Содержание

Какую электростанцию выбрать для частного дома

Несмотря на существование специальных программ, которые направлены на развитие сел и деревень, централизованные сети электроснабжения есть не везде. А там, где они наличествуют, нередки перебои в подаче электричества. Именно поэтому все большее число домовладельцев предпочитает купить автономную электростанцию. Однако ассортимент оборудования, представленного на рынке настолько широк, что выбрать подходящий вариант очень непросто.

Какие параметры учесть при покупке? На что обратить внимание? Почему при равной мощности некоторые генераторы стоят дороже? Вопросов возникает множество. И чтобы ответить на них предлагаем рассмотреть подробнее основные критерии выбора.

Мощность как главная характеристика

Прежде всего, необходимо определить задачи, для решения которых будет использован генератор. Это оборудование применяют для постоянного или резервного снабжения электроэнергией. Во втором случае достаточно небольшой мощности. К примеру, чтобы запитать 2-3 лампы накаливания, холодильник и телевизор, требуется 2-3 кВт энергии.

Сложнее рассчитать необходимую мощность устройства при постоянном автономном энергоснабжении. В этом случае следует определить суммарное пиковое потребление электричества. При этом важно знать, что номинальное электропотребление бытовых приборов возрастает в момент пуска.

Рассмотрим в качестве примера современные холодильники класса А+++. Они потребляют 25-30 Вт (0,025-0,03кВт) в час. Но в момент пуска двигателя мощность возрастает в 3-3,5 раза. Поэтому при расчете пиковой нагрузки для всего дома, следует номинальную мощность электроприбора умножить на соответствующий коэффициент:

  • для бытового электроинструмента (дрели, болгарки и т.д.) — 1,3;
  • пылесосы — 1,5-2;
  • насосные агрегаты — 1,3;
  • бытовые станки мощностью до 2,5 кВт — 1,4.

После расчета пикового потребления, к полученному числу необходимо прибавить 15-20%. Это минимальный запас, который позволит обойтись без замены генератора при покупке дополнительной бытовой техники для дома.

Обратите внимание! Производители нередко указывают полную мощность генератора, которую измеряют в киловольт-амперах (кВА). Потребителю же, планирующему выбрать электростанцию, необходимо ориентироваться на активную мощность оборудования, измеряемую в киловаттах (кВт). Разница между первым и вторым показателем возникает из-за линейных и нелинейных искажений, образующихся при подключении нагрузки. С полной отдачей генератор работает всего несколько секунд после запуска. Если характеристики электростанции указаны в кВА, следует умножить число на 0,8. Таким образом, вы узнаете активную мощность агрегата в кВт.


Бензин или дизель — вот в чем вопрос…

По виду используемого топлива генераторы делятся на бензиновые, дизельные, газовые и альтернативные. Последние используют энергию солнца, ветра и т.д. Но наибольшее распространение сегодня получили первые два типа электрогенераторов. Их мы и рассмотрим подробнее, чтобы помочь вам выбрать генераторы для дома.

Бензиновые электростанции, как правило, имеют невысокую мощность — до 10-12 кВт. Их отличает доступная стоимость. Однако из-за большей цены топлива в эксплуатации они заметно дороже дизельных установок. Последние, напротив, дороже при покупке, но дешевле в использовании. Также следует отметить более высокую мощность ДГУ. Средняя производительность бытовых моделей варьируется от 5 до 30 кВт.

Отсюда можно сделать вывод: если вы планируете выбрать и купить электростанцию для постоянного автономного электроснабжения, лучше предпочесть модель, которая работает на дизельном топливе. А в тех случаях, когда генератор нужен время от времени, можно приобрести бензиновый вариант.


Синхронный или асинхронный — что выбрать?

Чтобы ответить на этот вопрос, необходимо рассмотреть плюсы и минусы и тех и других генераторов.

Главное преимущество синхронных генераторов состоит в устойчивости к перегрузкам, которые возникают при включении индукционных бытовых приборов. Агрегаты этого типа способны без всякого ущерба выдерживать двукратную нагрузку. Что касается недостатков, то следует отметить чувствительность к условиям размещения. Охлаждение синхронных генераторов происходит за счет воздуха, который втягивается внутрь агрегата. А это значит, что частички пыли, воды, песка и другие микрозагрязнения попадают в двигатель. В результате увеличивается трение и, как следствие, износ деталей.

Асинхронные генераторы производят более стабильный ток. Их рекомендуют установить в доме в том случае, когда необходимо запитать «тонкую» технику, чувствительную к перепадам напряжения. Конструкция таких агрегатов проще, а потому они надежнее и долговечнее. Но есть и минус — оборудование асинхронного типа чувствительно к перегрузкам. Для решения этой проблемы генераторы оснащают системой стартового усиления.


И все же, какой генератор лучше поставить в загородном доме?

Оборудование для индивидуального электроснабжения следует приобретать в соответствии с потребностями конкретного дома. Если вы хотите купить резервный источник энергии, чтобы не сидеть в темноте при перебоях в работе центральной магистрали, ваш выбор — бензиновый агрегат мощностью до 5 кВт. Если же электростанция требуется для постоянного энергоснабжения, следует выбрать более мощную установку, работающую на дизельном топливе.

Кроме того, перед покупкой стоит изучить дополнительные опции. К примеру, на современном рынке можно выбрать оборудование, которое оснащено:

  • встроенной защитой от коротких замыканий и перегрузок;
  • монитором, на котором отображены основные параметры работы;
  • шумоизоляционным или защитным кожухом;
  • системой автоматического пуска;
  • выносным топливным баком, увеличивающим длительность работы без дозаправки;
  • системой принудительного жидкостного охлаждения.

Важно отметить, что чем сложнее устройство, тем дороже оно стоит. А цена — это тоже немаловажный критерий выбора оборудования. Поэтому следует подумать, что именно из перечисленных выше опций вам необходимо, а без чего можно обойтись.

Солнечные электростанции для дома. Виды и устройство. Как выбрать

Альтернативные источники электрической энергии с каждым днем становятся все популярнее. Владельцев частных домов не привлекает высокая цена одного киловатта электричества. Одним из таких альтернативных источников являются солнечные электростанции для дома. Стоимость оборудования такой электростанции довольно высока, а сложность подбора и установки требует профессионального подхода.

Разобравшись с принципом работы, и подобрав подходящие составляющие элементы станции, можно самостоятельно установить все оборудование. Конечно, для этого необходимо обладать определенными навыками установки электрических устройств. При их отсутствии можно обратиться к профессионалам, но это обойдется дороже.

Общее устройство

Рис-1

Структурно солнечные электростанции для дома состоят из следующих необходимых элементов:

  • Солнечные панели. Их число и размеры зависят от проектируемой мощности этой электростанции, а также от солнечной активности, характерной для данного географического региона. Такой солнечный модуль можно сделать самостоятельно, собрав его из кремниевых светочувствительных элементов.
  • Комплект аккумуляторных батарей требуется для обеспечения потребителей дома электрической энергией во время пасмурной погоды, в темное время суток, а также в аварийных случаях или при перегруженности системы и снижении напряжения ниже границы надежного функционирования бытовых электрических устройств.
  • Инвертор выполняет преобразование постоянного напряжения, поступающего от солнечных элементов, в переменное напряжение, необходимое для эксплуатации бытовых приборов и устройств.
  • Контроллер обеспечивает необходимый уровень заряда батарей.

Получение бесплатной электрической энергии от солнечной электростанции связано со значительными затратами на покупку составляющих ее элементов. При правильной установке и бережной эксплуатации солнечная электростанция быстро окупается. Об этом свидетельствуют многочисленные отзывы владельцев этого оборудования. В среднем срок эксплуатации солнечных панелей составляет 50 лет, батарей аккумуляторов не более 10 лет, в зависимости от марки и типа батарей, а также от режима работы.

Устанавливая солнечные электростанции для дома, необходимо наличие небольшого помещения для установки в нем батарей аккумуляторов, инвертора и распределительного щита с коммутационными и защитными устройствами.

Классификация

Солнечные электростанции делятся по принципу работы и конструктивным особенностям. Рассмотрим основные разновидности таких систем.

Башенные

Это название электростанция получила из-за центральной башни, находящейся в центре зеркал с большой площадью.

В светлое время суток система управления регулирует расположение зеркал к солнцу таким образом, чтобы угол отражения света соответствовал попаданию солнечных лучей на котел, закрепленный на верхней части башни. В яркий солнечный день температура внутри котла может достигать 700 градусов. Вода, играющая роль теплоносителя, при такой температуре переходит в парообразное состояние.

С помощью специальных насосов водяной пар подается  на турбину, приводящую в действие генератор электрической энергии. Такая схема работы позволяет достичь КПД 20%. Она может использоваться для генерирования электрической энергии жилых домов и небольших промышленных объектов.

Тарельчатые

Принцип действия тарельчатых солнечных электростанций аналогичен башенным системам с небольшими отличиями. В них применяется модульная система, включающая модули из отдельно собранных отражателей в форме тарелки и приемника лучей солнца. Зеркало имеет диаметр, достигающий двух метров. Отдельные группы модулей могут быть объединены в одну электрическую сеть.

Такие электростанции изготавливают в мобильном или стационарном исполнении. Мобильные станции удобны для использования их в поисковых экспедициях, проводящих работы в районах с большим числом солнечных дней.

Панельные солнечные электростанции для дома

Их устройство состоит из отдельных фотоэлектрических полупроводниковых преобразователей, выполненных на монтажных платах. При группировании их в одну сеть можно изготовить источник электрического тока мощностью в десятки мегаватт. Такие солнечные панели можно устанавливать в различных местах: на воде, на крыше автомобиля, на здании дома и даже в космосе.

Они удобны для решения бытовых задач по полному обеспечению электрической энергией собственного дома. Солнечные панели преобразуют солнечные лучи в постоянный ток, поступающий в батареи аккумуляторов. Непосредственно от панелей, минуя аккумуляторы, могут работать только маломощные электрические устройства, например, калькулятор или часы.

Контроллер следит за процессом зарядки аккумуляторов, не позволяя им перезарядиться или полностью разрядиться. Такой контроллер можно заменить силовым диодом. Это значительно уменьшит стоимость конструкции. Но для этого хозяину дома нужно будет постоянно следить за процессом заряда батарей самостоятельно.

Аккумуляторные батареи предназначены для основного питания электричеством всего дома и бытовых устройств. Но основная часть бытовых потребителей электроэнергии способна функционировать от переменного напряжения 220 вольт. Для преобразования постоянного тока батарей аккумуляторов в переменный ток, служат инверторы. Они необходимы для подачи питания к мощным бытовым устройствам: пылесосам, стиральным машинам, холодильникам и т.д.

Напрямую от аккумуляторов можно подключать только устройства, снабженные блоками питания на низкое напряжение: 24 или 12 вольт. Такими потребителями могут быть зарядные устройства, радиоэлектронные устройства, компьютеры.

Виды солнечных панельных электростанций
Солнечные электростанции для дома наиболее удобны в панельном исполнении. Они делятся на виды по следующим признакам:
  • Автономные солнечные электростанции для дома (Рис-1). Их конструкция состоит из солнечных панелей и накопительных батарей аккумуляторов. Это дает возможность создания абсолютно независимых систем снабжения электрической энергией от внешних источников.Значительным недостатком автономных станций является высокая стоимость оборудования, так как основную часть стоимости составляют накопители (аккумуляторы) электроэнергии, стоимость которых высока.
  • Сетевые. Эти солнечные электростанции для дома не имеют в составе дорогих аккумуляторных батарей. Они используются для работы в стационарных электрических сетях. Накопленная солнечная энергия поступает для работы различных потребителей. При излишках электричества, часть его передается в общую сеть, а при нехватке – забирается из сети недостающая часть.При этом общая электрическая сеть играет роль накопителя электроэнергии. Недостатком такой системы является зависимость от работы стационарной сети и наличия в ней электроэнергии. Сетевые электростанции используют для питания небольших домов с мощностью потребления около 10 киловатт.

  • Гибридные. В таких электростанциях сочетаются две рассмотренные выше схемы. Это позволяет уменьшить полную стоимость станции и компенсировать аварийные ситуации, например, при повреждении стационарной сети или при больших токовых перегрузках.
Параболические концентраторы

Такие солнечные электростанции для дома изготавливаются в виде цилиндрического отражателя, изогнутого по параболе. Отражатель концентрирует солнечные лучи в определенном фокусе.

Вдоль концентратора проложена труба с теплоносителем, который состоит из технического масла. Теплоноситель нагревается, тем самым нагревает воду, от чего вода превращается в пар. Далее энергия преобразовывается в парогенераторе.

Как выбирать солнечные электростанции для дома
  • Определить величину наибольшей расходуемой энергии бытовыми устройствами, работающими одновременно с учетом добавки на мощность запуска. По этому параметру подбирается тип солнечных панелей электрической станции
  • Рассчитать наибольшую суточную нагрузку расхода электроэнергии в киловаттах в час.
  • При подборе готовых комплектов электростанций необходимо учесть время работы оборудования: сезонно или круглый год.
  • Заблаговременно необходимо определить среднемесячную и среднегодовую активность солнца, получив консультацию в метеослужбе.
  • При подборе накопительных батарей следует обратить внимание на низшую границу саморазряда. Батареи должны сохранять заряд не менее четырех дней. Оптимальным вариантом являются аккумуляторы марки GEL. Они неприхотливы для тяжелых условий работы, не подвержены негативным факторам внешней среды, в отличие от других марок.
  • Подбор преобразователя энергии (инвертора) зависит от числа устройств с повышенным пусковым током. Если таких устройств много, то нужно выбрать синусоидальный преобразователь. Его мощность должна быть выше пусковой мощности подключаемого устройства. Если обычная мощность равна 600 ватт, то пусковая мощность будет около 2 киловатт. При этом следует выбрать инвертор с пусковой мощностью выше 2 киловатт.
  • Для качественного выбора контроллера следует разделить мощность солнечных панелей на напряжение батарей аккумуляторов. При этом мы определим наибольший показатель рабочего тока заряда, который способен выдержать контроллер.
Похожие темы:

Солнечные электростанции для дома — доставка и установка по всей Украине

Сегодня поиск альтернативных источников энергии является приоритетным. Использование энергии солнца становится все более популярным и находит реализацию в установке фотопанелей. Автономная солнечная электростанция незаменима в тех ситуациях, когда нет возможности подключиться к электросети общего пользования. Она является источником качественной и стабильной электроэнергии. Солнечные электростанции применяются, если имеют место полное отсутствие электросети, перебои с электроэнергией, нехватка мощности. Качественно подобранная и установленная система полностью решит вопрос с электроснабжением. Компания «Солар-Тек» предлагает оборудование от ведущих производителей, а также солнечные электростанции под ключ. Сотни клиентов уже смогли убедиться, что с нами выгодно сотрудничать.

