Альтернативная энергия на даче. Выбор собственной энергосистемы
У вас есть загородный дом, но нет возможности протянуть к нему линию электропередач? Подключение к централизованным сетям электроснабжения непомерно дорого? Мы расскажем вам, каким образом можно организовать собственное автономное энергоснабжение.
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 материальных инвестиций, затрат времени, как при покупке, так и при обслуживании системы. Таким образом, переход на собственную систему энергоснабжения – дело весьма ответственное и требующее вдумчивого подхода.
При создании собственной энергосистемы необходимо:
- Исследовать юридические и природные препятствия для установки собственной электростанции;
- Изучить 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 основе возобновляемых источников 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 бензоэлекгрический агрегат (как основной или резервный источник электроснабжения). Нужно будет также следить за состоянием аккумуляторной батареи (минимум обслуживания требуют фотоэлектрические батареи).
Иметь собственную электростанцию целесообразно, когда:
- В вашем районе нет сети централизованного электроснабжения или подключение связано с прокладкой новых линий электропередач и установкой дополнительной подстанции;
- Вы хотите быть независимыми от ваших местных электросетей;
- Местность, где находится ваш дом, богата ресурсами возобновляемой энергии;
- У вас есть стратегические решения, которые позволят вам не остаться без энергии, когда нет прихода возобновляемой энергии;
- Вы не теряете надежд; на то, что и в нашем государстве будут введены в действие механизмы стимулирования генерации; экологически чистой энергии. Такие существуют сейчас в развитых странах Европы, США, Китае Индии, Японии и многих других.
Когда нужна собственная энергия?
В последние годы стоимость подключения к сетям централизованного электроснабжения значительно возросла. Добавьте сюда и стоимость строительства и оборудования подстанции, и окажется, что для отдельных домов и небольших поселений подключение к сетям централизованного электроснабжения является непозволительной роскошью.
К сожалению, ресурса ветра не всегда достаточно для обеспечения надежного электроснабжения, а солнечная энергия может обеспечить потребности среднего дома в электроэнергии только с весны по осень (в зимнее время, когда возрастает энергопотребление, ресурсов солнца также не всегда хватает). Самым распространенным способом решения проблемы электроснабжения в таких случаях является использование генераторов переменного тока с приводом от бензинового или дизельного двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Однако такое решение требует высоких эксплуатационных расходов, связанных с доставкой топлива и частым ремонтом ДВС.
Для работы бытового холодильника с компрессором мощностью 100-200 Вт необходим круглосуточный режим питания и непрерывная работа ДВС в неэкономичном режиме, близким к холостому ходу. Многократного снижения расхода топлива можно добиться путем применения очень дорогих быстро заряжаемых АБ и мощного зарядного устройства. Использование стандартного блока автоматического пуска ДВС почти удваивает стоимость системы.
В такой ситуации, учитывая вероятностный характер возобновляемых источников энергии, относительную дороговизну оборудования возобновляемой энергетики, наиболее оправданным решение является создание гибридной энергосистемы на базе жидкотопливного (или газового) электрогенератора, а также фотоэлектрических батареи и/или ветроэлектрической установки. При этом фотоэлектрические батареи и ветроэлектрические установки выбираются исходя не из полной потребности в электроэнергии, а для обеспечения базовой нагрузки (например, освещение, радио, холодильник), а остальная энергия производится жидкотопливным электрогенератором.
В общем, 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 значительно более выгодна, чем подключение к сетям.
Плюсы создания собственной автономной системы электроснабжения:
- 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.
Состав энергосистемы
1. Источник электрической энергии. Их может быть несколько (основной и резервный):
- жидкотопливный генератор (бензо- или дизель- электрический агрегат);
- фотоэлектрическая батарея;
- ветроэлектрическая установка;
- микро- или малая гидроэлектростанция;
- термоэлектрический генератор.
Использование в энергосистеме жидкотопливного генератора (ЖТГ) позволяет:
- не зависеть от погодных условий;
- от ЖТГ можно осуществлять форсированный заряд аккумуляторной батареи, разрядившейся до опасного уровня. При этом ЖТГ будет работать с максимальной загрузкой, что обеспечивает минимальное удельное потребление топлива;
- питать относительно большую нагрузку – стиральную машину, производственный инструмент (станки и т. п.), утюг и т. д.;
- предусмотреть полезное использование тепла, производимого при работе ЖТГ путем установки теплообменника на выхлопную трубу, или использовать тепло охлаждающей жидкости ЖТГ (для моделей с жидкостным охлаждением). Таким образом, можно получить когенерационную установку, которая может повысить общую КПД на 30-50%.
2. Аккумуляторная батарея (АБ) с емкостью, достаточной для питания среднесуточной нагрузки. В системах на возобновляемых источниках энергии, в силу непостоянства возобновляемого ресурса, это необходимый элемент. Даже если основной источник – жидкотопливный генератор, наличие аккумуляторной батареи позволит включать его на непродолжительное время и при этом иметь непрерывное энергоснабжение.
3. Инвертор (преобразователь постоянного тока в переменный).
4. Зарядное устройство и контроллер заряда АБ.
5. Системы автоматического запуска и остановки генератора в зависимости от напряжения на аккумуляторной батарее.
6. Электротехническое оборудование – щиты, выключатели, предохранители, кабели, система заземления и т. д.
7. Нагрузка. В автономной системе электроснабжения необходимо использовать только энергоэффективные приборы. Например, использование ламп накаливания не рекомендуется, так как они потребляют ток в четыре раза больший, чем люминесцентные лампы. Несмотря на то, что обычно энергоэффективные приборы дороже, их использование может обернуться значительной экономией за счет снижения мощности источника энергии и емкости АБ.
Технически достижимый энергетический потенциал нетрадиционных и восстанавливаемых источников энергии в пересчете на условное топливо (млн. т у. т.)
Принцип работы автоматизированной системы электроснабжения
Блок-схема типичной автоматизированной системы электроснабжения на базе жидкотопливного генератора и аккумуляторов показана на рисунке.
Двигатель внутреннего сгорания (дизельный, бензиновый или работающий на сжиженном или природном газе) приводит во вращение электрогенератор переменного тока. Во время работы генератора, нагрузка питается напрямую от генератора через реле передачи, установленное в блоке бесперебойного питания. Одновременно происходит заряд аккумуляторных батарей. При этом микропроцессор блока бесперебойного питания управляет зарядным током так, чтобы не перегружать генератор и обеспечить эффективный заряд аккумуляторной батареи.
Двигатель запускается в автоматическим режиме от встроенного стартера генератора, питаемого от встроенной стартерной АБ. Одновременно блок управления дает команду на открытие клапана подачи топлива, после чего система переходит в режим генерации. Для увеличения срока службы основной АБ, блок управления постоянно контролирует величину напряжения на АБ и, в зависимости от напряжения, дает команду или на пуск двигателя и заряд АБ, или на выключение двигателя и прекращение заряда АБ. Верхнее и нижнее значения напряжения на аккумулятора выбираются в зависимости от его типа и характера нагрузки.
При длительной максимальной нагрузке во избежание быстрого разряда аккумуляторной батареи должна быть предусмотрена возможность принудительного ручного включения ДВС для подзаряда АБ, независимо от величины напряжения на АБ.
В такой автономной системе аккумуляторы работают в тяжелых циклических режимах. Поэтому необходимо применять аккумуляторы, хорошо работающие в этих режимах – гелевые или типа OPz. При применении аккумуляторов AGM нужно выставлять высокое напряжение для включения генератора, что может приводить к частым запускам генератора.