комбинировании ВИЭ и энергетических услуг по сходству характера генерирования и потребления энергии.
Проектирование системы энергоснабжения в полном соответствии с этими принципами под силу лишь опытным специалистам, но их можно свести и к ряду простых практических рекомендаций, доступных к использованию владельцем автономной "домашней" энергосистемы.
Чтобы получить максимальный эффект от теплового насоса (ТН), он должен использоваться для предоставления всех возможных с его помощью услуг: отопления, горячего водоснабжения и кондиционирования. В нашей климатической зоне мощность ТН выбирается по величине расчетной отопительной нагрузки. Однако, в отличие от систем централизованного теплоснабжения, ее следует выбирать не по температуре самой холодной пятидневки –23°С, а исходя из наиболее типичных зимних морозов до –10°С, максимум до –15°С. Такой мощности ТН будет вполне достаточно для удовлетворительной работы на протяжении 95% суток отопительного периода.
Для покрытия дефицита тепла в периоды более сильных морозов (не более двух недель самой холодной зимы) последовательно с ТН необходимо установить дополнительный котел (газовый, жидко- или твердотопливный либо электрический). Затраты на дополнительный котел небольшой мощности будут значительно меньше, чем разница между ценами тепловых насосов, рассчитанных на –23°С и –15°С, и с ним мы получим резервный источник теплоснабжения на случай выхода из строя ТН. Лучше, если это будет не электрический котел, чтобы снизить нагрузку на систему электроснабжения.
При выборе типа ТН предпочтение следует отдавать системам с грунтовым коллектором. Наибольшую эффективность и надежность обеспечат вертикальные коллекторы грунтовых вод либо грунтовых пород. Как источник бесплатной энергии к ТН можно подключить и солнечные коллекторы, способные полностью взять на себя нагрузку горячего водоснабжения в неотопительный период года (с мая по сентябрь).
Бескомпромиссной статьей расходов в смете теплонасосной системы отопления является ее автоматика. К сожалению, стоимость элементов, необходимых для интеллектуального управления отоплением может достигать стоимости самого ТН. Но следует учитывать, что без использования наружных и внутренних датчиков температуры, программируемых регуляторов отопления и центральной панели управления добиться максимального уровня комфорта и экономичности работы всей системы будет невозможно. И экономия при покупке обернется повышенными затратами при эксплуатации системы теплоснабжения.
Программа автоматического управления работой ТН должна быть настроена таким образом, чтобы нагрев воды в баке-аккумуляторе производился ночью, когда потребности в тепле для отопления и горячего водоснабжения (ГВС) минимальны, и в энергосистеме действует минимальный тариф на электроэнергию.
Главное преимущество солнечного коллектора (СК) — это способность преобразовывать 90–98% энергии солнечного излучения в тепло воды, в то время как самые лучшие фотоэлектрические панели в лабораторных условиях преобразуют в электроэнергию около 40% солнечного излучения, а недорогие панели — не более 15 %. Для водяных систем наиболее распространенными являются плоскопанельные и вакуумные СК. Первые из них дешевле и проще конструктивно, вторые — легче и более эффективны. Выбор одного из типов должен осуществляться в зависимости от площади и прочности поверхности, на которой будет установлен СК.
Наибольшую выгоду от СК можно получить летом, а также весной и осенью, используя его для подогрева воды в системе ГВС, бассейне и для технических нужд. Использовать СК для нагрева теплоносителя в домашней системе отопления крайне сложно. Во-первых, для отопления требуется больше энергии, а во-вторых, зимой интенсивность солнечного излучения по сравнению с летом снижается почти в 5 раз. Как следствие, требуемая для отопления площадь СК возрастает на порядок по сравнению с вариантом ГВС.
При проектировании системы ГВС важно учитывать высокую неравномерность потребления горячей воды в течение суток. СК дает самую дешевую тепловую энергию, но нестабильно, и период его максимальной производительности не совпадает с периодами максимального потребления горячей воды. Поэтому СК требует параллельного подключения бака-аккумулятора и резервного электрического или газового водонагревателя.