 

Комплектация автономной гелиосистемы

Чтобы создать качественную и надежную автономную солнечную электростанцию для дома, необходимо позаботиться о сбалансированной сборке панелей и оборудования. Фотомодули обычно устанавливаются на крышу с помощью кронштейнов и специальных крепежей. Чтобы обеспечить автоматизацию процесса, понадобится инвертор. Коммутация обеспечивается с помощью коннекторов и кабелей. Независимость от линий электроснабжения возможна благодаря накопительным аккумуляторным батареям.

Стоимость станции будет напрямую зависеть от количества и производительности оборудования. Срок ее эксплуатации оценивается в 30 лет. Гарантия — до 10 лет.

Кроме крыши, электростанции можно размещать на земле и трекерах. Главное — свободный доступ света. Важный фактор — ориентация фотоэлектрической системы. От него зависит параметр пикового времени генерации.

Чтобы создать у себя качественную гелиосистему, необходимо учесть следующие параметры:

  • мощность и тип панелей;
  • модель инвертора;
  • емкость аккумуляторных батарей;
  • выработку электроэнергии за месяц в зимний и летний период, за 8 и 12 месяцев.

Правильно подобранная и укомплектованная автономная гелиосистема способна обеспечить бесперебойное снабжение током весь перечень бытовых предметов.

Солнечные электростанции — выгодное капиталовложение

В последние годы гелиосистемы становятся все популярнее, правительства многих стран, и Украины в том числе, поддерживают проекты с установкой панелей. Такой успех объясняется полной экологичностью и высокой эффективностью систем. Ведь можно не только обеспечить свой дом, но и продать излишки электроэнергии. Еще один несомненный плюс — быстрая окупаемость: приблизительно в течение 3–5 лет. Системы надежные, работают без потери качества не менее 25 лет. Наконец, они универсальны, ведь могут быть использованы не только в частном жилищном секторе.

Автономные электростанции обеспечивают бесперебойность и автономность электроснабжения, обладают высокой производительностью, позволяют экономить, учитывая, что тарифы на электричество растут. Компания Solar-Tech предлагает качественные автономные солнечные электростанции по выгодной стоимости. В комплект поставки входит:

  • набор батарей;
  • контроллер;
  • инвертор;
  • аккумулятор;
  • документация.

Компания предоставляет полноценную гарантию. Наши консультанты охотно ответят на все ваши вопросы, касающиеся автономных солнечных станций в Украине. Доставка осуществляется по адресу в пределах Киева и области, а также по всем регионам страны.

Специалисты обеспечат полный цикл сделки как для частных клиентов, так и для бизнеса. Предлагаем бесплатный выезд на объект для оценки потребностей. Разрабатываем проект, берем на себя все вопросы, в том числе то, что касается документации.

Автономная солнечная электростанция для Дома

Ваша собственная автономная энергосистема

Автономная солнечная электростанция от NEOSUN – это готовая и легко масштабируемая система мощностью от 5кВт до 30кВт, гарантирующая стабильное энергоснабжение 365 дней в году, именно в том месте, где Вы хотите иметь свой дом и независимо от наличия городской электросети.

Когда живешь далеко от городской сети (или работа этой сети не стабильна), особенно важно уделить внимание выбору системы хранения энергии.

Продвинутые литий-ионные аккумуляторы NEOSUN Home ESS в привлекательном белом корпусе, разработаны специально для установки в домашних условиях. Передовые технологии и встроенная в каждый модуль батареи BMS, обеспечивают срок службы аккумуляторов в 20 лет и более. Это гарантирует бесперебойное энергоснабжение во время аварийных отключений энергии, стихийных бедствий и даже Зомби апокалипсиса.

Особенности:

Современные Li-ion Аккумуляторы

Интегрированная в каждый модуль BMS, обеспечивает глубину разряда батареи в 90% (DoD) и срок службы более 6000 циклов. Это означает более 20 лет беспрерывной работы аккумуляторов.

Привлекательный дизайн

Система легко масштабируется в соответствии с конкретными потребностями и позволяет работать параллельно до 6 аккумуляторных блоков, что обеспечивает максимальную мощность от 5кВт до 30 кВт.

Работает 24 часа 365 дней в году

NEOSUN Home ESS - это полностью автоматизированная система, которая легко устанавливается и совершенно не требует обслуживания, что гарантирует независимое и бесперебойное энергоснабжение.

Умная система управления

Интеллектуальная система автоматически определяет оптимальный источник питания (внешняя или городская сеть, солнечная батарея или аккумуляторы), чтобы максимально использовать солнечную энергию.

Солнечные электростанции для дома - стоимость от SOLARMARKET

В обстановке постоянного роста тарифов на электроэнергию, поставляемой в дома граждан Украины отечественными энергопоставляющими компаниями, у большинства украинцев все чаще возникает идея сэкономить и купить солнечную электростанцию для дома, тем самым сделать свои дома и хозяйства более автономными и энергонезависимыми. С этой задачей они обращаются к опытным поставщикам-инсталляторам солнечных станций, с помощью которых и воплощают свои идеи. И это правильный и верный шаг навстречу очень ощутимой экономии и более того, к получению доходов за переданную в муниципальную электросеть энергию, полученную от солнечной станции.

По состоянию на 2020 год, инвестировать в солнечную энергию для частного дома, стремятся с каждым днем все больше и больше наших сограждан. При этом средняя стоимость строительства солнечной электростанции для частного дома не является заоблачной, кроме того такая станция возвращает вложения в течении 4-6 лет при сроке службы оборудования 20-25 лет.

Домашние солнечные электростанции

Ваша собственная домашняя солнечная электростанция с Solarmarket может стать реальностью всего за 10 дней. И первое, что для этого нужно, так это расчет солнечной электростанции для дома, который проведут наши специалисты исходя из ежемесячного уровня потребляемой электроэнергии в вашем доме.

Впоследствии можно будет просчитать и срок окупаемости, на который способен предлагаемый к установке комплект солнечной электростанции для дома. Более того, мы можем также рассчитать возможность подключения такой домашней солнечной электростанции к государственной программе «зеленый тариф», что позволит не только экономить средства на электроэнергии, но и зарабатывать их, продавая электроэнергию государству, подключаясь к общей сети потребителей.

Солнечные электростанции для частного дома

Согласно прогнозам, установленная солнечная станция для дома будет приносить доход еще минимум 25 лет. А это довольно неплохой заработок, учитывая то, что стоимость электроэнергии в Украине с каждым годом растёт и, как следствие, домашняя солнечная электростанция будет становиться всё более выгодной из года в год.

Немаловажно также и то, что солнечная домашняя электростанция – это забота о природе, ведь чем больше электричества будет вырабатываться при помощи альтернативных источников получения электроэнергии, тем будет меньше выбросов CO2, приводящих к глобальному потеплению. К тому же, солнечный свет является бесконечным источником энергии и поэтому такой метод получения электроэнергии не истощает запасы источников энергии на планете.

Кроме этого, солнечные электростанции для частного дома – это инвестиция в будущее, поскольку даже в том случае, если вы захотите продать свой дом, его стоимость возрастет, если там будет готовая солнечная электростанция.

Автономные электростанции для загородного дома

Актуальность автономного снабжения дома электроэнергией с различной степенью остроты ощущается многими владельцами загородного жилья. Одних не устраивает неустойчивость работы электросетей в своем населенном пункте – перебои в снабжении или нестабильное напряжение не дают возможности с полным комфортом пользоваться современными приборами. У других и вовсе нет возможности в ближайшей перспективе подключиться к ЛЭП. Третьих настораживают постоянно растущие тарифы, и они, мысля на перспективу, хотят снизить свою зависимость от энергоснабжения, чтобы очередные удорожания не сказывались чувствительно на семейном бюджете. Наконец, ширится круг домовладельцев, которые и вовсе мечтают обрести полную независимость в вопросах энергообеспечения своих владений.

Автономные электростанции для загородного дома

Следует сразу сказать, что реализация подобных задач – дело очень даже непростое, и, на первых порах особенно – довольно затратное. Так что если кто-то собирается заниматься подобным проектом с перспективой получить материальный выигрыш, то полной окупаемости придется радоваться весьма нескоро. Тем не менее, автономные электростанции для загородного дома становятся все популярнее, и прослеживается тенденция к их все более широкому распространению. Особенно в плане использования альтернативных источников энергии. 

В настоящей публикации попробуем рассмотреть основные моменты, связанные с установкой автономных источников электроэнергии. Так проще будет ориентироваться в этом вопросе при составлении наметок собственного проекта.

Достоинства и недостатки автономных систем электроснабжения дома

Чтобы, как говорится, очертить горизонты предоставляемых возможностей, но с другой стороны – несколько «приземлить» излишне радужные, «прожектёрские» настроения, имеет смысл для начала вкратце ознакомиться с общими достоинствами и недостатками автономных систем электроснабжения дома.   

Итак, в пользу автономных домашних электростанций говорит следующее:

  • При условии проведения правильных профессиональных расчетов, грамотного составления проекта и его качественной реализации, хозяевам загородного дома больше не придется сталкиваться к «капризами» местных электросетей. Имеются в виду случаи внезапного исчезновения напряжения или сильных его скачков, грозящих вывести бытовые приборы или инструменты из строя. Хорошо отлаженная система работает как часы, домашняя техника – в безопасности.
Аварии на линиях электропередач, скачки напряжения и прочие неприятности – ото всего этого владелец автономной электростанции застрахован.
  • Уходят проблемы с возможными лимитами мощности подключения к сетям и объемами потребления энергии. Соответственно – и с оплатой по установленным тарифам. Владелец волен насыщать свой быть любыми приборами в рамках эксплуатационных возможностей своей энергосистемы, то есть создавать любой уровень комфорта.
  • Техника, используемая для выработки электроэнергии, как правило, обладает внушительным запасом надежности, и выходит из строя довольно редко. Естественно, при ее правильной эксплуатации и регулярном обслуживании.
  • Если мыслить масштабно, и учитывать опыт применения домашних электростанций в странах Западной Европы, то можно не только полностью удовлетворять собственные потребности в электроэнергии, но и реализовывать ее излишки. Для того существуют специальные программы взаимодействия с компаниями энергетического комплекса. Естественно, такой подход ускорил бы окупаемость затрат и даже вывел  собственный «энергоблок» в прибыльное начинание.
Система «зеленого тарифа», когда хозяин электростанции начинает продавать излишки выработанной энергии государству, наверняка заинтересует многих.

Правда, чтобы выйти на подобный уровень требуется не только реализация тщательно продуманного проекта с весьма значительными стартовыми затратами, но и прохождение целого ряда бюрократических процедур и технических экспертиз. Тем не менее, подобное направление в «частной электроэнергетике» наверняка имеет немалый потенциал будущего развития.

Теперь более плотно коснемся недостатков автономной системы электроснабжения.

Устал, лень, очень холодно, потом – никакие отговорки не принимаются, никто за тебя работоспособность системы не восстановит.
  • Уже не раз говорилось, но – повторимся, стартовые вложения как на разработку проекта, так и на приобретение необходимого комплекта оборудования, его монтаж и отладку, могут быть очень внушительными. Да и эксплуатационные расходы могут оказаться немалыми. И ожидать быстрой окупаемости было бы неправильно.
  • Все риски, в том числе материальные, берет на себя потенциальный владелец электростанции. Это лишний раз говорит о том, с какой тщательностью должен продумываться и прорабатываться проект.
  • На хозяев возлагается и полная ответственность за эксплуатацию оборудования, его своевременное техническое обслуживание, соответствующий уход, соблюдение всех требований безопасности. Если система выходит из строя, и дом остается без электроэнергии – жаловаться некому и незачем. Точнее, никто не мешает обратиться за технической поддержкой к специалистам – но это уже будет исключительно за свой счет.
  • Проведение регулярных профилактических мероприятий (а без этого – никак) также потребует дополнительных затрат, так как для их выполнения требуется профессиональный подход. Ситуация может усугубляться тем, что дома с автономной электростанцией довольно часто расположены на значительном удалении от крупных центров. То есть придется брать на себя и транспортные затраты для вызова специалистов.

Так что тому, кто загорелся идеей перевести свои владения исключительно на автономное электроснабжение, следует десять раз все продумать, просчитать, взвесить все «pro & contra», прежде чем начать вкладывать средства в реализацию столь масштабного проекта. И не ждать при этом сиюминутной выгоды – окупаемость может растянуться на 10 и более лет. И это при том что само оборудование тоже имеет какой-то, пусть и немалый, но все же ограниченный ресурс эксплуатации.

Помимо перечисленных, различные по принципу работы типы генерирующего оборудования имеют еще и собственные достоинства и недостатки – о них будет рассказано в соответствующих подразделах публикации.

А какие источники энергии можно использовать для автономного электроснабжения?

Здесь совершенно очевидно разделение на две группы.

  • К первой можно отнести электрические генераторы, имеющие силовой привод и использующие в качестве источника сторонней энергии один из видов топлива – жидкое (бензин или солярка) или природный газ.
  • Ко второй группе отнесём генераторные установки, которые приводятся в действие совершенно бесплатными, природными источниками энергии. К этому определению подойдут ветровые генераторы, солнечные батареи и гидравлические системы.

А теперь познакомимся с этими источниками электроэнергии поближе.

