokretanih na komprimirani zrak u velikim razvijenim gradovima izgrađene su mreže cijevi kojima se energija proizvedena na jednom mjestu prenosila u domaćinstva gdje je korištena za pokretanje različitih strojeva. Izumom motora sa unutrašnjim sagorijevanjem, to jest Dizel motora i Otto motora naglo je porasla vrijednost zemnog ulja – nafte, koja se do tada koristila samo za proizvodnju petroleja za ulične svjetiljke. Izumom istosmjerne električne energije prijenos energije se počeo vršiti kroz bakrene žice na način na udaljenost od nekoliko stotina metara. Male hidrocentrale, ili veliki parni strojevi su pokretali generatore koji su proizvodili električnu energiju dostupnu za okolne potrošače.

Izumom izmjenične trofazne električne energije stvorena je mogućnost transformacije energije na visoki napon kojim se bez velikih gubitaka električna energija može transportirati na velike udaljenosti. Time je počelo razdoblje proizvodnje energije u velikim hidrocentralama, te njezino prenošenje u udaljene gradove. Ovo je dovelo do naglog rasta gradova koji su zahvaljujući izumu električnih dizala počeli rasti u vis.

Sve ove faze sve većeg koncentriranja proizvodnje, prijenosa i upotrebe energije doveli su do toga da su i države sve veći dio poreza prikupljali od proizvođača i potrošača energije. Zbog sve veće potrošnje energije i poskupljenja nafte 70-ih godina 20-og stoljeća počeli su se razvijati obnovljivi oblici energije, od kojih su se neki nekada znatno više koristili. Došlo je do usavršavaja nekada široko upotrebljavanih vjetrenjača, koje su se počele koristiti za proizvodnju električne energije, umjesto za pokretanje mlinova kako se to davno radilo. Došlo je i do razvoja fotonaponskih ćelija koji energiju sunčeve svjetlosti pretvaraju u električnu energiju. Također su se počeli razvijati uređaji koji vrlo efikasno od bioloških otpadaka proizvode bioplin za grijanje i proizvodnju električne energije. Razvijene su i tehnologije koje od bilja proizvode ulje za proizvodnju biodizela, te tehnologije koje od škroba proizvode bioetanol. Pod političkim pritiskom javnosti došlo je do usavršavanjem ovih tehnologija, ali čim su nove tehnologije postale konkurentne nafti naftna industrija je, kako bi se održala, počela vući političke poteze koji su imali za cilj smanjiti upotrebu obnovljivih energija, iako su javno podupirali razvoj takvih energenata. Većinu fondova za razvoj obnovljivih energija financirala je naftna industrija, te su tako dolazili u mogućnost kontrolirati u koje će se projekte ulagati novac. Najviše novca se ulagalo u plaće raznih ekologa i zelenih udruga, te u projekte koji su u startu prepoznati kao neperspektivne. Projekti koji su se pokazali kao cijenovno konkurentni kočeni su u razvoju najčešće naručenim "znanstvenim testiranjima" koja su imala za cilj te projekte prikazati kao neperspektivne. Unatoč takvom djelovanju naftne industrije, a također i industrije ugljena, te nuklearne industrije obnovljivi izvori energije su se zahvaljujući najviše pojedinim malim poduzetnicima razvijale i kvalitetom i smanjenjem troškova proizvodnje.

U razvoju fotonaponskih ćelija ekonomičnost je dostigla visoku razinu osobito na lokacijama gdje ima puno sunčanih dana i gdje ne postoji pristup električnoj mreži. U daljnjoj perspektivi razvijat će se višeslojne fotoćelije koje imaju više slojeva od kojih svaki sloj koristi različitu frekvenciju svjetlosti. Na ovaj način moći će se iskorištavati i infracrvena kao i ultraljubičasta svijetlost za proizvodnju električne energije, te će se faktor efikasnosti iskorištenja energije sunca moći dići sa nekih 20- ak posto na blizu 50 posto. Drugi pravac razvoja su savitljive fotoćelije koje će se moći kao tepih raširiti preko zidova i krovova. Upotrebom jeftinijih materijala doći će i do smanjenja cijene ovako proizvedene energije.

U razvoju obnovljivih energenata najviše se razvila tehnologija novih vrsta vjetroturbina. Velike vjetroturbine sa horizontalnim rotorom koje imaju tri kraka danas se mogu vidjeti u raznim državama. Ove vjetroturbine su ekonomski isplativije što su veće, te zbog toga sve više rastu u vis. Njihova mana je to što vjetar ne puše stalno, a kada ga nema energetski sustavi moraju imati na raspolaganju druge izvore energije koji se mogu brzo uključiti u rad. Pošto je na moru vjetrovitost puno stalnija velike vjetroturbine se sve više gradu daleko od obale. Povezivanjem električnih mreža raznih država smanjen je i problem nestabilnosti vjetra pošto vjetar ne prestaje puhat istovremeno na udaljenim lokacijama, pa uvijek negdje puše.

