Директор-Инфо №7'2008
Директор-Инфо №7'2008
Поиск в архиве изданий
Разделы
О нас
Свежий номер
Наша аудитория
Реклама в журнале
Архив
Предложить тему
Рубрикатор




.





 

Энергетическая автономия. Часть 1

Олег Татарников

Жизнь в загородном доме привлекательна по массе причин, особенно если создать в нем городской комфорт. Для этого приходится призывать на помощь новые технологии.

По мере освоения удаленных уголков России, возникает все больше проблем, связанных с отсутствием или неразвитостью инфраструктуры, удаленностью или перегруженностью коммуникаций. Необходимость самостоятельно проводить электричество и воду к собственному дому часто превращает проект его строительства в чрезмерно дорогой и нецелесообразный. Более того, в ряде случаев отсутствует техническая возможность обеспечения электроэнергией и водой даже относительно близких к городам и привлекательных с транспортной точки зрения поселений. По этой причине, например, заморожено немало объектов даже вблизи Москвы, а освоения некоторых районов не происходит вовсе.

Процесс исхода граждан из городов в собственные загородные дома мог бы быть гораздо активнее, если бы в них удалось наладить эффективное автономное тепло- и энергоснабжение, так как проблемы с питьевой водой относительно просто решаются (покрывать потребность могут грунтовые или артезианские источники), а телекоммуникации можно наладить по спутниковым или радиорелейным каналам.

Об автономном электроснабжении при строительстве дома стоит задуматься сразу, если стоимость прокладки/подключения к электросетям приближается к 10 тысячам долларов, или ее слишком долго ждать, или возникают непредвиденные трудности бюрократического характера. А такое бывает не только в удаленных районах.

По грубым прикидкам, если не отапливать дом электричеством (а для этого, даже при подключении к централизованной энергосети, у нас выгоднее использовать газ, котельные на жидком топливе или дровах), то на основные «блага цивилизации» его нужно совсем немного — около 5 кВт (кстати, в ряде случаев и выделяемая для централизованного подключения мощность ограничена 6 кВт, что исключает использование электричества в качестве источника энергии для основного отопления). При необходимости электрического отопления необходимая мощность возрастает до 15–20 кВт.

А сделать автономную систему мощностью в 5–6 кВт за разумные деньги (до 10 тысяч долларов) вполне реально, причем при более скромных запросах стоимость такой системы падает в разы и не превышает стоимости подключения к централизованному энергоснабжению. Если же требуется обеспечить высокую мощность (необходимую, в частности, для отопления жилища), то эффективнее применять комбинированную систему, с использованием нескольких альтернативных источников энергопитания и теплоснабжения (например, объединить фотоэлектрические солнечные батареи, ветроэлектрические установки, геотермальные тепловые насосы, микроГЭС и др.). В России многие альтернативные источники энергии до сих пор остаются экзотикой, но в Европе подобные системы получают все большее распространение, все сильнее развиваются и становятся все более эффективными (особенно с ростом цен на газ и жидкое топливо). У нас же самый распространенный тип мини-электростанций в автономных системах — бензиновые или дизельные генераторы, а для отопления применяют котельные на том же «нефтяном» топливе. Но не следует забывать, что, даже при относительно низкой у нас цене на топливо, использовать такие системы для постоянной генерации электроэнергии довольно дорого и неэффективно. Кроме того, для подобных генераторов и котельных необходимо не только закупать и доставлять топливо, но и хранить его в достаточном количестве в безопасных условиях.

При подключении к централизованной подстанции бесперебойное электроснабжение совсем не гарантируется: чаще всего в загородных электросетях используются старые, маломощные трансформаторы, да и сами эти сети, как правило, изрядно обветшалые, находятся почти в аварийном состоянии (нередки аварии на старых подстанциях или обрывы ветхих проводов) и не способны выдержать возросших нагрузок. Относительно стабильные централизованные энергосети в нашей стране никакого доверия тоже не заслуживают: зачастую в них скачет напряжение, выводя из строя хрупкую электронную технику, или питание вообще на некоторое время пропадает. Мало того, официально индивидуальные жилые дома (впрочем, как и многоквартирные) относятся к наименее приоритетной, третьей категории надежности электроснабжения, что допускает их отключение от электроэнергии на срок до суток (например, при проведении ремонтных работ или замене элемента системы энергоснабжения) без права предъявления каких-либо претензий со стороны потребителей.

Таким образом, при наличии электрогенератора, или котельной на жидком топливе, или даже при условии централизованного подключения следует задуматься о создании систем резервного или аварийного электроснабжения, возможно, относительно маломощного, но позволяющего организовать стабильное и бесперебойное энергопитание основных потребителей электроэнергии независимым источником.

