Автономные системы электроснабжения
У Вас есть загородный дом, но нет возможности протянуть к нему линию электропередач (ЛЭП)? Или подключение к централизованным сетям электроснабжения непомерно дорого? А может быть, лучше сравнить эти 2 варианта – электроснабжение от ЛЭП и автономное электроснабжение?
На первый взгляд, генерация собственного электричества от возобновляемых источников энергии является идеальным способом отказаться от оплаты ежемесячных счетов за электроэнергию. Для многих владельцев домов, генерация собственной энергии является подходящим решением, которое удовлетворит существующие потребности. Однако, такое решение требует определенных инвестиций как денег, так и времени как при покупке, так и при обслуживании вашей системы. В зависимости от вашего конкретного случая вы в конце концов можете и не сэкономить денег, однако вы точно получите независимость от сетей, и при этом будете генерировать энергию экологически чистую, и при этом не наносить вреда окружающей среде.
Когда более выгодна генерация собственной энергии? Нами были проведены такие расчеты, которые показали, что если суммарная мощность Ваших потребителей (электрических нагрузок) не превышает нескольких кВт, потребляемая энергия меньше нескольких кВт*ч в сутки, а расстояние до точки подключения к сетям централизованного электроснабжения более нескольких сотен метров, то автономная система электроснабжения для Вашего дома может быть более выгодна, чем подключение к сетям.
Иметь собственную электростанция целесообразно, когда:
1. В вашем районе нет сети централизованного электроснабжения, или подключение связано с прокладкой новых линий электропередач и установке дополнительной подстанции. При подключении к сетям централизованного электроснабжения Вы должны будете оплатить стоимость подключения к сетям (в Московской области это более 30000 рублей за каждый кВт установленной мощности), стоимость прокладки низковольтной ЛЭП (стоимость колеблется в разных регионах от 10000 до 17000 долларов США за 1 км), а также платить за потребляемую электроэнергию по расценкам энергосетей. Хорошо, если таких как Вы несколько, и Вы можете разделить стоимость подключения и строительства ЛЭП. Если же Вы хотите делать это самостоятельно, Вам потребуется немало денег. Точнее много. Более того, даже после оплаты стоимости оборудования (линий электропередач, трансформаторных подстанций и т.п.), оно вам не будет принадлежать – оно будет на балансе электросетей. Вы фактически покупаете это оборудование для местных энергосетей.
2. Вы хотите быть независимыми от ваших местных электросетей. При авариях на электросетях вы остаетесь без электроэнергии, а может даже и без тепла. В последнее время, в связи с изменениями климата, участились случаи природных катаклизмов, которые ведут к авариям в электрических сетях. Еще один фактор – предельный износ оборудования у электрогенераторов и электрических сетей. Даже без стихийных бедствий вполне вероятны технологические катастрофы – например, авария на Чагинской подстанции в Подмосковье, вызванная износом оборудования, привела к обесточиванию миллионов домов на несколько дней.
3. Вы хотите уменьшить влияние электрогенерации на окружающую среду. Изменения климата в большой мере связаны с выбросами парниковых газов в окружающую среду. Энергетики и транспорт являются основными загрязнителями и источниками парниковых газов. Вы можете на своем конкретном месте помочь нашей планете быть чище и приостановить разрушительные процессы изменения климата.
4. Местность, где находится ваш дом, богата ресурсами возобновляемой энергии. Вы удивитесь, но таких регионов очень много в России. Снижение стоимости оборудования возобновляемой энергетики позволило пересмотреть границы экономически эффективного применения возобновляемых источников энергии в России.
5. У вас есть стратегические решения, которые позволят вам не остаться без энергии, когда нет прихода возобновляемой энергии. Здесь имеется ввиду, что, вследствие вероятностного прихода возобновляемой энергии, необходимо иметь резервный источник энергии, например, жидкотопливный электрогенератор. Вполне вероятно, что он будет практически всегда у вас простаивать, но для обеспечения надежного электроснабжения он необходим.
6. Ну и наконец, вы не теряете надежду что и в нашем государстве будут введены в действие механизмы стимулирования генерации экологически чистой энергии. Такие, как существуют сейчас в развитых странах Европы, США, Китае, Индии, Японии и многих других.