Однако если мы уже установили дополнительный источник тепла и обеспечили его подачей энергии, то рационально допустить его работу не только в пасмурные дни, но и по часу ежедневно. Исходя из этого, мощность солнечной системы следует рассчитывать не на максимальный расход горячей воды в утренние и вечерние часы, а на его среднесуточный уровень. В этом случае дважды в сутки на полчаса будет включаться дополнительный водонагреватель, но мощность солнечной системы уменьшится, как минимум, в два раза. На столько же будут снижены ее стоимость и срок окупаемости.
Одним из наиболее выгодных использований фотоэлектрических преобразователей является питание автономных осветительных приборов. Именно с трехдолларового садового грунт-маркера сейчас начинается знакомство с ВИЭ для большинства наших соотечественников. Однако не меньшую выгоду сулит использование солнечных элементов и для мощных уличных светильников.
В состав автономного наружного светильника входят: светодиодный источник света (лампа), фотоэлектрическая панель (мощностью в 4–5 раз больше, чем потребление лампы), аккумулятор (емкостью на 40 ч свечения лампы), контроллер заряда и блок управления включением/отключением.
Сейчас стоимость светодиодной лампы составляет около 60% общей стоимости автономного светильника, а фотоэлектрической панели — не более 20%. Однако цена светодиодных ламп ежегодно снижается и уже через 4–6 лет должна выйти на уровень цен нынешних ДРЛ. К тому же, вдвое должно снизиться их энергопотребление при той же светоотдаче. Но пока правильный выбор мощности лампы полностью определяет привлекательность и окупаемость установки светильника.
Главным преимуществом автономных наружных светильников является нулевое потребление электроэнергии из внешней сети, а в некоторых случаях даже возможность отдавать в сеть ее излишки. Использование светодиодов позволяют минимизировать затраты на замену ламп (гарантированный срок службы всех элементов светильника — 10 лет) и исключить такие нежелательные эффекты, как периодическое отключение перегревшейся ДРЛ, гул изношенного дросселя, неприятный цветовой спектр света.
Однако при прямом сравнении цены автономного светильника и экономии затрат на оплату электроэнергии средний срок его окупаемости составляет пугающие бытового потребителя 10–20 лет в зависимости от базового варианта традиционного светильника.
Но у автономных наружных светильников есть и другие преимущества, радикально влияющие на срок их окупаемости при создании новых систем освещения. Это — исключение прокладки подземных кабелей или воздушных линий электропередачи к столбам, снижение требований к прочности самих столбов, а также встроенные функции автоматического управления освещением (включение/выключение по таймеру, датчику освещенности или датчику присутствия). Если рассматривать затраты на создание системы электроснабжения традиционных светильников, особенно на большой территории, то срок окупаемости автономных светильников составит 3–4 года. Причем следующие 6–7 лет они не потребуют никаких других затрат.
Фотоэлектрическая установка (ФЭУ), конечно, может использоваться и для полной или частичной замены сетевого электроснабжения. В этом случае ФЭУ включает в себя фотоэлектрические панели, инвертор (с номинальной мощностью в два раза большей мощности панелей), аккумуляторную батарею (емкостью на 3–6 часов электроснабжения с полной нагрузкой), контроллер заряда. Для обеспечения более надежного электроснабжения ФЭУ необходимо дополнить бензиновым или дизельным генератором.
Для того, чтобы проект ФЭУ оказался окупаемым за приемлемое время, прежде всего, необходимо отказаться от идеи традиционной организации внутренней электрической сети, когда все электроприборы подключены к одному источнику. Внутреннюю сеть необходимо разделить на несколько подсетей, которые могут накладываться в пространстве, но будут объединять электроприборы со сходным характером потребления электроэнергии и требованиями к бесперебойности электроснабжения. Это позволит реализовать разные способы электроснабжения: только от фотоэлектрических панелей, с резервированием от аккумуляторов или от бензогенератора.