Кроме того, у некоторых относительно дешевых маломощных альтернативных источников энергии есть такая область применения, как безопасная «консервация» помещения в случае длительного отсутствия хозяев. Например, поддержание температуры +5 °С внутри помещения геотермальным тепловым насосом с фотоэлектрическим питанием позволит вам содержать «дом выходного дня» в жилом состоянии без использования пожароопасного газа или жидкого топлива.

Расчет необходимой мощности

Прежде чем осуществить выбор энергетической системы, владелец дома должен определить, какие его нужды будут удовлетворять электроприборы. Оптимальное решение этого вопроса лежит на пересечении желаемого и возможного. Ограничений сверху не избежать в любом случае, поэтому задача сводится к определению того минимума электроприборов, без которого владельцу будет затруднительно обойтись, а уж потом наращивать свои потребности исходя из возможностей или местной специфики (наличия/отсутствия магистрального газа, стоимости топлива, электроэнергии и т. д.).

Такие пожелания, как использование охранных видеосистем, электромоторы для открывания ворот, применение датчиков движения для зажигания света и прочие, относятся скорее к оптимизации структуры потребления электроэнергии, которая довольно сложна и решается профессиональными проектировщиками, поэтому они лежат за рамками данной статьи.

Однако значение потребляемой мощности отдельных устройств само по себе особой ценности не представляет, так как для расчета энергосистемы важнее знать значение суммарной мощности всех потребителей, подключаемых одновременно, и распределение устройств, работающих определенное время.

Обычно сводные таблицы потребления составляются за сутки и за неделю (так как есть устройства, работающие периодически как насколько раз в день, так и несколько раз в неделю).

Требуемая в неделю энергия определяется как произведение мощности устройств и времени их работы. Далее все эти данные суммируются для вычисления полной нагрузки.

Из базовых электроприборов основными потребителями являются многочисленные электрические лампочки. Поэтому главным фактором для снижения потребления при условии жестких ограничений является использование энергосберегающих ламп, которые снижают энергопотребление в быту в среднем на 30 % (энергосберегающие лампы мощностью 5–7 Вт дают световой поток, аналогичный обычным лампам мощностью 20–30 Вт). Для еще большего снижения энергопотребления ламп освещения постарайтесь оптимизировать их расположение, используйте локальное освещение, установите датчики движения, таймеры для отключения неиспользуемого освещения и т. д.

Вторым по потреблению электроприбором в доме традиционно является холодильник. Учтите, что компрессорный холодильник в момент запуска потребляет мощность в 7 раз больше паспортной. Здесь тоже есть пути для экономии. Например, энергопотребление экономичного холодильника Liebherr 1740 составляет всего 84 кВт · ч, то есть почти вдвое меньше, чем усредненный минимум. И хотя такие энергосберегающие холодильники обойдутся дороже, чем обычные, но в условиях жестких ограничений они будут важным фактором для снижения потребления.

Тем, кто часто смотрит телевизор или подолгу использует компьютер, можно посоветовать перейти на ЖК-технологии, а вместо компьютера использовать ноутбук.

А вот такие приборы, как кофеварка, тостер, СВЧ-печь, утюг или пылесос, на самом деле существенного влияния на общее энергопотребление не оказывают, но необходимо следить, чтобы они не включались одновременно (не создавали пиковых нагрузок).

Такую таблицу для своих устройств вы можете составить самостоятельно или воспользоваться онлайновыми калькуляторами для расчета систем альтернативного электропитания (http://www.solarhome.ru/ru/pv/pv_calc.htm).

Фотоэлектрические системы (солнечные батареи)

Фотоэлектрические гелиосистемы (солнечные батареи) встречаются у нас значительно реже традиционных генераторов на жидком топливе. Однако даже в нашем климате эти источники могут эффективно использоваться как дополнительные или резервные, покрывающие потребности в электричестве в часы пиковых нагрузок. В такие системы помимо солнечных батарей обычно входят аккумуляторы и инвертор, который преобразует постоянный ток, вырабатываемый солнечной батареей, в переменный. Отдельный блок контролирует заряд аккумуляторной батареи, чтобы поддерживать ее в работоспособном состоянии.

В настоящее время, особенно в связи с постоянным повышением мировых цен на энергоносители, возможности практического использования солнечной энергии представляют особый и долгосрочный интерес. Современные высококачественные гелиосистемы, фотоэлектрические отопительные коллекторы и согласованная с ними общая система электро- и теплоснабжения позволяют рассматривать хозяйственное использование солнечной энергии уже не как дело будущего, а как реальность, испытанную в повседневной практике. Учитывая, что цены на топливо в перспективе будут повышаться и у нас, капиталовложения в солнечную установку можно считать инвестицией в будущее.

