Построение математической модели использования возобновляемых источников энергии в быту

Введение

Актуальность темы. По данным Международного энергетического агентства, потребление энергии в мире к 2040 году вырастет на 25%. Использование возобновляемых энергоносителей в общем энергопроизводстве вырастет с 25 до 40% даже с учетом сохранения первых мест за угольной и газовой энергетикой¹.
Влияние топливно-энергетического комплекса на окружающую среду носит отрицательный характер. Основными проблемами при сжигании органического топлива является загрязнение окружающей среды окислами азота, серы, золой. Также, вследствие выбросов углекислого газа, оказывается влияние и на парниковый эффект.
Осознавая существующие экологические проблемы, все больше людей стремится создать для себя (и для будущих поколений) более чистую среду обитания. Все чаще встречаются солнечные фотоэлементы, снабжающие электроэнергией различные небольшие объекты от освещения знаков пешеходных переходов до загородных домов и построек. Мы решили разобраться, можно ли использовать возобновляемые источники энергии для обеспечения электроэнергией дачного дома, расположенного в Ленинградской области.
Новизна состоит в том, что в работе приводится расчет конкретных значений энергопотребления отдельно взятого загородного (дачного) дома и фактических затрат на оплату электроэнергии для определения целесообразности использования возобновляемых источников энергии в быту, строится математическая модель эффективности использования солнечной энергоустановки при ее сезонном использовании и выводится формула расчета стоимости оборудования, при которой оно будет окупаться в течение срока службы.
Практическая значимость исследования заключается в том, что результаты работы могут быть использованы для принятия решения об использовании возобновляемых источников энергии в электроснабжении дачных домов Ленинградской области, в том числе при их сезонном использовании, а состав собранной информации, формулы и примеры вычислений могут послужить основой для проведения собственных расчетов и целесообразности их использования.
Цель: построить математическую модель использования возобновляемых источников энергии при электроснабжении отдельно взятого загородного дома с подключенной мощностью для расчета гипотетической стоимости оборудования, при которой его установка будет целесообразной, или, как минимум, окупаемой в течение срока службы.
Задачи:

• 
  Изучить, какие возобновляемые источники энергии можно использовать в быту (на примере дачного дома в Ленинградской области.
  
• 
  Изучить рынок возобновляемых источников энергии, (солнечные батареи, солнечные коллекторы для обогрева другие возможные варианты, доступных в Санкт-Петербурге).
  
• 
  Изучить способы экономического стимулирования государством использования возобновляемых источников энергии в быту.
  
• 
  Собрать и систематизировать данные о расходе электроэнергии в отдельно взятом дачном доме за последние 5 лет и о фактических расходах на электроэнергию за тот же период, вычислить суммарные и средние значения.
  
• 
  Определить потребность в электроэнергии отдельно взятого дачного дома с учетом имеющихся электроприборов для выбора необходимого оборудования.
  
• 
  Рассчитать суточное потребление электроэнергии электроприборами, установленными в отдельно взятом дачном доме.
  
• 
  Определить стоимость необходимого оборудования у разных производителей для выбора оптимального.
  
• 
  Изучить срок окупаемости необходимого оборудования.
  
• 
  Построить математическую модель использования возобновляемого источника энергии в электроснабжении отдельно взятого дачного (загородного) дома.
  
• 
  Определить целесообразность установки оборудования в современных условиях.
  

Гипотеза: В настоящее время использование в загородном доме с подключенным электропитанием доступных возобновляемых источников энергии слишком дорого, чтобы быть целесообразным. Однако с учетом совершенствования и удешевления технологий, развития энергосберегающих электроприборов и возможного введения «зеленого тарифа» ситуация может существенно измениться в ближайшие годы.