Генераторы, использующие энергетический потенциал жидкого или газообразного топлива

Самый простой и быстрый в реализации способ обеспечить свой дом автономным источником энергии – прибрести генераторную установку, оснащенную приводом, использующим жидкое топливо или природный газ.

Несмотря на различия в типах используемых двигателей, принцип выдерживается общий. Двигатель внутреннего сгорания обеспечивает выработку кинетической энергии – крутящего момента с определённой скоростью вращения. Вращение передается на ротор генератора. Выработанная электроэнергия поступает на точки ее потребления.

Дизельный генератор – надежный источник электроэнергии, но требующий постоянного питания топливом.

Двигатель оснащен системой запуска (стартером), в зависимости от модели стартер может быть ручным или электрическим. Безусловно, для стационарной установки предпочтение отдается второму.

В чем достоинства таких источников электроэнергии:

  • Они вырабатывает переменный электрический ток, так сказать, в «готовом к употреблению», то есть к подаче на нагрузку виде – 220 вольт. То есть не требуется никаких дополнительных устройств-преобразователей.
  • Топливные генераторы являются отличным решением, если требуется резервный источник энергии на случай перебоев в линиях электропередач. При пропадании напряжении в сети автоматика даст команду на запуск стартера, и спустя непродолжительное время энергоснабжение в доме будет восстановлено. А когда напряжение в подающей линии появится (стабилизируется), произойдет обратное переключение, и двигатель будет заглушен.
Аппаратура ввода резерва может быть уже установлена на бензиновый или дизельный генератор «по умолчанию». Если нет, то можно приобрести ее отдельным блоком – у большинства электростанций имеется адаптированный для ее подключения разъем.

Аппаратура ввода резервного источника энергии часто уже является составной частью приобретаемой силовой установки. Если нет, то предусматривается возможность ее подключения, а сам блок управления приобретается отдельно.

  • Генераторы, работающие на жидком топливе, могут стать и основным источником электроэнергии, если загородные владения посещаются хозяевами эпизодически и на не очень продолжительное время. Понятно, что в таких условиях, как правило, дом не перенасыщен бытовой техникой, и есть возможность приобрести довольно компактную установку, которую несложно привезти с собой. Просто чтобы не переживать за ее сохранность в оставляемом, например, на неделю до следующих выходных доме.
  • Практически незаменимой становится такая электростанция в условиях ведения загородного строительства, если пока нет возможности подключиться к электросети.
Величайшее достоинство жидко топливных генераторов – это их мобильность, возможность работы в полевых условиях, например, при ведении строительства своего загородного дома.
  • Если разобраться, то все другие автономные источники электроэнергии сильно зависимы от времени суток и года, от установившейся на улицы погоды. А вот топливные электростанции способны полноценно работать в любой момент, когда потребуется.

К недостаткам такого подхода в организации автономного электроснабжения дома можно отнести следующее:

  • Требуется постоянный запас топлива, которое, кстати, весьма недешевое и, к сожалению, постоянно растёт в цене. А для хранения хотя бы минимального запаса на непредвиденные ситуации необходимо создание определённых условий. Связанных в том числе и с проблемами безопасности проживания в доме.
  • Работа жидкотопливной электростанции всегда сопряжена с выхлопом отработанных газов. Такое «соседство» может оказаться и неприятным в плане комфорта, и даже весьма опасным, так как выхлопы весьма токсичны для человека. То есть при стационарной установке этот вопрос придётся продумывать заранее.
  • Работа двигателя внутреннего сгорания априори не может быть бесшумной. Это тоже накладывает определенные требования к размещению электростанции. Так как генератор нежелательно оставлять на открытом воздухе, придется для него возводить отдельное помещение на некотором отдалении от жилых построек, с соблюдением требований по его вентиляции и звукоизоляции.
Один из вариантов решения проблемы по стационарной установке автономной дизельной электростанции – расположенный на некотором удалении от жилого дома модуль из сэндвич-панелей.
  • Как и любая другая техника с двигателями внутреннего сгорания, генераторы не могут работать беспрерывно – это оговаривается в их характеристиках. Да, выпускаются модели, способные эксплуатироваться весьма длительное время, но все равно паузы для проведения профилактических мероприятий, технического обслуживания нужны.
  • Стоимость топлива вряд ли дает возможность говорить о перспективах экономии – сетевое электричество все равно получается значительно дешевле.

Уже отмечалось, что такие электростанции могут быть бензиновыми и дизельными. Если предполагается приобретение генератора для стационарной установки, рассчитанного на продолжительную работу, то предпочтение, безусловно, отдается дизелю. Такие агрегаты, хотя и стоят дороже бензиновых, превосходят надёжностью, устойчивостью выдаваемых оборотов, способностью к длительным безостановочным циклам эксплуатации. Для нечастых и непродолжительных включений может быть достаточно и качественного четырехтактного бензинового генератора, как более простого в обслуживании и запуске, да и более дешевого и менее габаритного.

Цены на бензиновые электростанции Huter

бензиновый генератор Huter

Кстати, некоторые существенные недостатки бензиновых и дизельных электростанций в определенной степени снижены в газовых установках. Здесь и шумность поменьше, и выхлопы не столь «агрессивные», и стоимость «голубого топлива» несравнимо ниже.

Генераторная установка, работающая на природном газе.

Но и с ними тоже есть свои негативные нюансы. Так, установка подобной электростанции потребует согласования с организацией, поставляющей газ, составления проекта, а монтаж ее и пусконаладочные работы должны проводиться только специалистами газового хозяйства. Вторым фактором, существенно ограничивающим широкое распространение таких силовых установок, является их очень высокая стоимость, даже без учета предстоящих затрат на проектные и монтажные мероприятия.

Таким образом, рассматривать топливные генераторы в качестве основного источника электроснабжения при постоянном проживании в доме – вряд ли приходится. А вот в качестве надежного резервного, постоянного готового прийти «на выручку» — лучше ничего и не придумать.

Какой выходной мощности потребуется генератор?

Казалось бы – вопрос несложный. Надо всего лишь просуммировать потребляемые мощности приборов, подключаемых к домашней электросети и заложить определенный эксплуатационный запас.

Но при такой методике вполне можно очень сильно ошибиться как в одну, так и в другую сторону. И то, и другое – плохо. Электростанция с недостаточной мощностью будет глохнуть при высокой нагрузке. Работа с избытком невостребованной мощности негативно влияет на сам генератор. Кроме того, с ростом этого параметра весьма сильно увеличивается и стоимость оборудования.

В чем же особенности расчета?

  • Прежде всего, нельзя забывать, что многие бытовые приборы и электроинструмент потребляют не только активную, но еще и так называемую реактивную мощность. И общий показатель получается выше – он определяется отношение номинальной мощности к коэффициенту, называемому cos φ. Этот коэффициент обычно тоже указывается в технических характеристиках изделия. И чем он меньше, тем выше итоговый показатель.
Показатели номинальной мощности и cos φ на шильдике асинхронного двигателя. И 180 Вт номинала превращаются в 265 Вт общей мощности с учетом реактивной составляющей.
  • Многие бытовые приборы и инструмент характеризуются пиковыми показателями пускового тока, которые превосходят номинальные порой в несколько раз. Да, они непродолжительные, но вероятность того, что суммарное сиюминутное потребление превысит возможности неправильно просчитанного генератора – все же есть.

Если просто просуммировать показатели потребляемой мощности (тем более, с учетом реактивной и пусковой поправки) все х имеющихся в доме электроприборов, то наверняка получится очень большое значение. Но вероятность того, что вся нагрузка включается одновременно – крайне невелика. Кроме того, если генератор используется в качестве резервного источника питания (как оно обычно и бывает), на время его работы потребуется все же соблюдать определенную «энергетическую дисциплину».

Имеется в виду, что ряд приборов, безусловно, остаются включёнными практически всегда – это холодильник, система обеспечения работы газового котла, освещение в требуемых объёмах. Вряд ли хозяева захотят остаться без телевизора или (и) компьютера. Но вот с остальными приборами требуется осмотрительность. Скажем, если в данное время готовиться пища на электроплитке, то, по всей видимости, стоит подождать с запуском стиральной или посудомоечной машинки, с микроволновкой или обогревателем. И так далее – должны задействоваться те приборы, без которых на период работы резервного источника электроэнергии действительно нельзя обойтись.

Аналогичный подход должен распространяться и на электроинструмент, если генератор используется в период строительства, или же требуется срочное выполнение каких-то работ по хозяйству. Вряд ли имеет смысл, например, одновременно проводить сварочные работы и запускать какое-то обрабатывающее оборудование. Впрочем, решать хозяевам.

Безусловно, хозяева дома сам вольны выбирать режим потребления энергии, то есть составлять перечень приборов и инструментов, одновременную работу которых должен обеспечивать генератор. Но во всем должна быть осмотрительность и «трезвый» взгляд.

Ниже читателю предлагает онлайн-калькулятор, который поможет быстро и с достаточной степень точности просчитать требуемую мощность генератора. Пользователю предстоит лишь указать тип и количество ламп, используемых для освещения, а затем галочками отметить те приборы или инструменты, которые, по его мнению, должны одновременно обеспечиваться электроэнергией. В алгоритм расчеты внесены средние показатели мощностей приборов и инструментов уже с поправками на реактивную составляющую и на пусковые токи.

Калькулятор расчета необходимой мощности топливного генератора

Перейти к расчётам

Вот на этот показатель, учитывающий еще и эксплуатационный запас, следует ориентироваться при выборе модели топливного генератора.

Электростанция на солнечных батареях

Одним из наиболее перспективных направлений в развитии автономной электроэнергетики является использование солнечных батарей. Специальные полупроводниковые фотоэлементы способны преобразовывать энергию солнечных лучей в электрическую. У каждого из элементов не особо выдающие показатели вырабатываемой мощности, но они составляются в большие по площади панели, а определенное количество таких панелей уже способно обеспечивать энергией домашнее хозяйство.

Солнечные панели на крыше дома

Что можно сказать о достоинствах такой системы:

  • Оборудование не нуждается в топливе – для получения электрическая используется исключительно энергия солнечных лучей.
  • Отсутствие каких-либо сложных механических кинематических узлов делает такие электростанции очень надежными и долговечными. Срок их службы исчисляется десятилетиями.
  • Солнечные электростанции не требуют сложных профилактических работ – достаточно содержать в чистоте рабочую поверхности панелей.
  • Если генераторы, преобразующие кинетическую энергию (вращение) в электрическую, имеют какое-то конечное значение своей мощности, то солнечная электростанция при необходимости и достаточности места может наращиваться дополнительным количеством панелей. То есть система получается более гибкой и имеет широкий потенциал к дальнейшему развитию.
  • Солнечная электростанция совершенно бесшумна, не имеет ограничений по месту установки. Точнее, для монтажа панелей может подойти любой незатенённый участок как на крыше дома и хозяйственных построек, так и на придомовой территории

Теперь несколько слов о недостатках:

  • Совершенно очевидно, что работоспособность такой станции имеет выраженную цикличность – в темное время суток выработки энергии не происходит. Кроме того, прослеживается очень высокая зависимость от продолжительности светового дня и погодных условий. Для работы с полной эффективностью панелям требуется прямой солнечный свет. В пасмурную погоду выработка резко падает.
  • Существенным недостатком является и высокая стоимость самих панелей. Даже без учета монтажных работ и приобретения всего необходимого для организации полноценной электростанции оборудования. Так, один ватт выработанной энергии потребует самих панелей на сумму, сопоставимую с 1,5 доллара. Несложно подсчитать, во что примерно обойдется приобретение фотоэлементов для, скажем, гелиосистемы с отдачей в 1 и более кВт – многих это отпугивает сразу.
  • Солнечные панели вырабатывают электричество с небольшим показателем напряжения, и его требуется привести к стандартам потребления.

В силу последнего пункта, а также из-за нестабильности выдаваемой мощности, солнечная электростанция организуется по принципу аккумуляции и дальнейшего преобразования выработанной энергии.  Примерно эта схема выглядит так:

Примерная схема домашней солнечной электростанции

Выработка электроэнергии происходит в установленных в требуемом количестве солнечных панелях (поз. 1). Специальный прибор – контроллер системы (поз. 2), направляет выработанный потенциал на заряд аккумуляторных батарей (поз. 3). При включении нагрузки постоянный электрический ток напряжением 12 или 24 В поступает в инвертор (поз. 4), где преобразуется в переменный напряжением 220 В/50 Гц, и уже в таком виде передается на точки потребления (поз 5).

Схема, понятно, дана с большим упрощением. Так, на ней показан один аккумулятор, а на деле это обычно целая батарея из нескольких накопителей энергии, обладающая очень высокой ёмкостью.

Несколько аккумуляторов высокой ёмкости, собранные в одну батарею.

Нередко непосредственно от аккумуляторов (точнее, от контроллера) отводится низковольтная линия, минующая инвертор. К ней можно подключить систему освещения дома, укомплектованную, например, светодиодными лампами, требующими напряжения всего в 12 вольт.

Выходную мощность инвертора рассчитать можно по тому же принципу, что и мощность генератора, применив тот же калькулятор. Но это, как говорится, сиюминутная мощность, показывающая возможность одновременного подключения той или иной нагрузки. А вот расчет количества самих солнечных панелей и аккумулирующего блока все же стоит поручить специалистам. Здесь немало тонкостей, сложных для неискушённого в этих вопросах человека.

Система расчета основана на том, что скрупулезно просчитываются все точки потребления энергии (освещение, бытовые приборы и т.п.), с учетом их мощности и средней продолжительности работы за определенный период (допустим, сутки). После суммирования получается результат, выраженный в киловатт-часах (кВтч) – такое количество энергии необходимо обеспечить ежедневно для полноценной устойчивой работы всего электрического оборудования дома.

Исходя из этого показателя и напряжения аккумуляторов просчитывают их необходимую суммарную емкость, выраженную в ампер-часах (Аh). При этом учитывается и эксплуатационный запас, и определенный уровень, ниже которого разряжать АКБ не рекомендуется (скажем, 25÷30 % от полной зарядки). Соответственно, по суммарному показателю подбирается требуемое число аккумуляторов, из которых собирается общая батарея.