При помощи коллекторов, например, энергия солнечного излучения превращается в тепловую и служит для отопления помещения (особенно эффективно применять такие безопасные системы для долгосрочной «консервации» помещений). А если солнечную установку оснастить емкостным водонагревателем с комбинированным способом работы (с дополнительным подогревом на газе, жидком топливе или электроэнергии), то такую систему можно использовать независимо от сезонных колебаний количества энергии, поступающей от Солнца.

Усредненная характеристика гелиоресурсов для территорий от средней полосы до юга России показывает, что суммарная солнечная радиация, поступающая на горизонтальную поверхность, за год составляет в среднем 1 000–1 500 кВт·ч на квадратный метр (значение среднего количества пиковых солнечных часов в вашей местности можно взять из метеорологических карт или таблиц). Так что с учетом КПД современных установок и потерь на инверторах можно снимать до 200 кВт·ч в год с одного квадратного метра солнечного модуля. Причем гелиосистемы в настоящее время во всем мире активно совершенствуются, так что в недалеком будущем следует ожидать появления систем нового поколения, значительно более эффективных.

Из недостатков гелиосистем можно отметить их высокую стоимость (1 Вт проектируемой мощности обходится сегодня примерно в 4–5 долларов), потребность в большой площади для установки солнечных модулей и необходимость накопления энергии для круглосуточного обслуживания электроприборов. Однако при включении солнечных батарей в различные гибридные системы электроснабжения общая стоимость гелиосистемы снижается в 2–4 раза (при этом, например, стоимость забранной электроэнергии от стационарной электросети вполне компенсируется при работе гелиосистемы в автономном режиме).

К достоинствам гелиосистем следует отнести их высокую надежность (заявленный ресурс солнечных батарей составляет 15–20 лет), бесшумность и экологичность.

Мощность гелиосистем, задействованных в общей энергосистеме дома, в отличие от традиционных бензиновых или дизельных генераторов, а также других альтернативных источников питания (таких, например, как ветровые электроустановки), можно наращивать постепенно, по мере необходимости.

В условиях средней полосы России солнечные батареи выгоднее использовать в весенне-летний период, когда они выдают свою паспортную мощность в среднем 5,5 часов в день (с учетом пасмурных дней). Для широты Москвы самым эффективным является период с марта по сентябрь включительно, когда солнечная активность наиболее высока. Например, для фотоэлектрического модуля мощностью 500 Вт суточный приход энергии в этот период будет равен:

5,5 х 500 = 2,75 кВт·ч/сутки.

Солнечные батареи обычно устанавливают на южную сторону крыши, под углом 30–60 градусов к горизонту (наклон 60 градусов делается для всесезонной эксплуатации, с учетом более низкого наклона солнца зимой и предотвращения накопления снега), обеспечивая свободную циркуляцию воздуха под модулями для их естественного охлаждения. Для накопления энергии используются аккумуляторы, а для преобразования постоянного тока в переменный — инверторы с солнечным контроллером (все это можно установить на чердаке дома или в служебном помещении).

Для обеспечения работы в пасмурные дни должно быть установлено соответствующее количество аккумуляторов (с запасом по мощности с учетом КПД аккумуляторов 85 %). Для того чтобы заряжать аккумуляторы от солнечных батарей, преобразователю напряжения необходим солнечный контроллер, который обеспечит максимальный ток заряда в соответствии с мощностью солнечных батарей. Кроме того, необходимо рассчитать запас по мощности инвертора для обеспечения больших пусковых токов насосов, компрессорных холодильников, кондиционеров, СВЧ-печей и других приборов, которые могут в несколько раз превышать их номинальные токи.

В реальных условиях мощные потребители включаются редко и в среднем запасенная в аккумуляторах солнечная энергия перекрывает потребности пользователя. Однако в пасмурные дни мощность солнечных батарей падает примерно в три раза.

Инвестиционная привлекательность

Так как Россия является нефтедобывающей страной и развитию фотоэлектрических гелиосистем у нас не уделяется достаточно внимания со стороны государства, возможно, говорить об инвестиционной привлекательности солнечных электростанций у нас рано.

Однако если обратиться к европейскому опыту, то варианты, когда на объекте, подключенном к сети централизованного электроснабжения, солнечные батареи используются для генерации электроэнергии для собственных нужд, а избыток электроэнергии продается электросетям, уже давно не редкость.

Например, в Испании даже сформировался рынок лицензий на строительство промышленных фотоэлектрических станций, подключаемых к энергосети для продажи электроэнергии. Продажа лотов на строительство таких станций потенциальным инвесторам начиналась с цены в один евро за Вт, но в отсутствие инвесторов на такую цену рынок лицензий вышел на уровень 0,6 евро/Вт. Продажа лотов по такой цене была успешной, и часть такиx проектов уже нашли своих инвесторов.

Продолжение следует