Страница 14 из 15
2.1. Постановка и решение проблемы
Полностью энергетически независимый загородный дом создать можно, но стоимость такого проекта будет довольно высокой. Такой «островок жизни» должен иметь генераторные электростанции на жидком топливе, ветрогенераторы, солнечные батареи и инверторно-аккумулярные системы (рис. 2.1) [1].
Рис. 2.1. Автономная система энергопитания загородного дома
Примечание
Инверторы – это преобразователи напряжения постоянного тока (преобразователи постоянного напряжения) от аккумуляторных или солнечных батарей, топливных и других генераторов, гидрогенераторов малой мощности в переменное напряжение 220 В 50 Гц.
Сравнивать эффективность получения электричества от любого из существующих автономных источников и из центральной сети невозможно в принципе [2].
Существует четыре варианта выбора использования автономной системы.
• Полностью автономная система в местах, где нет централизованного электроснабжения.
• Резервная система совместно с централизованной без аккумуляторов.
• Резервная система совместно с централизованной с использованием аккумуляторов.
• Полное отключение от централизованной системы электроснабжения и переход на автономную.
Если создается автономный вариант системы получения электроэнергии и в доме существует своя электрическая сеть, то в этом случае необходимо сделать экономический расчет и определить целесообразность отключения или неотключения этой электросети. Практика показывает, что лучше оставить имеющуюся электрическую сеть дома и включить ее в состав комбинированной сети с солнечными батареями. В этом случае проявятся отчетливо преимущества солнечных электростанций.
Проведенные расчеты показали [3], что автономная система электроснабжения дома более выгодна, чем подключение к центральным сетям при определенных условиях:
• суммарная мощность потребителей (электрических нагрузок) не превышает нескольких киловатт;
• потребляемая электроэнергия дома меньше нескольких киловатт в час за сутки;
• расстояние до точки подключения к сетям централизованного электроснабжения более нескольких сотен метров.
Нужно учитывать и другие аспекты данного вопроса. При подключении к сетям централизованного электроснабжения вы обязаны оплатить услугу. Например, в Московской области это более 30 тыс. руб. за каждый киловатт установленной мощности. Стоимость прокладки низковольтной ЛЭП в разных регионах колеблется от 300 до 500 тыс. руб. за 1 км. Кроме того, в дальнейшем придется платить за потребляемую электроэнергию по расценкам энергосетей.
Собственная автономная система электроснабжения имеет достоинства и недостатки.
Достоинства:
• не нужно платить за подключение к сетям централизованного электроснабжения и строительство ЛЭП;
• независимость от цен на электроэнергию;
• вы сами являетесь хозяином своего оборудования;
• возможность вырабатывать электроэнергию тогда, когда в этом есть необходимость.
Недостатки:
• затраты на техническое обслуживание и ремонт оборудования. Особенно это относится к системам, содержащим дизель– или бензоэлектрический агрегат, как основной или резервный источник электроснабжения;
• необходимость постоянно следить за состоянием аккумуляторной батареи. (Заметим, что фотоэлектрические батареи требуют минимального обслуживания.)
Если выбран вариант обустройства собственной автономной системы электроснабжения, то источников электроэнергии может быть один или несколько. Обычно состав автономной системы следующий:
• жидкотопливный генератор (ЖТГ);
• ветроэлектрическая установка;
• фотоэлектрическая батарея.
Основным может быть любой из перечисленных источников. Остальные могут использоваться как дополнительные или резервные. В автономную систему электроснабжения загородного дома, кроме источника питания, входят инверторно-аккумулярная аппаратура и электротехническое оборудование (щиты, выключатели, автоматы, предохранители, кабели, система заземления и т. д.).
Аккумуляторная батарея (АБ) является необходимым элементом в системах на возобновляемых источниках энергии в силу непостоянства возобновляемого ресурса. Даже если основной источник – ЖТГ, то наличие аккумуляторной батареи позволяет включать его на непродолжительное время в течение дня и получать электроэнергию непрерывно.
Инвертор, т. е. преобразователь постоянного тока в переменный, необходим в том случае, если имеются потребители переменного тока на напряжение 220 В. Нужно принять во внимание, что если потребители находятся на значительном расстоянии от АБ, то потери в проводах постоянного тока низкого напряжения могут оказаться значительными. Для предотвращения перезаряда и переразряда АБ необходим контроллер заряда АБ, который, как правило, встроен в инвертор.
В автономной системе электроснабжения необходимо применять только энергоэффективные приборы. Например, лампы накаливания очень не рекомендуются, т. к. при равной светоотдаче они потребляют ток в четыре раза больший, чем люминесцентные лампы. Несмотря на то, что обычно энергоэффективные приборы дороже, их эксплуатация может обернуться значительной экономией за счет снижения мощности источника энергии и емкости АБ.
Для увеличения времени автономной работы система бесперебойного электропитания также содержит еще один или несколько разновидностей возобновляемых источников энергии (ВИЭ): солнечные батареи (СБ), ветроэлектрические установки (ВЭУ) и термоэлектрические генераторы (ТЭГ). ВИЭ подключают к аккумуляторной батарее через контроллер заряда, который защищает АБ от перезаряда.
В средней полосе России летом приходит около 5 кВт·ч солнечной энергии на 1 м2. Около 10 % от этой энергии может быть преобразовано в электроэнергию в фотоэлектрических батареях. Зимой приход солнечной энергии в несколько раз меньше, чем летом.
Мощность ветроэлектрической установки пропорциональна квадрату диаметра ветроколеса и зависит от параметров электрического генератора. Номинальная мощность ветроэлектрической установки обычно достигается при ветре около 10 м/с. По ветровым условиям в средней полосе России за лето ветроэлектрическая установка вырабатывает менее 20 % количества электроэнергии от своего годового потенциала. Зато в остальное время года ветроэлектрическая установка работает эффективнее солнечной батареи. В Московской области, где среднегодовая скорость ветра равна 3 м/с, ветроэлектрическая установка вырабатывает 10–15 % от указанного производителем номинального количества годовой электроэнергии. Например, ветроэлектрическая установка мощностью 1 кВт за год выработает не 8760 кВт·ч, а лишь 876-1314 кВт·ч.
Указанные устройства ВИЭ можно использовать как по отдельности, так и в составе специальной аппаратуры, которая доступна на отечественном рынке, создавая из них умные электрические сети для личного использования.
Если вы решили оборудовать загородный дом автономной системой электроснабжения, то необходимо хорошо все подумать. Это оправдано, когда имеется большее поместье, и вы там живете полнокровной жизнью. Если же у вас небольшая загородная дача с шестью сотками земли, то строительство такой энергосистемы вряд ли целесообразно. В этом случае идеальным решением будут компактные дизельные генераторы, способные поместиться в багажнике автомобиля. После окончания выходных или летнего сезона такой генератор можно увезти обратно в городской гараж, чтобы там предохранить его от порчи или хищения.
2.2. Дизельные и бензиновые электрогенераторы