Наконец, рассчитывается число солнечных панелей определённой мощности, которое будет способно обеспечить систематическое восполнение заряда аккумуляторов. При этом принимается в расчет множество факторов – помимо характеристик самих панелей, учитываются географическая широта региона, продолжительность светового дня, климатические особенности, специфика места размещения панелей и другое. Конечным результатом должно стать оптимальное количество панелей.

Провести подобные вычисления самостоятельно – тоже, конечно, можно, но велика вероятность совершить ошибку, просто из-за некорректной оценки исходных данных. Впрочем, как уже говорилось, система отличается большой гибкостью, и при необходимости (или при появлении материальной возможности) ее можно наращивать.

Грамотно спланированная и качественно смонтированная система вполне способна стать основным источником электроэнергии для загородного дома. Но если она используется «в чистом виде», то всегда остается вероятность остаться без электричества в силу непредвиденных внешних обстоятельств – затянувшейся непогоды, когда при привычном потреблении приток энергии становится минимальным, что ведет к разрядке аккумуляторов.

Следует быть готовым, что первоначальные затраты будут весьма внушительными, и строить надежды на слишком быструю окупаемость вложенных средств – несколько наивно.

Видео: Пример домашней солнечной электростанции на 6 кВт

Ветровые электростанции

Колоссальную энергию перемещения воздушных масс (ветра) человек использует с древнейших времён. Достаточно вспомнить парусные корабли или, например, ветряные мельницы. Нашла она применение и ветроэнергетике, причем в некоторых странах эта отрасль поставлена буквально на промышленную основу.

Применяются ветровые установки и для обеспечения электроэнергией частных домов.

По сути, такая установка представляет собой обычный генератор, на оси ротора которого установлена крыльчатка с лопастями, приводимыми во вращение потоком воздуха. Как вариант – на ось ротора вращение передается посредством той или иной кинематической схемы (редуктора) – смысла это не меняет. А расположение оси крыльчатки может быть как горизонтальным, так и вертикальным.

Компоновка ветрового генератора может быть горизонтальной (на рисунке — слева) и вертикальной.

Что можно сказать о достоинствах ветровой электростанции?

  • Источник энергии – совершенно бесплатный.
  • Работа электростанции не сопровождается никакими выбросами в атмосферу.
  • Существуют технологии самостоятельного изготовления энергетических установок, например, с использованием обычных электродвигателей или даже просто мощных неодимовых магнитов.

Недостатков больше, причем – они весьма существенные.

  • Ветровая установка также очень зависима от установившейся погоды.
  • Для того чтобы поймать хороший ветер иногда приходится поднимать ветряк на значительную высоту, что усложняет и без того непростой монтаж.
  • Работа такой станции может сопровождаться весьма неприятными звуковыми эффектами.
  • Не стоит ожидать от домашнего ветряка слишком высокой отдачи – позднее мы посмотрим на этот вопрос чуть пристальнее.
  • Стоимость готовых ветровых станций – весьма высокая, и окупаемости, если рассчитывать только на энергию ветра, ожидать вообще не приходится.

Ветровую энергетическую установку в принципе следует рассматривать всерьез в качестве варианта только в том случае, если среднегодовой показатель ветра составляет не менее 4-5 м/с. В противном случае такая станция вообще не принесет никакой ощутимой пользы.

Карта примерного распределения показателей среднегодовой скорости ветра на территории России.

Этот показатель выводится по результатам многолетних метеорологических наблюдений, с учётом и максимальных значений, и полностью безветренных дней. Таким образом, он позволяет с достаточной степенью достоверности рассчитывать выработку «ветровой» электроэнергии на определенный период: неделю, месяц, год и т. п. На карте-схеме показаны лишь приблизительные значения, но узнать конкретное для своего населенного пункта несложно – достаточно обратиться в местную метеослужбу.

А вот в технических характеристиках ветровых генераторов обычно фигурирует другой показатель – расчетная скорость, которая обычно превосходит среднегодовую в 1,5 — 2 раза.  Ориентироваться на него при расчетах на перспективу – будет неверным. Он, скорее, показывает номинальную мощность генератора при оптимальной скорости вращения ротора.

Чтобы убедиться в том, что вряд ли стоит надеяться только лишь на «ветровую» электроэнергию, достаточно провести расчет возможной ее выработки.

Следует правильно понимать, что каким бы совершенным ни был сам ветряк или подключенный к нему генератор, объем энергии все равно определяется площадью, с которой она будет «сниматься». В случае с «классическим» горизонтальным ветряком эта площадь ограничена площадью круга, описываемого вращающимися лопастями. А ветровая энергия лежит в прямой зависимости от скорости перемещения потока и плотности воздуха. То есть никак «выше головы не прыгнешь».

Интересно, что при этом не имеет значения количество лопастей (выпускаются установки даже с одной лопастью). Наоборот, когда лопастей больше трех, появляются негативные аэродинамические моменты, снижающие общую производительность системы.

Цены на популярные бензиновые электростанции

 

Итак, существует формула, учитывающая упомянутые параметры, а также коэффициент использования ветровой энергии, коэффициенты полезного действия самого генератора (как правило, он не выше 0,85) и редуктора. КПД редуктора тоже бывает обычно не выше 0,9, но если вращение с крыльчатки на генератор передается напрямую, то можно принять его и за единицу.

Формулу приводить не станем – она заложена в алгоритм расчета предлагаемого вниманию онлайн-калькулятора:

Калькулятор прогнозируемой мощности, вырабатываемой ветровым генератором

Перейти к расчётам

Не составит трубе провести самостоятельный расчет, чтобы убедиться в весьма невысоких показателях выработки энергии. И это еще – для идеальных условий, когда практически полностью отсутствуют какие-то естественные или искусственные помехи ветру. И еще без неизбежных потерь в системе преобразования выработанной энергии.

Так как и ветровые, и солнечные источники энергии, для того чтобы стать полноценной электростанцией, требуют примерно одинаковой аппаратной оснащенности, их обычно объединяют в одну систему с общим управлением

Понятно, что ветровая электростанция, как сильно зависимая от внешних условия, должна оснащаться системой накопления и преобразования энергии. По этому критерию она мало чем отличается от солнечной. Поэтому очень часто их даже объединяют в общую систему, значительно повышая тем самым ее эксплуатационные возможности.

Ветровой источник электроэнергии – «за» и «против»

Установка ветрового генератора – довольно неоднозначное решение, требующее особого подхода к планированию и оценке работоспособности и рентабельности. Подробнее об этом, а также о возможности изготовления ветрогенератора своими руками – в специальной публикации нашего портала.

Наилучший выход – комплексное использование различных источников электроэнергии

Если владелец дома все же одержим желанием полной автономизации в вопросах электроснабжения, то оптимальным вариантом следует считать создание комплексной энергетической системы. Она будет включать в себя ветровой генератор (один или несколько), требуемое количество солнечных панелей, аккумуляторную станцию, всю необходимую аппаратуру коммутации и преобразования (контроллер, инвертор). И плюс к этому – резервный источник энергии в виде стационарно установленного дизельного или бензинового генератора.

При таком подходе полноценно используются все преимущества каждой из рассмотренных схем, сглаживаются имеющиеся недостатки. И в целом домашняя электростанция предстает полноценным «организмом», способным полностью удовлетворить энергетические потребности загородного дома.

Расширенная схема домашней электростанции с несколькими источниками энергии.

Нумерация позиций на этой схеме сохранена, по аналогии с рассмотренной в разделе солнечных электростанций. Но, как видно, есть и существенные отличия.

Итак, в качестве внешнего источника бесплатной энергии одновременно используются и солнечные панели, и ветровой генератор (поз. 1а). При идеальных условиях, то есть в ясный ветреный день они одновременно будут работать на заряд аккумуляторов. Ничего страшного – если уровень заряда достигнет верхнего предела, котроллер или выберет приоритет, отключив один из источников, или даже временно отключит оба.

Понятно, что в ночное время или при длительной пасмурной погоде работать будет только ветряк. Аналогично, при безветрии основным источником энергии становятся солнечные батареи.

Если же обстоятельства складываются таким образом, что ни один из источников не работает полноценно, а накопленного заряда становится недостаточно (аккумуляторы приближаются к нижнему допустимому пределу разрядки), автоматически запускается жидкотопливный или газовый генератор (поз. 6). Он, в зависимости от конкретных условий или произведенных настроек, будет работать или только на подзарядку аккумуляторного блока, или возьмет на себя одновременно и общее энергоснабжение дома.

В итоге хозяева (при наличии достаточного запаса топлива) получаются полностью застрахованными — электроэнергия у них будет при любых складывающихся обстоятельствах.  

Безусловно, создание такой универсальной «умной» системы требует профессионального подхода. При составлении проекта предстоит учесть множество исходных критериев, правильно подобрать оборудование, чтобы избежать возможных конфликтов между отдельными узлами и модулями. Реализация проекта потребует очень немалых затрат как в плане приобретения оборудования, так и для проведения монтажных и пусконаладочных работ.

Но зато на выходе будет система, которую при любом рассмотрении можно будет считать полноценной автономной домашней электростанцией.

Узнайте, как сделать солнечный воздушный коллектор своими руками, из нашей новой статьи на нашем портале.

*  *  *  *  *  *  *

В публикации были рассмотрены основные источники получения электроэнергии в условиях домашней автономной электростанции. Правда, «за скобками» остались еще несколько вариантов, которые на практике используются нечасто или даже просто существуют пока только в виде экспериментальных образцов.
Так, если крупно вывезло, и через участок протекает речка или ручей, вполне можно установить водяное колесо или турбину, связанные с генератором. Учитывая то, что скорость потока обычно сохраняется стабильной, такой источник электроэнергии будет работать независимо о капризов погоды. Правда, в зимнее время года в условиях нашего климата большинство подобных водоемов замерзает, что затрудняет работу станции или даже делает ее полностью невозможной.


Если территорию участка пересекает ручей или речка, то почему бы не воспользоваться потенциалом движущейся воды?

Другие способы – более экзотичные. Так, в интернете можно найти и чертежи, и обсуждения проектов станций, вырабатывающих ток из атмосферного электричества. Другим направлением является использование неиссякаемой геотермальной энергии. Но говорить о серьезности таких подходов на современном уровне развития технологий и доступности требуемого оборудования – пока не приходится. Тем не менее, надо полагать, что в будущем подобные источники для получения электроэнергии станут обыденным делом.

ВЕТРЯНЫЕ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ ДЛЯ ДОМА

Самым дешевым и актуальным источником альтернативной энергии можно считать ветряные электростанции. Ветер не находится в зависимости от расположения залежей природных ресурсов и является полностью бесплатным.

В связи с серьезностью экологической ситуации в Мире, крупнейшие страны мира заключили Киотское соглашение, которое призвано стимулировать выработку электроэнергии с помощью альтернативных источников. Также, оно обязует правительство выкупать выработанную таким способом электроэнергию у производителей по наивысшим тарифам. К альтернативным источникам энергии можно отнести солнечную энергию, переработку бытовых отходов, внедрение гидротермальных вод и ряд других. Но наиболее простым является получение энергии ветра. Это обосновано малым объемом вложения исходного капитала для пуска ветряной электростанции и очень малой зависимостью от сырья, так как ветрогенератор может работать в любом месте, где есть ветер, а количество вырабатываемой электронной энергии без усилий можно высчитать при помощи научных способов.

На сегодня ветряные электростанции для дома уже получили довольно обширное применение в рядовой жизни. Их можно повстречать на пригородных участках и других объектах, которые удалены от главных электронных сетей. Ведь для подключения электричества приходится прокладывать дополнительные полосы электропередач либо использовать автономные электростанции, что недешево и не всегда целенаправлено.

ВЕТРЯНЫЕ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ ДЛЯ ДОМА И СХЕМА ВЕТРОГЕНЕРАТОРА

ВИДЫ ВЕТРОГЕНЕРАТОРОВ

Ветряные электростанции можно поделить по направлению оси вращения лопастей, их количеству и материалу, из которого они сделаны, также по методу управления лопастями.

По количеству лопастей ветряки делятся на двух-, трех-, также многолопастные. При всем этом следует держать в голове, что огромное количество лопастей полностью не является залогом неплохой работы ветрогенератора. Многолопастные ветряки начинают вращение при наименьшей скорости ветра, но, набрав определенное количество оборотов, начинают представлять собой преграду для воздушного потока, и их эффективность падает, в то время как двух- и трехлопастные ветрогенераторы медленнее раскручиваются до номинальных оборотов, но не имеют огромного коэффициента сопротивления воздушному потоку. Потому их КПД существенно выше. Многолопастный ветряк идеальнее всего использовать, если он, не считая выработки электроэнергии, делает еще какую-то работу, к примеру, приводит в действие водяной насос.

По материалам лопастей можно выделить ветрогенераторы с жесткими и парусными лопастями . Первое и решающее различие состоит в том, что парусные лопасти проще в изготовлении и существенно дешевле, чем жесткие (которые обычно бывают из металла либо стеклопластика). Но не всегда является преимуществом! С учетом того, что стандартные рабочие обороты генератора составляют приблизительно 400-600 об/мин, конец лопасти движется со скоростью приблизительно 500 км/ч. Беря во внимание, что ветер несет с собой пыль и другой мусор, то даже для жестких лопастей это является суровым испытанием, и они требуют неизменного обслуживания. А парусная лопасть может на сто процентов износиться уже через год и потребовать полной подмены. Потому в районах, где ветер довольно сильный, их внедрение нецелесообразно.

Также существует разделение по шагу лопастей. Бывают ветряки с фиксированным и изменяемым шагом лопастей. Это позволяет расширить спектр рабочих скоростей для ветряных электрических станций, но в то же время усложняет конструкцию лопасти и приводит к утяжелению общей конструкции и, соответственно, делает всю систему дороже и при покупке и в эксплуатации. У ветряка с фиксированным шагом лопастей должен быть предусмотрен предохранитель, ставящий лопасти в положение флюгера при штормовом порыве ветра. Иначе вся конструкция мачты может тривиально упасть.