При наличии подключения к внешней сети электроснабжения для ФЭУ следует выделить группы маломощных потребителей либо потребителей, нуждающихся в энергии лишь время от времени. В этом случае затраты на сооружение ФЭУ будут относительно небольшими, и она сможет, с одной стороны, снизить затраты на электроэнергию, а с другой — станет резервным источником электроснабжения.
Вариант полной замены электроснабжения от сети на ФЭУ может оправдаться лишь при электрификации объекта, удаленного от существующих электрических сетей, либо расположенного в энергодефицитном районе. Средняя стоимость воздушной линии 0.4 кВ для подключения к сетям централизованного электроснабжения составляет $15–25 тыс за 1 км. В то же время стоимость ФЭУ из 110–120 фотоэлектрических модулей с установленной (пиковой) мощностью около 20 кВт составляет $80–100 тыс. Таким образом, ФЭУ может себя окупить, если только расстояние до ближайшего трансформаторного пункта превышает 5 км или просто нет другого варианта организации электроснабжения.
Общие принципы использования ветроэнергетической установки (ВЭУ) для полной или частичной замены электроснабжения от сети не отличаются от приведенных для ФЭУ. Отличие состоит лишь в том, что в нашем климате ВЭУ обладает намного большим энергетическим ресурсом, т.к. не ограничена светлым временем суток и ясным небом. Более того, чем хуже погода для работы ФЭУ, тем обычно лучше она для ВЭУ.
Для замены электроснабжения от сети ветрогенетратор должен быть дополнен аккумуляторной батареей, зарядным устройством и инвертором. При выборе ветрогенератора следует учитывать, что на номинальную (паспортную) мощность большинство из них выходит при скорости ветра 10–12 м/с. В то же время средняя скорость ветра в нашем регионе не превышает 5 м/с. Поэтому вырабатываемая ветрогенератором электрическая мощность на практике оказывается в 5–10 раз меньше номинальной.
Одним из старейших и самых эффективных вариантов использования энергии ветра является комбинирование ВЭУ с системой автономного водоснабжения. Такая система, кроме скважины и скважного насоса, должна включать напорный бак-аккумулятор, установленный выше верхней точки разбора воды, и подкачивающий насос водопровода.
Когда ветер дует, вырабатываемая ВЭУ электроэнергия питает скважный насос, и вода закачивается в напорный бак-аккумулятор. От ВЭУ также питается подкачивающий насос, создающий требуемое давление в водопроводе. Когда ветра нет, накопленная в баке-аккумуляторе вода подается в водопровод с естественным напором, обеспеченным перепадом высот.
Преимуществом такой комбинации перед включением насосов в общую сеть, питаемую от ВЭУ, является отсутствие аккумуляторной батареи и промежуточных преобразований электроэнергии в ней, в зарядном устройстве и в инверторе, а значит, более низкая цена и высокий КПД системы. Учитывая это, можно даже рекомендовать установку отдельной маломощной ВЭУ для водоснабжения при наличии мощной ВЭУ или ФЭУ, используемой для общего электроснабжения.
В этой статье мы постарались представить некоторые практические рекомендации, позволяющие уже сегодня построить доступную и экономную систему автономного энергоснабжения на базе возобновляемых источников энергии. Но как показывает практика, чтобы правильно выбрать и рассчитать пропорции рекомендованных комбинаций различных возобновляемых и традиционных технологий энергоснабжения, мощность и способы работы каждой из составляющих "домашней" энергосистемы, недостаточно просто открыть соответствующий СНиП или ГОСТ.
Необходимо учесть особенность выбранных источников энергии, критично подойти к номинальным характеристикам энергоустановок, принять во внимание специфику географических и климатических условий и, главное, верно оценить потребности в энергетических услугах в каждом конкретном случае. Сделать это без достаточного опыта реализации подобных проектов невозможно. И именно таким опытом обладает компания "Бурэнерго".
Для своих клиентов ООО "Бурэнерго" предлагает полный комплекс решений по обеспечению услуг тепло-, водо- и электроснабжения за счет возобновляемых источников энергии с различной степенью автономности. Компания знает как и может:
Немає коментарів:
Дописати коментар