Mnoga domaćinstva sve više pokušavaju nabaviti i svoje male kućne vjetroturbine, ali ih u tome koče i energetske mreže kao i države. Države ne znaju kako naplatiti porez od nekog tko sam za sebe proizvodi energiju, a prijenosne mreže se boje smanjenja količine energije koja bi se prenosila mrežama ako bi veliki postotak potrošača sam za sebe proizvodio energiju. Zbog toga postoji snažno kočenje u razvoju malih kućnih vjetroturbina. Unatoč tome povećava se broj ovakvih malih vjetroturbin, a najviše izgleda ima nova Vjetrenjača sa rotirajućim jedrima. 

Ova vrsta vjetrenjače najsličnija je Savonijusovom rotoru, ali ima 3 puta veću efikasnost u iskorištavanju energije vjetra. Prema analizi u zračnim tunelu ima oko 2,5 puta veću efikasnost i od Darijusovog rotora, te je po efikasnosti jednaka najboljim i najvećim vjetrenjačama sa horizontalnim rotorom i tri kraka pri istoj snazi vjetra.

Savonijus rotor ima efikasanost u iskorištavanju energije vjetra između 10 i 20 posto, ovisno o brzini vjetra. Kod ovog rotor pozitivna sila nastaje kao posljedica oblika rotora koji sa jedne strane pruža veći otpor zraku dok sa druge strane rotora pruža manji otpor zraku, a pozitivna sila kojom se zakreće rotor je jednak razlici između tih sila.

Kod vjetrenjače sa rotirajućim jedrima jedro oko 300 stupnjeva kruga iskorištava energiju vjetra dok samo kod 60 stupnjeva koči rotaciju vrlo malom silom. Ova vjetrenjača također ima mogućnost smanjivanja površine jedara za 95 % pri jakom vjetru, a počinje raditi kod vjetra od 2 m/s, čime se njena efikasnost diže daleko iznad svi drugih vjetrenjača koje rade u užim režimima brzine vjetra. Kako bi domaćinstvo imalo energiju kada nema vjetra potrebno je imati i akumulator energije, a najefikasniji akumulator je komprimirani zrak. Gustoća energije kod komprimiranom zraku gledano po volumenu je 6 puta manja nego kod nafte, ali kao rezervoar može poslužiti i visokotlačna cijev postavljena okomito na tlo koja istovremeno služi i kao postolje za vjetrenjaču. Godine 2006. autor ovog teksta napravio je jedan veći model kod kojeg su se skupljala jedra, te je film o tome stavio na portal Youtube, a uskoro su se pojavile kopije od kojih je najuspješniji prototip na ovom filmu.

Usprkos takvim suprotstavljenim interesima informacije i naručenim lažnim znanstvenim testiranjima koji su imali za ulogu u stručnu javnost progurati dezinformacije o efikasnosti i cijeni ovakvih vjetrenjača, stvarne informacije se sve više šire i njen razvoj se više ni može zaustaviti. To će dovest do njene masovne upotrebe na krovovima kuća, osobito tamo gdje nisu izgrađene električne mreže. Za potrebe vikendica mogu je izgraditi i manje metalske radionice od jednostavnih elemenata i dijelova.

Da bi ova vjetrenjača optimalno iskorištavala energiju vjetra mora biti postavljena tako da vjetar sa svih strana puše direktno na jedra. Svi objekti viši od dna jedara stvaraju vrtloge koji ometaju njen rad. Vjetrenjača također mora biti udaljena od susjednih vjetrenjača najmanje deset promjera veće vjetrenjače, što znači kako vjetrenjača koja ima rotor širine 3 metra mora biti udaljena najmanje 30 metara od susjedne vjetrenjače. Ako su obje vjetrenjače postavljene na krovove kuća znači kako i kuće moraju biti međusobno udaljene dvadesetak metara. Zbog toga vjetrenjaču ne mogu koristiti stanovnici stanova u zgradama, a stanovnici kuća u nizu mogu koristiti samo vrlo uske i visoke vjetrenjače sa promjerom rotora manji od metra, čime je ograničena i njihova snaga. Optimalnu iskoristivost mogu postići samo slobodno stojeće kuće udaljene od susjednih kuća 20-ak metara što će kod masovne upotrebe dovest do veće izgradnje upravo takvih kuća. To će kao posljedicu imati i veću proizvodnju hrane za vlastite potrebe, te povratak na obnovu većih obitelji kakve su bile uobičajene prije masovne izgradnje električnih mreža.

Ostale moje tehničke analize i inovaciju mogu se naći ovoj knjizi.