По направлению оси вращения ветрогенераторы делятся на горизонтальные и вертикальные. Вертикальные ветряки вырабатывают электроэнергии меньше, чем у горизонтальные. Также преимуществом вертикальных ветрогенераторов будет то, что они не требуют ориентирования по ветру, рабочая площадь лопастей у их вдвое меньше, чем у горизонтального ветрогенератора с равноценной площадью ветроколеса. Это означает, что для получения схожего количества электроэнергии нужен ветряк вдвое сильнее.

Ветрогенератор, кроме лопастей, которые улавливают ветер, и генератора, который конвертирует энергию ветра в электронную, обычно, содержит в себе аккумуляторную батарею и инверторную установку. Аккумуляторная батарея нужна для скопления электроэнергии, которая в связи с непостоянством погодных условий при разной скорости ветра просто не может вырабатываться равномерно,

Инвертор, в свою очередь, конвертирует неизменный ток, подающийся из аккумулятора, в переменный ток, нужный для работы бытовых электроприборов. Таким образом, каждый элемент ветряной электростанции нужен для выполнения определенной задачи, и его выбор должен быть обоснован потребностями в энергии, и подходить для конкретной ситуации технически. Все характеристики должны быть за ранее рассчитаны с учетом определенных критерий энергопотребления.

Схема ветрогенератора

По расчетам профессионалов, для полного обеспечения 1-го дома электронной энергией довольно 1-го ветрогенератора мощностью 5 кВт, при условии, что скорость ветра 1,8-4,5 метра за секунду. Но, к огорчению, ветер очень непостоянное погодное явление, потому лучше иметь совместно с ветряной электрической станцией запасный генератор, приводимый в действие бензиновым двигателем, либо устраивать огромную аккумуляторную батарею для запасания выработанной электроэнергии впрок.

Так, ветро-солнечная система для размеренной работы должна включать в себя: ветрогенератор (средний срок службы 15-20 лет), солнечные панели (30-40 лет), контроллер заряда, инвертор (работают приблизительно по 5-10 лет) и аккумуляторные батареи, которые зависимо от типа прослужат от Четыре до 10 лет.

Не просит вмешательства в работу, потому что выработка электроэнергии происходит в хоть какой момент, когда дует ветер, и благодаря аккумуляторам скапливается впрок.

В отличие от других видов генераторов ветряки почти бесшумны. Отменно изготовленные и установленные ветрогенераторы создают не больше шума, чем тот, который делает ветер, вращающий их лопасти.

У ветрогенераторов в зимнее время производительность не падает, а, напротив, растет за счет того, что скорость ветра в зимний период обычно выше, чем летом, что является значимым преимуществом, так как как раз в зимний период очень растет потребность в электроэнергии.

Ветрогенераторы на любой местности, но следует учесть, что деревья или дома, могут понизить производительность работы ветряка до 30%.

Профилактическое сервис генератора следует проводить часто, но оно существенно облегчается тем, что при постоянном обслуживании конструкции износ, обычно, малозначительный и даже в случае подмены определенных компонент не является дорогим и трудозатратным занятием.

Горючее для работы не требуется, главные издержки идут на установку и проведение периодических профилактических работ для размеренной работы ветрогенератора. В конечном итоге издержки на приобретение оборудования могут окупиться уже в течение года.

Такие системы обычно предназначаются для обеспечения электричеством раздельно стоящих объектов, доступ централизованной энергоподачи к которым затруднен либо отсутствует. Их мощность может колебаться от 0,8 до 20 6 кВт и зависит только от употребления электроэнергии объектом и мощности установленного оборудования.

По материалам www.promplace.ru

Электростанция будущего прямо у вас дома

Перед тем, как стать руководителем Holy Cross в 2018 году, Ханнеган был директором-основателем Центра интеграции энергетических систем в Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии за пределами Денвера. Объект был задуман как «сетка в коробке», где исследователи могли изучать, как солнечные панели, электромобили, аккумуляторные системы хранения и другие так называемые «распределенные энергоресурсы» влияют на то, как электричество перемещается по сети.

По мере того, как все больше домов и предприятий устанавливают свои собственные системы генерации и хранения энергии из возобновляемых источников, централизованным коммунальным предприятиям становится все труднее управлять спросом и предложением электроэнергии.Обеспечить доставку электроэнергии потребителям, которые в ней нуждаются, и тогда, когда они в ней нуждаются, проще, когда у вас есть небольшое количество крупных электростанций, работающих на предсказуемых видах топлива, таких как уголь, природный газ или атомная энергия. Но энергия, производимая распределенными энергетическими системами, имеет тенденцию быть возобновляемой и, следовательно, очень изменчивой - иногда солнце светит, иногда нет. Причем распределенных систем много, . Вместо того, чтобы управлять несколькими крупными электростанциями, коммунальным предприятиям пришлось бы управлять миллионами маленьких.

«Коммунальные предприятия переходят от простой продажи электроэнергии конечным пользователям к управлению сетями и потоками электроэнергии», - говорит Хареш Камат, старший менеджер программы по распределенным энергетическим ресурсам в некоммерческом научно-исследовательском институте электроэнергетики. «Есть много преимуществ в том, чтобы эти энергетические системы располагались рядом с конечными пользователями, особенно если у коммунальных предприятий есть способ их организовать и координировать».

Производство и хранение возобновляемой энергии ближе к месту ее использования может повысить отказоустойчивость сети, гарантируя, что электричество продолжает поступать к пользователям, даже если остальная часть сети повреждена лесными пожарами или другими бедствиями.Но цена устойчивости - эффективность. Распространение распределенных переменных энергоресурсов создает неопределенность в отношении спроса на электроэнергию; коммунальные службы будут производить либо слишком много, либо недостаточно. Для Ханнегана и его коллег из NREL Energy Systems Integration Facility было ясно, что для создания экологически чистого, надежного и эффективного энергоснабжения и энергосистема будущего должна будет в значительной степени управлять сама собой.

В 2016 году Министерство энергетики присудило Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии 4 доллара.Грант в размере 2 миллионов на разработку программного обеспечения для автономного управления сетью в рамках программы Network Optimized Distributed Energy Systems или NODES. По словам руководителя проекта NODES Андрея Бернштейна, идея заключалась в создании алгоритмов, оптимизирующих распределение электроэнергии как на уровне отдельных домов, так и на уровне всей сети.

«Проблема в том, что нынешняя технология не может интегрировать очень большие объемы распределенных энергоресурсов», - говорит Бернстайн. «NODES производит платформу plug-and-play, которая позволяет интегрировать миллионы устройств, таких как солнечные панели, батареи и электромобили, которыми можно управлять на границе системы.”

Алгоритмы, разработанные Бернштейном и его коллегами, превращают сеть в улицу с двусторонним движением. Вместо нисходящего подхода, при котором централизованное коммунальное предприятие распределяет электроэнергию конечным пользователям, программное обеспечение для автономного управления позволяет распределенным энергетическим системам отправлять излишки электроэнергии обратно в более крупную сеть наиболее эффективным способом. Если сегодня солнечный день и солнечные панели на крыше вырабатывают намного больше энергии, чем нужно их владельцам, у коммунального предприятия нет причин сжигать столько угля или природного газа.Но без сети автономных контроллеров, которые следят за распределенной генерацией, коммунальное предприятие имеет слепую зону и не может воспользоваться избытком чистой энергии.

Программное обеспечение для управления автономной сетью, разработанное в NREL, предназначено для управления десятками тысяч энергосистем. Но то, что работает в лаборатории, не обязательно сможет справиться с хаосом реальной жизни. Итак, после трех лет тестирования алгоритмов в лаборатории NREL «сетка в коробке» команда NODES была готова протестировать их в полевых условиях.Автономное программное обеспечение было сначала протестировано на микросети на небольшом винограднике в Калифорнии, а затем было установлено в небольших блоках управления в подвалах первых четырех домов, построенных в Basalt Vista.

Tesla хочет сделать каждый дом распределенной электростанцией - TechCrunch

Генеральный директор Tesla

Илон Маск хочет превратить каждый дом в распределенную электростанцию, которая будет генерировать, хранить и даже доставлять энергию обратно в электросеть, используя продукты компании.

Хотя компания уже много лет продает солнечные батареи и аккумуляторы энергии, новая политика компании - продавать солнечную энергию только в сочетании с продуктами для хранения энергии, наряду с комментариями Маска в понедельник, раскрывает стратегию, направленную на масштабирование этого бизнеса за счет обращения к коммунальным предприятиям.

«Это процветающее будущее как для Tesla, так и для электроэнергетики», - сказал он. «Если этого не сделать, коммунальные предприятия не смогут обслуживать своих клиентов. Они не смогут этого сделать », - сказал Маск во время звонка инвестору, отметив постоянные отключения электроэнергии в Калифорнии прошлым летом и недавний отказ сети в Техасе как свидетельство того, что надежность сети стала более серьезной проблемой.

На прошлой неделе компания изменила свой веб-сайт, чтобы запретить покупателям покупать только солнечную батарею или ее накопитель энергии Powerwall, и вместо этого потребовала приобрести систему.Позже Маск объявил об этом шаге в своем твите, заявив, что «солнечная энергия будет подаваться исключительно на Powerwall» и что «Powerwall будет взаимодействовать только между счетчиком коммунальных услуг и главной панелью выключателя дома, что обеспечивает сверхпростую установку и беспрепятственное резервное копирование всего дома во время отключения электросети».

Маск утверждает, что энергосистеме потребуется больше линий электропередачи, больше электростанций и более крупные подстанции для полной декарбонизации с использованием возобновляемых источников энергии и хранилищ. По мнению Маска, распределенные жилые системы - разумеется, с использованием продуктов Tesla - будут лучшим вариантом.Его заявление было частично подтверждено недавними исследованиями Массачусетского технологического института, которые показали, что США могут выйти на сеть с нулевым выбросом углерода, более чем вдвое увеличив свою пропускную способность, а еще одно исследование Принстонского университета показало, что стране, возможно, потребуется утроить свои системы передачи к 2050 году, чтобы достичь нулевых выбросов.

Маск представляет себе систему электросетей, радикально отличную от той, которая у нас есть сегодня, которая централизованно контролируется и управляется операторами сетей, независимыми организациями, такими как Независимый системный оператор Калифорнии или Совет по надежности электроснабжения Техаса.Это видение связано с бюрократическими и логистическими проблемами. Коммунальным предприятиям и регулирующей политике необходимо будет решить, как справиться с большим притоком так называемых «распределенных энергетических ресурсов», таких как солнечные батареи на крышах жилых домов, что может противоречить давно устоявшимся бизнес-моделям коммунальных предприятий.

Важно отметить, что вопрос о том, хватит ли одних только возобновляемых источников энергии с накоплением энергии для декарбонизации энергосистемы, является спорным. Многие эксперты полагают, что потребности в землепользовании, требования к хранению и проблемы с перебоями возобновляемых источников энергии могут превратить их роль в качестве основного производителя электроэнергии в страну несбыточной мечтой.Но Маск долгое время был оптимистом в отношении модели «возобновляемые источники энергии плюс накопители», написав в июле прошлого года в Твиттере, что «физика отдает предпочтение электротранспорту, батареям для стационарного хранения и солнечной / ветровой энергии для выработки энергии».

Электростанция для дома

Сегодня, все еще работая в Google, мы сохраняем надежду. И мы счастливы сказать, что мы сделали несколько ошибок. В частности, системы возобновляемых источников энергии дешевели быстрее, чем мы ожидали, и их внедрение превысило прогнозы, которые мы приводили в 2014 году.

Инженеры могут расширить масштабы таких зрелых технологий, как энергия ветра [1] и солнечной энергии [2]. Другие зарождающиеся технологии требуют значительных инноваций, например, водородные самолеты [3] и электродуговые печи для производства стали [4]. Чтобы противодействовать наихудшим непосредственным последствиям изменения климата, мы Крис Филпот

В нашей предыдущей статье речь шла о «прорывных» целевых ценах ( разработан в сотрудничестве с консалтинговой фирмой McKinsey & Co.), что может привести к сокращению выбросов в США на 55% к 2050 году. С тех пор цены на ветровую и солнечную энергию достигли целевых показателей, установленных на 2020 год, а цены на батареи - даже лучше, упав до диапазона, прогнозируемого на 2050 год. - ожидаемые ценовые тенденции в сочетании с дешевым природным газом привели к сокращению потребления угля в США вдвое. Результат: к 2019 году выбросы в США упали до уровня, прогнозируемого сценарием McKinsey на 2030 год - на десять лет раньше, чем предсказывала наша модель.

И благодаря этому прогрессу в декарбонизации производства электроэнергии инженеры ищут и находят многочисленные возможности для переключения существующих систем, основанных на сжигании ископаемого топлива, на электроэнергию с низким содержанием углерода.Например, электрические тепловые насосы становятся рентабельной заменой топочного топлива, а электрические автомобили дешевеют и растут в цене.

Однако даже при всем этом прогрессе мы все еще находимся на траектории серьезного изменения климата: К 2100 году повысится на 3 ° C. Многие страны не соблюдают сокращения выбросов, которые они обещали в Парижском соглашении 2015 года. Даже если бы каждая страна выполнила свое обещание, этого было бы недостаточно, чтобы ограничить глобальное потепление до 1,5 ° C, что большинство экспертов считает необходимым, чтобы избежать экологической катастрофы.Выполнение обещаний сегодня потребует резкого сокращения выбросов. Если этого массового сокращения выбросов не произойдет, что, как мы думаем, вероятно, потребуются другие стратегии, чтобы удерживать температуру в определенных пределах.