В дополнение к вышесказанному, вам также необходимо:
• Исследовать юридические и природные препятствия для установки собственной электростанции
• Получить цены и технические характеристики от производителей или поставщиков оборудования
• Если ключевым фактором является экономическая целесообразность, вам нужно провести экономический анализ с учетом всех факторов, которые могут повлиять на стоимость генерируемой вами электроэнергии.
• Понимать основы использования систем на возобновляемых источниках энергии
• Рассмотреть возможности сочетания вашей системы с другими энергоисточниками, а также рассмотреть все способы по повышению энергоэффективности в вашем доме.
• Распланировать техническое обслуживание. Особенно это относится к системе, содержащей дизель- или бензоэлектрический агрегат (как основной или резервный источник электроснабжения). Нужно будет следить за состоянием Вашей аккумуляторной батареи. Минимум обслуживания требуют фотоэлектрические батареи.
Плюсы создания собственной автономной системы электроснабжения
- Вам не нужно платить за подключение к сетям централизованного электроснабжения и строительство ЛЭП,
- Вы не зависите от цен на электроэнергию.
- Вы сами являетесь хозяином своего оборудования и можете вырабатывать электроэнергию тогда, когда Вам хочется.
Итак, из чего же должна состоять система автономного электроснабжения?
Обычно состав энергосистемы следующий:
1. Источник электрической энергии. Их может быть один или несколько. Им может быть:
- жидкотопливный генератор ЖТГ (бензо- или дизель- электрический агрегат)
- фотоэлектрическая батарея
- ветроэлектрическая установка
- микро или малая гидроэлектростанция
В качестве основного может применяться любой из перечисленных источников. Остальные могут использоваться как дополнительные или резервные.
2. Аккумуляторная батарея (АБ). В системах на возобновляемых источниках энергии, в силу непостоянства возобновляемого ресурса, это необходимый элемент. Даже если основной источник у Вас ЖТГ, наличие аккумуляторной батареи позволит Вам включать его на непродолжительное время в течение дня, а электроэнергию иметь непрерывно.
3. Инвертор, т.е. преобразователь постоянного тока в переменный. Необходим, если у Вас есть потребители переменного тока на напряжение 220 В, или если Ваши потребители находятся на значительном расстоянии от АБ (потери в проводах постоянного тока низкого напряжения могут оказаться существенными).
4. Контроллер заряда АБ. Необходим для предотвращения перезаряда и переразряда АБ. Очень часто бывает встроен в инвертор.
5. Электротехническое оборудование – щиты, выключатели, автоматы, предохранители, кабели, система заземления и т.д.
6. Нагрузка. В автономной системе электроснабжения необходимо использовать только энергоэффективные приборы. Например, использование ламп накаливания очень не рекомендуется, так как они потребляют ток в 4 раза больший, чем люминесцентные лампы, и в 10 раз больше, чем светодиодные. Несмотря на то, что обычно энергоэффективные приборы дороже, их использование может обернуться значительной экономией за счет снижения мощности источника энергии и емкости АБ.
С целью увеличения продолжительности работы системы в автономном режиме, система бесперебойного электропитания обычно содержит еще один или несколько возобновляемых источников энергии. В качестве ВИЭ используются вырабатывающие электричество: солнечные батареи (СБ), ветроэлектрические установки (ВЭУ), микроГЭС и, иногда, термоэлектрические генераторы (ТЭГ). Эти источники подключаются к АБ через контроллер заряда, защищающий АБ от перезаряда.
В средней полосе России, летом приходит около 5 кВт*ч солнечной энергии на 1 квадратный метр. Около 15% от этой энергии может быть преобразовано в электроэнергию в фотоэлектрических батареях. Зимой приход солнечной энергии минимален и в несколько раз меньше, чем летом (в декабре-январе – в 5-8 раз меньше, чем в июне-июле).
Мощность ВЭУ пропорциональна квадрату диаметра ветроколеса и определяется мощностью электрического генератора. Номинальную мощность ВЭУ обычно достигает при ветре около 10 м/с. По ветровым условиям в Средней России, за лето ВЭУ вырабатывает менее 20% количества электроэнергии от своего годового потенциала. Зато в остальное время года ВЭУ работает эффективнее СБ. В Московской области, где среднегодовая скорость ветра 3 м/с, ВЭУ вырабатывает 10-15% от указанного производителем номинального количества годовой электроэнергии. Например, ВЭУ мощность 1 кВт за год выработает не 8760 кВт.ч, а лишь 876-1314 кВт.ч.