Приведенная стоимость энергии описывает затраты на строительство и эксплуатацию электростанций в течение срока их службы, измеряемые в долларах США за мегаватт-час. С 2009 года стоимость солнечной фотоэлектрической (PV) и ветровой энергии быстро снизилась. Цены на емкость аккумуляторов упали еще быстрее. Источник: BloombergNEF

Вот некоторые ключевые цифры: Чтобы обратить изменение климата вспять, хотя бы частично, нам нужно снизить уровень углекислого газа в атмосфере до более безопасного порогового значения. 350 частей на миллион; в День Земли 2021 эта цифра составила 417 промилле. По нашим оценкам, достижение этой цели потребует удаления из атмосферы порядка 2 000 гигатонн CO 2 из атмосферы в течение следующего столетия. Это полное удаление необходимо как для поглощения существующего атмосферного CO 2 , так и для CO 2 , который будет выбрасываться, когда мы переходим к углеродно-отрицательному обществу (которое удаляет из атмосферы больше углерода, чем выделяет).

Наши первые битвы в войне с изменением климата требуют, чтобы инженеры работали над многими существующими технологиями, которые можно масштабно масштабировать. Как уже было показано на примере ветряных, солнечных батарей и батарей, такое расширение масштабов часто приводит к резкому снижению затрат. В других отраслях промышленности для сокращения выбросов требуются технологические революции. Если вы поэкспериментируете со своим собственным набором методов смягчения последствий изменения климата, используя Интерактивный климатический инструмент En-ROADS, вы увидите, сколько вариантов вам нужно максимально использовать, чтобы изменить нашу текущую траекторию и достичь уровня 350 ppm CO 2 и глобального повышения температуры не более чем на 1.5 ° С.

Так что же делать инженеру, который хочет спасти планету? Даже когда мы работаем над переходом к обществу, основанному на безуглеродной энергии, мы должны серьезно относиться к секвестрации углерода, то есть к хранению CO. 2 в лесах, почве, геологических образованиях и других местах, где он будет оставаться. И в качестве временной меры в этот трудный переходный период нам также необходимо будет рассмотреть методы управления солнечным излучением - отклонение некоторого количества падающего солнечного света для уменьшения нагрева атмосферы.Эти стратегические направления потребуют реальных инноваций в ближайшие годы. Чтобы выиграть войну с изменением климата, нам также нужны новые технологии.

Мы надеемся, что необходимые технологии появятся в течение нескольких десятилетий. В конце концов, инженерам прошлого потребовались всего несколько десятилетий, чтобы спроектировать боевые машины, построить корабли, которые могли бы облететь земной шар, наладить повсеместную связь в реальном времени, ускорить вычисления более чем в триллион раз и запустить людей в космос и на Луну. 1990-е, 2000-е и 2010-е были десятилетиями, когда ветроэнергетика, солнечная энергия и сетевые батареи, соответственно, стали широко распространяться.Что касается технологий, которые определят грядущие десятилетия и позволят людям жить устойчиво и благополучно на планете со стабильным климатом, то отчасти это зависит от вас. У инженеров есть над чем усердно работать. Вы готовы?

Прежде чем мы перейдем к технологическим проблемам , которые требуют вашего внимания, позвольте нам немного поговорить о политике. Климатическая политика имеет важное значение для инженерных работ по декарбонизации, поскольку она может привести к резкому падению затрат на новые энергетические технологии и переключению рынков на низкоуглеродные альтернативы.Например, к 2005 году Германия предлагала чрезвычайно щедрые долгосрочные контракты производителям солнечной энергии (примерно в пять раз дороже средней цены на электроэнергию в Соединенных Штатах). Этот гарантированный спрос дал толчок мировому рынку солнечных фотоэлектрических (PV) панелей, который с тех пор растет в геометрической прогрессии. Короче говоря, временные субсидии Германии помогли создать устойчивый глобальный рынок солнечных батарей. Люди часто недооценивают, насколько человеческая изобретательность может быть раскрыта, когда она продвигается рыночными силами.

Для достижения цели ограничения нагрева до 1,5 ° C, чистый CO 2 должны немедленно резко сократиться по сравнению с нашими текущими выбросами, как показано в строке A. Если выбросы уменьшатся еще через десять лет, как показано в строке B, тогда гораздо большее количество CO 2 нужно будет удалить. Источник: Отчет МГЭИК, «Глобальное потепление на 1,5 ° C»

Этот всплеск солнечной фотоэлектрической энергии мог произойти десятилетием раньше. К 1995 году все основные процессы были готовы: инженеры освоили технические этапы изготовления кремниевых пластин, диффузионных диодных переходов, нанесения металлических решеток на поверхности солнечных элементов, пассивирования поверхности полупроводника для добавления антиотражающего покрытия и ламинирования модулей.Единственным недостающим элементом была политика поддержки. Мы не можем позволить себе больше этих «потерянных десятилетий». Мы хотим, чтобы инженеры посмотрели на энергетические системы и спросили себя: какие технологии имеют все необходимое для увеличения масштабов и снижения затрат, кроме политики и рынка?

Нобелевский лауреат по экономике Уильям Нордхаус в своей книге утверждает, что ценообразование на углерод играет важную роль в борьбе с изменением климата. Климат-казино (Издательство Йельского университета, 2015). Сегодня цены на углерод применяются к примерно 22 процентам глобальных выбросов углерода.Крупный углеродный рынок Европейского Союза, который в настоящее время оценивает углерод выше 50 евро за тонну (61 доллар США), является основной причиной, по которой его авиакомпании, производители стали и другие отрасли в настоящее время разрабатывают долгосрочные планы декарбонизации. Но экономист Марк Жаккар отметил, что, хотя налоги на выбросы углерода наиболее эффективны с экономической точки зрения, они часто сталкиваются с огромным политическим противодействием. Поэтому пионеры климатической политики в Канаде, Калифорнии и других странах прибегли к гибким (хотя и более сложным) правилам, которые предоставляют отраслям разнообразные возможности для достижения целей декарбонизации.

Инженеры могут оценить простоту и элегантность ценообразования на углерод, но самый простой подход не всегда обеспечивает прогресс. Хотя мы, инженеры, не занимаемся разработкой политик, нам следует оставаться в курсе и поддерживать политики, которые помогут процветать нашей отрасли.

Жесткие задачи обезуглероживания изобилие для амбициозных инженеров. Их слишком много, чтобы перечислить в этой статье, поэтому мы выберем несколько избранных и отсылаем читателя к Project Drawdown, организации, которая оценивает влияние усилий по борьбе с изменением климата, для получения более полного списка.

Рассмотрим авиаперелеты. Это составляет 2,5 процента мировых выбросов углерода, и декарбонизация - достойная цель. Но вы не можете просто уловить выхлопные газы самолетов и закачать их под землю, да и инженеры вряд ли в ближайшее время разработают батарею с плотностью энергии реактивного топлива. Итак, есть два варианта: либо вытащить CO 2 непосредственно из воздуха в количествах, которые компенсируют выбросы самолетов, а затем спрятать его где-нибудь, либо переключиться на самолеты, которые работают на безуглеродном топливе, например, на биотопливе.

Инженеры упорно трудились, чтобы освоить шаги, необходимые для создания солнечных фотоэлектрических систем, но затем они потеряли десятилетие, ожидая поддержки политики, которая снизила цены, чтобы создать рынок. Мы не можем позволить себе больше потерянных десятилетий.

Одна интересная возможность - использовать водород в качестве авиационного топлива. Airbus в настоящее время работает над проектами самолета с водородным двигателем, который, по ее словам, будет коммерчески использоваться в 2035 году. Большая часть сегодняшнего водорода явно вредна для климата, поскольку он производится из ископаемого метана в процессе, который выделяет CO 2 .Но производство чистого водорода - горячая тема для исследований, и 200-летний метод электролиза воды, в котором H 2 O расщепляется на кислород и водород, приобретает новый вид. Если низкоуглеродное электричество используется для электролиза, полученный чистый водород можно использовать для производства химикатов, материалов и синтетического топлива.

Политика, особенно в Европе, Япония и Австралия продвигают вперед исследования водорода. Например, Евросоюз опубликовал амбициозную стратегию в отношении 80 гигаватт мощностей в Европе и соседних странах к 2030 году.Инженеры могут помочь снизить цены; первая цель - достичь 2 долларов за килограмм (по сравнению с примерно 3 долларами до 6,50 долларов за килограмм сейчас), после чего чистый водород будет дешевле, чем сочетание природного газа с улавливанием и секвестрацией углерода.

Безопасный для климата водород также может привести к еще одному великому достижению: обезуглероживанию производства металлов. Каменный век уступил место железному веку только тогда, когда люди выяснили, как использовать энергию для удаления кислорода из металлических руд, встречающихся в природе.В Европе вырубили лес частично, чтобы получить древесный уголь для сжигания в тиглях, где мастера по металлу нагревали железную руду, поэтому это считалось экологической победой, когда они перешли с древесного угля на уголь в 18 веке. Сегодня, благодаря углеродному рынку Европейского Союза, инженеры пилотирование новых захватывающих методов удаления кислорода из металлической руды с использованием водородных и электродуговых печей.

Предстоит еще проделать большую работу по обезуглероживанию производства электроэнергии и производству чистого топлива.Во всем мире люди используют примерно один зеттаджоуль в год - это 10 21 джоулей в год. Удовлетворение этого спроса без дальнейшего содействия изменению климата означает, что нам придется резко ускорить внедрение источников энергии с нулевым выбросом углерода. Для обеспечения 1 ZJ в год только солнечными батареями, например, потребуется покрыть панелями примерно 1,6% площади суши в мире. Выполнение этого с помощью одной только ядерной энергии потребовало бы строительства трех 1-гигаваттных станций каждый день в период с настоящего момента до 2050 года.Ясно, что нам нужен ряд экономичных и экологически безопасных вариантов, особенно в свете значительных региональных различий в ресурсах.

Пока мы рассматриваем эти варианты, нам также необходимо убедиться, что эти источники энергии стабильны и надежны. Критически важные инфраструктуры, такие как больницы, центры обработки данных, аэропорты, поезда и очистные сооружения, нуждаются в круглосуточном электроснабжении. (Google, например, настойчиво стремится к безуглеродной энергии в режиме 24/7 для своих дата-центры к 2030 году.) Большинство крупных промышленных процессов, таких как производство стекла, удобрений, водорода, синтезированного топлива и цемента, в настоящее время рентабельны только тогда, когда заводы работают почти непрерывно и часто требуют высокотемпературного технологического тепла.

Чтобы обеспечить стабильную безуглеродную электроэнергию и технологическое тепло, мы должны рассмотреть новые формы ядерной энергетики. в Новая политика Соединенных Штатов и Канады поддерживает передовые разработки и лицензирование ядерной энергетики. Десятки передовых компаний, занимающихся делением ядерных материалов, предлагают инженерам множество интересных задач, таких как создание отказоустойчивого топлива, которое становится менее реактивным по мере нагрева.Другие возможности можно найти в разработке реакторов, которые рециркулируют отработавшее топливо для уменьшения количества отходов и потребностей в горнодобывающей промышленности или разрушают долгоживущие компоненты отходов с помощью новых технологий трансмутации.

Инженерам, которых тянет к действительно сложным заданиям, стоит подумать о ядерный синтез, где проблемы включают контроль плазмы, в которой происходит термоядерный синтез, и достижение чистой выходной электрической мощности. Соревнование этого десятилетия в области передовых технологий ядерной энергетики может привести к появлению победителей, которые воодушевят инвесторов, а новый раунд политики может подтолкнуть эти технологии вниз по кривой затрат, избегая потерянного десятилетия для передовой ядерной энергетики.

Водород может сыграть решающую роль в безуглеродной энергетической системе, поскольку возобновляемые источники энергии и атомная энергия обеспечивают большую долю электроэнергии. Водород можно использовать в качестве сырья для производства синтетического топлива, которое может заменить ископаемое топливо. Водород также можно использовать непосредственно в качестве топлива или сырья для декарбонизации промышленных процессов, что требует некоторой новой распределительной и промышленной инфраструктуры. Источник: Управление энергоэффективности и возобновляемых источников энергии США

Глобальный климат сохранение - идея, которую инженеры должны любить, потому что она открывает новые области и возможности карьерного роста.Климат Земли имеет разомкнутый цикл более 4 миллиардов лет; нам повезло, что резко колеблющийся климат нашей планеты был необычайно стабильным на протяжении 10 000 лет, когда возникла и процветала современная цивилизация. Мы считаем, что человечество скоро начнет обматывать контур управления климатом Земли, проектируя и внедряя контролируемые изменения, которые сохранят климат.

Основная причина сохранения климата - избежать необратимых изменений климата. Таяние ледникового покрова Гренландии могло поднимет уровень моря на 6 метров, иначе безудержное таяние вечной мерзлоты может привести к выбросу парниковых газов, которые увеличат глобальное потепление.Ученые согласны с тем, что продолжение неконтролируемых выбросов вызовет такие переломные моменты, хотя есть неуверенность в том, когда это произойдет. Экономист Нордхаус, применяя консервативный принцип предосторожности к изменению климата, утверждает, что эта неопределенность оправдывает более ранние и более масштабные климатические меры, чем если бы были точно известны пороговые значения критической точки.

Мы верим в активное удаление углекислого газа, потому что альтернатива слишком мрачна и слишком дорога.Некоторые подходы к удалению и связыванию углекислого газа технически осуществимы и в настоящее время судят. Другие, такие как удобрение океана водорослями и планктоном, вызвали разногласия, когда их пытались предпринять в ранних экспериментах, но нам также нужно узнать больше об этом.

В Рекомендация Межправительственной группы экспертов по изменению климата для ограничения потепления на уровне 1,5 ° C требует сокращения чистых глобальных выбросов почти вдвое к 2030 году и до нуля к 2050 году, но страны не делают необходимых сокращений выбросов.(Под чистыми выбросами мы понимаем фактические выбросы CO 2 за вычетом CO 2 , которые мы извлекаем из воздуха и улавливаем.) По оценкам IPCC, достижение целевой пиковой температуры 1,5 ° C и со временем извлечение CO 2 до 350 частей на миллион фактически требует отрицательных выбросов более 10 Гт CO 2 в год в течение нескольких десятилетий - и это может потребоваться до тех пор, пока в атмосфере остаются клопы, которые продолжают выделять CO 2 .

С помощью инструмента моделирования климата En-ROADS любой может разработать сценарии для решения проблемы изменения климата. В Частично показанный здесь сценарий достигает целей ограничения выбросов и потепления. Это достигается за счет максимальных возможных изменений в энергоснабжении, достижений в области энергоэффективности и электрификации, а также повсеместного удаления и связывания углерода. Источник: En-ROADS

Инструмент En-ROADS, который можно использовать для моделирования воздействия стратегий смягчения последствий изменения климата, показывает, что ограничение потепления до 1.5 ° C требует максимального использования всех вариантов связывания углерода, включая биологические средства, такие как лесовосстановление, и новые технологические методы, которые еще не являются рентабельными.

Нам нужно изолировать CO 2 , частично для компенсации деятельности, которая не может быть обезуглерожена. Цемент, например, имеет самый большой углеродный след из всех искусственных материалов, создавая около 8 процентов глобальных выбросов. Цемент производится путем нагревания известняка (в основном кальцита, или CaCO 3 ) для получения извести (CaO).При производстве 1 тонны цементной извести выделяется около 1 тонны CO 2 . Если бы все выбросы CO 2 от производства цемента улавливались и закачивались под землей по цене 80 долларов за тонну, по нашим оценкам, 50-фунтовый мешок (около 23 кг) бетонной смеси, одним из компонентов которой является цемент, будет стоить примерно на 42 цента больше. Такое изменение цен не остановит людей от использования бетона и не приведет к значительному увеличению затрат на строительство. Более того, газ, выходящий из дымовых труб на цементных заводах, богат CO 2 по сравнению с разбавленным количеством в атмосфере, что означает, что его легче улавливать и хранить.

Улавливание выбросов цемента будет хорошей практикой, поскольку мы готовимся к большему увеличению удаления 2000 Гт CO. 2 прямо из атмосферы в течение следующих 100 лет. В этом заключается одна из самых больших проблем века для ученых и инженеров. В недавней статье Physics Today оценивается стоимость прямого улавливания атмосферного CO 2 в диапазоне от 100 до 600 долларов за тонну. Этот процесс является дорогостоящим, поскольку требует большого количества энергии: прямой захват воздуха включает нагнетание огромных объемов воздуха над сорбентами, которые затем нагреваются для высвобождения концентрированного CO 2 для хранения или использования.

Нам нужен ценовой прорыв в области улавливания и связывания углерода, который будет конкурировать с тем, что мы видели в ветроэнергетике, солнечной энергии и батареях. Мы оцениваем это в 100 долларов за тонну, удалив эти 2000 Гт CO. 2 будет составлять примерно 2,8 процента мирового ВВП за 80 лет. Сравните эту стоимость с потерями, связанными с переломным моментом в изменении климата, который никакие расходы не могут отменить.

В принципе, подземных скальных образований достаточно, чтобы хранить не только гигатонны, но и тератонны CO 2 .Но масштаб необходимого секвестрации и безотлагательная необходимость в нем требуют нестандартного мышления. Например, массовое и дешевое удаление углерода может быть возможным при помощи природы. Во время каменноугольного периода нашей планеты, 350 миллионов лет назад, природа улавливала столько углерода, что она снизила содержание CO 2 в атмосфере с более чем 1000 ppm до нашего доиндустриального уровня в 260 ppm (и при этом создала уголь). Механизм: растения вырабатывали волокнистый углеродсодержащий материал лигнин для своих стеблей и коры за миллионы лет до того, как другие существа разработали способы его переваривания.

Теперь представьте, что океан поглощает и почти полностью перерабатывает около 200 Гт CO. 2 в год. Если бы мы могли предотвратить 10 процентов этого повторного выброса в течение 100 лет, мы бы достигли цели по секвестированию 2 000 Гт CO 2 . Возможно, какое-то существо в пищевой цепи океана может быть изменено, чтобы выделять органический биополимер, такой как лигнин, который трудно метаболизировать, который оседает на морском дне и улавливает углерод. Фитопланктон быстро размножается, предлагая быстрый путь к огромным масштабам.Если наше наследие решения проблемы изменения климата - это несколько миллиметров неудобоваримых, богатых углеродом фекалий на дне океана, нас это устроит.

Наши первые битвы в войне с изменением климата требуют, чтобы инженеры работали над существующими технологиями, которые можно масштабно масштабировать. Но чтобы выиграть войну, нам потребуются и новые технологии.

Изменение радиационного воздействия - то есть отражение большего количества солнечного света в космос - можно использовать как временную и временную меру для ограничения потепления, пока мы не добьемся снижения уровня CO в атмосфере. 2 .Такие усилия позволят избежать наихудших физических и экономических последствий повышения температуры и будут выведены из эксплуатации после того, как кризис пройдет. Например, мы могли бы уменьшить образование инверсионных следов от самолетов, которые задерживают тепло, и сделать крыши и другие поверхности белыми, чтобы отражать больше солнечного света. Эти две меры, которые могут снизить ожидаемое нами планетарное потепление примерно на 3 процента, помогут общественности лучше понять, что наши коллективные действия влияют на климат.

Есть более амбициозные предложения, которые отражали бы больше солнечного света, но есть много споров о положительных и отрицательных последствиях таких действий.Мы считаем, что наиболее ответственный путь вперед для инженеров, химиков, биологов и экологов - это проверить все варианты, особенно те, которые могут иметь значение в планетарном масштабе.

Мы не утверждаем, что знаем, какие технологии предотвратят мир-антиутопию, который теплее на 2 ° C. Но мы искренне верим, что мировые инженеры могут найти способы доставить десятки тераватт безуглеродной энергии, радикально обезуглерожить промышленные процессы, изолировать огромное количество CO. 2 , и временно отклонить необходимое количество солнечного излучения.Эффективное использование политики, поддерживающей достойные инновации, может помочь внедрить эти технологии в ближайшие три или четыре десятилетия, что позволит нам уверенно продвигаться по пути к стабильной и пригодной для жизни планете. Итак, инженеры, приступим к работе. Создаете ли вы машины, разрабатываете алгоритмы или анализируете числа, занимаетесь ли вы биологией, химией, физикой, компьютерами или электротехникой, у вас есть своя роль.

Мнения, выраженные здесь, принадлежат исключительно авторам и не отражают позицию Google или IEEE.

Водородная электростанция для дома

Обнаружено: Многие из нас мечтают жить автономно, снабжая свои дома солнечной энергией. Чтобы это стало реальностью, домашней солнечной системе нужен способ хранения энергии, вырабатываемой, когда солнце не светит. На данный момент это можно сделать с помощью систем с литиевыми батареями, таких как Tesla Powerwall. Теперь австралийская энергетическая компания Lavo построила интегрированную гибридную водородную батарею, которая в сочетании с солнечными панелями на крыше поддерживает горение домашнего освещения.

Система хранения зеленой энергии Lavo представляет собой коробку массой 324 кг (714 фунтов), которая подключается к домашнему солнечному инвертору и водопроводу через водоочиститель. Lavo использует солнечную энергию для электролиза воды, расщепляя кислород и водород. Кислород выделяется, а водород накапливается в запатентованной LAVO «губке» из гидрида металла.

Затем водород преобразуется обратно в электричество, когда это необходимо, с помощью топливного элемента. Также имеется преобразователь постоянного тока и небольшая литиевая буферная батарея мощностью 5 кВт для обеспечения регулируемого напряжения.Система включает в себя подключение к Wi-Fi и приложение, которое позволяет осуществлять прямой мониторинг и управление - по сути, это небольшая электростанция. Система может хранить около 40 киловатт-часов электроэнергии - этого достаточно для питания среднего дома в течение двух дней. Любой, кому требуется больше мощности, может запустить несколько LAVO параллельно.

LAVO стоит недешево - 34 750 австралийских долларов это примерно в три раза дороже Powerwall, но при этом в три раза больше энергии. Компания также ожидает, что каждый из них прослужит около 30 лет, что примерно вдвое превышает ожидаемый срок службы литиевой батареи.Он также может работать как решение для сельских деревень, для замены дизельных генераторов или для тех, кто отключен от основной сети в результате стихийных бедствий. Генеральный директор Lavo Алан Ю сказал, что миссия компаний - «попытаться изменить то, как люди живут с энергией».

В то время как большинство электрических технологий хранит энергию в литиевых батареях, есть ряд людей, которые считают, что водородные топливные элементы будут обеспечивать энергию в будущем. У этой технологии есть дальнейший путь, но в Springwise мы уже видим ее использование в таких инновациях, как самолет с водородным двигателем и электронный велосипед с водородным топливным элементом.

Автор: Лиза Маглофф

Узнайте больше: Инновации в сельском хозяйстве и энергетике | Инновации в области устойчивого развития

28 января 2021 г.

Сайт: lavo.com.au

Электроэнергия в США - Управление энергетической информации США (EIA)

Электроэнергия в США производится (генерируется) с использованием различных источников энергии и технологий

Соединенные Штаты используют множество различных источников энергии и технологий для производства электроэнергии.Источники и технологии менялись с течением времени, и некоторые из них используются чаще, чем другие.

Три основных категории энергии для производства электроэнергии - это ископаемое топливо (уголь, природный газ и нефть), ядерная энергия и возобновляемые источники энергии. Большая часть электроэнергии вырабатывается паровыми турбинами с использованием ископаемого топлива, ядерной энергии, биомассы, геотермальной и солнечной тепловой энергии. Другие основные технологии производства электроэнергии включают газовые турбины, гидротурбины, ветряные турбины и солнечные фотоэлектрические установки.

Нажмите для увеличения

Ископаемое топливо - крупнейший источник энергии для производства электроэнергии

Природный газ был крупнейшим источником - около 40% - выработки электроэнергии в США в 2020 году. Природный газ используется в паровых турбинах и газовых турбинах для выработки электроэнергии.

Уголь

был третьим по величине источником энергии для производства электроэнергии в США в 2020 году - около 19%. Почти все угольные электростанции используют паровые турбины.Несколько угольных электростанций преобразуют уголь в газ для использования в газовой турбине для выработки электроэнергии.

Нефть была источником менее 1% выработки электроэнергии в США в 2020 году. Остаточное жидкое топливо и нефтяной кокс используются в паровых турбинах. Дистиллятное или дизельное топливо используется в дизельных генераторах. Остаточное жидкое топливо и дистилляты также можно сжигать в газовых турбинах.

Ядерная энергия обеспечивает одну пятую электроэнергии США

Ядерная энергия была источником около 20% U.S. Производство электроэнергии в 2020 году. Атомные электростанции используют паровые турбины для производства электроэнергии за счет ядерного деления.

Возобновляемые источники энергии обеспечивают все большую долю электроэнергии в США

Многие возобновляемые источники энергии используются для выработки электроэнергии и составили около 20% от общего объема производства электроэнергии в США в 2020 году.

Гидроэлектростанции произвели около 7,3% от общего объема производства электроэнергии в США и около 37% электроэнергии из возобновляемых источников энергии в 2020 году. 1 Гидроэлектростанции используют проточную воду для вращения турбины, соединенной с генератором.

Энергия ветра была источником около 8,4% от общего объема производства электроэнергии в США и около 43% электроэнергии из возобновляемых источников энергии в 2020 году. Ветровые турбины преобразуют энергию ветра в электричество.

Биомасса была источником около 1,4% от общего объема производства электроэнергии в США в 2020 году. Биомасса сжигается непосредственно на пароэлектрических электростанциях или может быть преобразована в газ, который можно сжигать в парогенераторах, газовых турбинах или внутреннем сгорании. двигатели-генераторы.

Солнечная энергия обеспечила около 2,3% всей электроэнергии США в 2020 году. Фотоэлектрическая (PV) и солнечно-тепловая энергия - два основных типа технологий производства солнечной электроэнергии. Преобразование PV производит электричество непосредственно из солнечного света в фотоэлектрических элементах. В большинстве гелиотермических систем для выработки электроэнергии используются паровые турбины.

Геотермальные электростанции произвели около 0,5% от общего объема производства электроэнергии в США в 2020 году. Геотермальные электростанции используют паровые турбины для выработки электроэнергии.

1 Включая обычные гидроэлектростанции.

Последнее обновление: 18 марта 2021 г.

Hawaii будет питать свою чистую сеть от 6000 домашних аккумуляторов, установленных Swell Energy

Крупнейшая коммунальная компания на Гавайях задействовала новый инструмент в поисках безуглеродной системы электричества: тысячи батарей, установленных в домах людей.

Hawaiian Electric получила одобрение регулирующего органа на план стоимостью 25 миллионов долларов по использованию солнечных батарей и батарей в 6000 домах на островах Гавайи, Мауи и Оаху.Стартап Swell Energy из Венис-Бич, Калифорния, будет контролировать работу с клиентами, установку и эксплуатацию сети, которая будет служить виртуальной электростанцией.

После завершения портфель будет поставлять 25 мегаватт солнечной энергии и 80 мегаватт емкости аккумуляторов, которые Hawaiian Electric может использовать в качестве электроэнергии в часы, когда спрос в сети резко возрастает, а также обеспечивает быстрое реагирование на частотные характеристики сети.

Проект одновременно решает несколько задач.Гавайи приняли закон, требующий к 2045 году 100% возобновляемой электроэнергии; это требует остановки предприятий, работающих на ископаемом топливе, и замены их подходящими альтернативами. Но сети острова быстро стали насыщаться солнечной энергией в полдень, что побудило принять батареи, чтобы хранить излишки и делать их доступными после захода солнца.

Модель виртуальной электростанции предлагает домовладельцам резервное питание и экономию на счетах за электроэнергию за счет автономного электроснабжения в течение большего количества часов в день.Емкость аккумулятора также доступна коммунальному предприятию для решения общесистемных проблем, связанных с переходом на более чистую энергию. Это требует уравновешивания потребностей сети с обеспечением поддержки клиентов и справедливой компенсации.

«Что об этом думают домовладельцы? Народ это понимает», - сказал Greentech Media генеральный директор Сулеман Хан. «Вариант двойного использования весьма эффективен для обеих сторон».

Это все еще развивающийся класс активов, но в прошлом месяце Swell сообщила, что привлекла фонд проектного финансирования в размере 450 миллионов долларов от Ares Management Corp.и согласованный климатический капитал. Этот фонд предоставляет венчурному стартапу недорогой капитал для построения аккумуляторных сетей в ожидании долгосрочной контрактной выручки, которую Swell получит от коммунальных услуг, как только автопарки будут введены в эксплуатацию.

Стартап ранее заключил сделки с энергокомпанией Southern California Edison, как для удовлетворения спроса в быстрорастущих частях округа Ориндж, так и для обеспечения мощностей в регионах Окснард и Вентура вместо затопленного газового завода. Не сразу было ясно, когда новый проект на Гавайях начнет полномасштабную работу.

В 2020 году было заключено множество новых контрактов на виртуальные электростанции, но сделка на Гавайях, похоже, является крупнейшей на данный момент в США.

Sunrun, крупнейшая в стране компания по установке солнечных батарей, поставила более 13 000 бытовых аккумуляторных систем по всей стране. Впервые компания выиграла контракт на поставку мощности на рынке мощности Новой Англии с поставкой в ​​2022 году. В прошлом году она заключила 10-летний контракт на 5 мегаватт с SCE и сделку на 20 мегаватт с агрегаторами общественного выбора Bay Area, которые покупают чистые власть для населения, которому они служат.Коммунальные предприятия, такие как Portland General Electric и Vermont's Green Mountain Power, также расширили свои инвестиции в виртуальные электростанции.

«2020 год стал для коммунальных предприятий периодом большого просвещения в отношении накопления энергии за счетчиком», - сказал Хан, имея в виду батареи, расположенные на территории клиента. «Гонка за виртуальную сетку началась».

Swell присоединяется к растущему списку крупных и малых проектов, которые Гавайи строят, чтобы избавить свою сеть от ископаемого топлива.

Hawaiian Electric заключила контракт с разработчиком Plus Power на массивную автономную батарею. Проект хранилища энергии Каполей мощностью 185 мегаватт / 565 мегаватт-часов возьмет на себя обязанности, которые в настоящее время обслуживает угольная электростанция AES на острове Оаху. Список основных электростанций, работающих на солнечной энергии и батареях, строящихся на Гавайях, стал достаточно длинным, и за ним трудно угнаться. На Кауаи местный энергетический кооператив решил в этом месяце построить гидроаккумулятор с солнечной батареей, в котором будут использоваться приподнятые резервуары для подачи чистой энергии в ночное время.

Могут ли солнечные панели и батареи в вашем доме помочь предотвратить следующую аварию в сети?

Электроэнергия отключилась в засыпанном снегом районе Маурисио Монтойи в 5:30 в понедельник вечером в феврале во время резкого похолодания, опустошившего Техас. Быстро наступила ночь, погрузив его район в Перлэнде в жуткую, почти полную темноту - за исключением его дома. Его свет оставался включенным благодаря солнечной батарее и набору батарей, которые поддерживали его дом в тепле и освещении до четверга, когда электричество снова включилось навсегда.

Дом Монтойи стал убежищем во время стихийного бедствия; соседи пришли погреться, его большая семья, потерявшая власть, приехала остаться. Его дети спали в собственных кроватях, в безопасности и в тепле.

«Наличие панелей и батарей было спасением», - говорит он. «Мы могли бы продолжать так жить вечно, используя только систему».

Сложная энергетическая инфраструктура в Соединенных Штатах становится все более и более напряженной перед лицом экстремальных погодных условий, вызванных изменением климата, и растущего общего спроса - проблемы, которые будут только усиливаться по мере того, как на планете становится все больше и больше тепла, а повседневная жизнь становится все более электрифицированной. в общенациональных усилиях по отказу от ископаемого топлива.

Маломасштабные проекты в области солнечной энергии в сочетании с батареями, которые могут накапливать энергию, собранную на вашей крыше, могут поддерживать свет в доме даже при отключении остальной сети, как это было в случае с Монтойей. Но они также начинают играть ценную роль в поддержке этой более крупной сети, если они объединены в сеть и правильно используются в своего рода «виртуальную электростанцию», сглаживая пики и спады спроса на электроэнергию таким образом, чтобы поддерживать некоторые виды отключений от происходящего в первую очередь.

В Калифорнии, Вермонте и нескольких других штатах теория, которая уже много лет является интригующей концепцией в энергетических кругах, уже проходит проверку. Однако Техас пока не использует эту стратегию.

«Сможет ли это полностью компенсировать последствия замерзания многих компрессоров и электростанций, работающих на природном газе? Нет, конечно, нет, но мы бы и близко не подошли к крайностям [дефицита электроэнергии], которые мы наблюдали »в Техасе, - говорит Кристофер Клак, модельер и генеральный директор энергетической аналитической группы Vibrant Clean Energy.

Маленький может быть красивым

У некоторых возобновляемых источников энергии, таких как солнце и ветер, всегда была большая проблема: они приходят и уходят. Солнце встает и заходит. Ветры порывистые и слабые. Итак, вопрос уже давно заключался в том, есть ли эффективный способ накопления дополнительной энергии, но решить «как» было непросто, по крайней мере, в крупном масштабе.

Достижения в области аккумуляторных технологий меняют правила игры. Батареи, которые могут хранить солнечную (или любую другую) электроэнергию, стали намного эффективнее и на порядки дешевле за последнее десятилетие.Стоимость аккумуляторных батарей для коммунальных предприятий упала на 70 процентов.

В ответ их использование резко возросло. С 2010 года Управление энергетической информации США сообщает, что объем хранилищ в США увеличился более чем в 10 раз, удвоившись только в 2020 году. По данным Wood Mackenzie, фирмы, занимающейся энергетическим анализом, ожидается, что в 2021 году она вырастет втрое, а к 2025 году - в шесть раз.

Большая часть этого роста приходится на так называемые «передние метры» системы, такие как огромная 300-мегаваттная Moss Landing. система в Монтерее, Калифорния, в настоящее время самая большая в мире.Но значительная часть роста пришлась на батарейные системы, которые люди устанавливают в своих домах, часто в сочетании с небольшой солнечной батареей на крыше. (Например, у Montoya есть три Tesla Powerwall и солнечная батарея).

«Потенциал огромен, - говорит Хлоя Холден, эксперт по хранению жилых помещений в Wood Mackenzie. «Вопрос в том, сколько домов могут иметь солнечные батареи и аккумуляторы, и ответ таков: много домов».

После отключений электроэнергии в Калифорнии в 2019 и 2020 годах многие семьи в штате начали искать инструменты, которые могли бы помочь им пережить подобные события в будущем.Многие покупали дизельные генераторы, но компания Sunrun, занимающаяся установкой солнечных батарей, сообщила о росте продаж небольших солнечных и аккумуляторных установок, которые могут обеспечивать электричеством дома через короткий перерыв и подзаряжаться на солнце следующего дня. В 2019 году около 20 000 домов в Калифорнии были установлены системы хранения данных; к середине 2020 года их было около 30 000, говорит Бернадетт дель Кьяро, директор Калифорнийской ассоциации солнечной энергии и накопителей. К середине 2021 года она ожидает, что их будет 60 тысяч.

С таким ростом появляется прекрасная возможность, говорит она: использовать все эти маленькие кусочки «распределенной» накопленной энергии как своего рода гигантский сетевой источник, к которому большая энергосистема может обратиться за помощью в случае стресса.

Тестирование воды

Только в течение последних трех лет или около того аккумуляторные системы стали распространенными и достаточно большими, чтобы начать тестирование распределенной системы. Несколько компаний и коммунальных предприятий устанавливают системы хранения данных по значительно более низкой цене для домовладельца в обмен на периодический контроль над емкостью батарей. Они также часто в какой-то мере контролируют электрическую нагрузку своих клиентов, тонко настраивая свой термостат и холодильник, что может помочь контролировать общий сток электроэнергии, не влияя на комфорт.Обычно клиентам платят за поставленную электроэнергию.

В Вермонте у местной коммунальной компании Green Mountain Power есть более 2500 клиентов с батареями, подключенными к более широкой сети, которые согласились позволить коммунальной компании контролировать их несколько раз в год во время пиков спроса. Система помогает сгладить нагрузку и удешевить электроэнергию.

Аналогичные пилотные проекты, реализуемые коммунальными предприятиями, реализуются в Портленде, штат Орегон, и в Колорадо, а многие более мелкие находятся в разработке.В сентябре Федеральная комиссия по регулированию энергетики, агентство, которое контролирует электроэнергетические системы США, поручила коммунальным предприятиям по всей стране выяснить, как реализовать эту концепцию - решение, по словам Холдена, вероятно, приведет к огромным инновациям и созданию таких систем в ближайшие несколько лет. годы.

Это развитие может даже помочь коммунальным предприятиям отказаться от строительства новых электростанций, работающих на ископаемом топливе, и, возможно, подтолкнуть более старые к более быстрому выходу на пенсию, говорит Иеремия Джонсон, исследователь энергетики из Университета штата Северная Каролина.«Если у вас их достаточно, чтобы их можно было использовать при необходимости, вы можете начать аргументировать, что еще один газовый завод не нужен», - говорит он.

Инструмент в наборе инструментов для предотвращения отключения электроэнергии

Многие отключения электроэнергии случаются по простой причине: спрос на электроэнергию больше, чем может обеспечить система.

Это обычно случается летом, когда на улице очень жарко и включены кондиционеры, которые потребляют электроэнергию и требуют заоблачной энергии. Сверхвысокий спрос во время сильной жары способствовал отключениям электроэнергии, которые прокатились по северной Калифорнии прошлым летом.

Но высокий спрос может возникать и зимой, что является одной из причин недавней катастрофы в Техасе, объясняет Райан Хледик, энергетический аналитик Brattle Group. Просто по законам физики для обогрева дома от 10 ° F до 65 ° требуется больше энергии, чем для его охлаждения от 100 ° до 70 °, а в Техасе большая часть этой энергии поступает от электричества. Около 60 процентов государственных домов отапливаются электричеством (остальные отапливаются природным газом).

Независимо от того, вызван ли стресс жарой или холодом, менеджеры по энергетике обычно видят приближение проблемы и пытаются «сгладить» спрос на свои сложные системы - иногда прося людей выключить второстепенное электрическое оборудование, иногда спрашивая: « пиковые электростанции »для включения и сжигания газа, реактивного топлива или других ископаемых видов топлива для производства электроэнергии, или путем покупки дополнительной электроэнергии в других регионах для восполнения дефицита.

Но иногда эти стратегии не работают, и мощности просто не хватает для удовлетворения спроса. Вот когда гаснет свет: либо коммунальное предприятие отключит системы, чтобы предотвратить их катастрофический отказ, либо системы будут перегружены и отключатся.

Вот как распределенные сети аккумуляторов - как промышленных, так и жилых - могут помочь домовладельцу, который надеется сохранить свет, и электросети в целом.

Во-первых, объясняет Хледик, есть влияние на спрос: дома, которые могут получать электроэнергию сами по себе, не добавляют нагрузки к изношенной энергосистеме.Одно только это «сокращение спроса» может помочь в критические моменты.

Тогда есть возможность использовать все эти батареи, чтобы восполнить недостаток энергии, чтобы вообще не происходило отключений электроэнергии.

Независимо от того, снижают ли спрос или предоставляют дополнительный источник энергии, эти виртуальные электростанции «действительно полезны», - говорит Эми Харт, директор по политике Sunrun, национальной компании по производству солнечных батарей и аккумуляторов.

В августе прошлого года в Калифорнии виртуальные электростанции могли помочь избежать отключений электроэнергии.По словам дель Кьяро, было всего несколько ключевых часов, когда спрос действительно превышал мощность примерно на 500–100 мегаватт (электростанция, работающая на природном газе средней мощности, может обеспечить около 500 мегаватт электроэнергии). Но по целому ряду причин только некоторые из 30 000 аккумуляторов по всему штату обратились за помощью, и коммунальному предприятию не удалось восполнить дефицит. Дель Кьяро надеется, что к лету следующего года будут решены некоторые вопросы, связанные с политикой и логистикой, и что постоянно увеличивающаяся емкость аккумуляторов со стороны домовладельцев увеличит потенциал.Компания под названием OhmConnect разрабатывает виртуальную электростанцию ​​мощностью 550 мегаватт, и на очереди еще много проектов.

«Ситуацию в Калифорнии можно было бы полностью решить с помощью большего объема хранилища», - говорит Клак.

В Техасе ситуация была более тяжелой, и управлять ею было бы труднее, говорит он. Морозная погода отключила многие основные источники энергии как раз в то время, когда спрос на них резко увеличивался. Штат несколько дней подряд сталкивался с дефицитом электроэнергии в 20–25 ГВт, что более чем в 10 раз больше, чем в прошлом году в Калифорнии.

И хотя примерно в 50 000 домов в Техасе есть батареи, которые теоретически можно было бы использовать в качестве виртуальной электростанции, сглаживающей нагрузку, для них нет правил и разрешений, которые можно было бы использовать для увеличения мощности сети - просто для обеспечения их работы. благодарные владельцы, как и Монтойя. Но если бы они были доступны, Клак считает, что набор огромных виртуальных электростанций мог бы помочь смягчить последствия катастрофы.

«Любая энергия, которую электросеть в Техасе могла получить в течение этого времени, была полезна, независимо от того, насколько она мала или велика, потому что нам было больно для энергии, для энергии», - говорит Джошуа Родс, эксперт по энергетике из Техасского университета. , Остин.

Виртуальные электростанции и сети батарей никоим образом не панацея, - предупреждает Холден. Но она ожидает, что по мере увеличения емкости хранения полезность этих систем также будет расти. И спрос со стороны домовладельцев есть: Sunrun сообщила о 350-процентном увеличении посещаемости своего веб-сайта и 70-процентном увеличении запросов на батареи, подключенные к солнечным системам, в течение недели после урагана в Техасе.

«Возможно, мы были там, где были с холодильниками в 1920 году, понимаете?» говорит Джейсон Бервен, генеральный директор Ассоциации накопителей энергии.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *