«Тепло в доме» уже давно стало метафорой. В наше время «домашний уют» и «комфорт» напрямую зависят от хорошо спроектированной системы коммуникаций, таких как электричество, отопление, кондиционирование, газо- или водоснабжение. И главным недостатком эксплуатации систем связи за пределами города является их удаленность от энергоцентра, а значит, возможность отключения электроэнергии. Выбирая частный дом, мы хотим чувствовать себя так же легко и свободно, как в городе, иметь неограниченный доступ ко всем благам цивилизации в любое время суток, в любое время года и в необходимом количестве.
Для создания комфортных условий проживания вдали от городских кварталов эффективное электроснабжение дома имеет первостепенное значение. Перебои с электричеством не только негативно влияют на быт, работу, общение и качество жизни современного человека, но и просто портят ему настроение.
Чтобы защититься от внезапных перебоев с электричеством, уже на этапе планирования и строительства загородного дома стоит подумать об использовании альтернативных источников питания.
В CLIMAG.RU вы получите профессиональную консультацию и помощь в выборе оборудования, которое наилучшим образом отвечает вашим потребностям. Доверив профессионалам проектирование электроснабжения вашего загородного дома и установку соответствующего электрооборудования, вы исключаете возможные аварии, пожары, повреждение бытовой техники и электроприборов в будущем.
Проект электроснабжения загородного дома должен учитывать необходимые характеристики и пожелания заказчика и включать в себя ряд разделов.
Расчет максимальной мощности
Для определения максимальной мощности, необходимой для электроснабжения дома, суммируется мощность всех электроприборов, которые могут быть включены одновременно, и применяется 15-процентная поправка.
Здесь до мельчайших деталей рассчитывается вся электроустановка объекта, как внутри здания, так и на территории. В спецификации указывается тип и длина проводки, способы ее прокладки и подключения, а также информация о стандартах всего электрооборудования (счетчики, блоки предохранителей и т.д.).
В этом разделе все электроприборы в доме разделены на энергетические группы, каждая из которых оснащена автоматическим выключателем.
К первой группе относятся приборы, без которых можно обойтись в случае отключения электроэнергии. Например, сауны, полы с подогревом, декоративные светильники для различных сценариев освещения и другие подобные приборы. Для их работы достаточно основного источника питания.
Ко второй группе относятся все основные бытовые приборы, которыми семья пользуется регулярно и от которых зависит комфорт в доме. К ним относятся основное освещение, электрический чайник, телевизор и различные бытовые приборы. Для них необходимо заранее обеспечить резервное питание.
В третью группу входят все основные приборы: отопительные котлы, насосы, пожарные и охранные сигнализации, электронные замки и т.д. Для этой группы оборудования перерыв в подаче электроэнергии недопустим. Поэтому эти устройства должны быть подключены к резервному источнику питания.
В дополнение к трем вышеперечисленным основным разделам энергетического проекта дома необходимо составить ведомость материалов с подробным указанием наименований и технических характеристик всего электрооборудования, которое будет установлено в доме. На основании этого документа выполняется монтаж соответствующего оборудования.
Как уже отмечалось, сельские дома часто расположены вдали от централизованных энергосистем, поэтому все большее значение приобретает использование автономных источников энергии, которые могут использоваться независимо или совместно с централизованными системами. В последнем случае они предназначены для работы в качестве аварийных источников питания. В случае внезапного отключения электроэнергии активируются автономные системы для поддержания работы всего оборудования Группы три и Группы два до возобновления подачи электроэнергии.
Рассматривая автономные источники питания для сельских домов, важно исходить из того, что они могут использовать исчерпаемые (невозобновляемые) и так называемые альтернативные ресурсы. И если добыча и использование первых напрямую связаны с деятельностью человека, то существование вторых не зависит от человека (например, солнечная и ветровая энергия).
При отсутствии возобновляемых ресурсов в качестве резервных устройств для электроснабжения фермерского дома используются бензиновые, дизельные или газовые генераторы. Они оснащены системой автоматического или ручного запуска, платой автоматического переключения нагрузки и, обязательно, источником бесперебойного питания.
Выбор типа генератора индивидуален и зависит от цели, которую необходимо выполнить. Бензиновые генераторы часто подходят только в качестве дополнительного, резервного источника электроэнергии в случае отключения основного источника. Они предназначены для кратковременной (до 5 часов) прерывистой работы. В качестве основного источника питания стоит выбрать дизельный мини-трактор, который заметно экономит электроэнергию. Кроме того, дизельный агрегат намного мощнее и менее шумный по сравнению со своим «аналогом». Такой генератор нетребователен в эксплуатации и имеет срок службы более 20 лет. Дизельные генераторы подходят как в качестве основного поставщика электроэнергии, так и в качестве резервного источника питания.
Кроме того, сегодня популярны газовые электрогенераторы для электроснабжения сельских домов. Время непрерывной работы, мощность, размер и стоимость аналогичны бензиновым генераторам. Они вполне подходят для энергоснабжения дома в качестве резервного источника энергии.
Как уже упоминалось выше, помимо конечных (невозобновляемых) ресурсов, существуют природные ресурсы, добыча которых не связана с деятельностью человека. Это солнечная радиация и ветер — невозобновляемые ресурсы. В странах Западной Европы практика использования этих видов энергии в индивидуальных домохозяйствах широко распространена и поддерживается экономически и законодательно. Для нашей страны эти формы энергоснабжения являются относительно новыми и редко используемыми. Однако для сельских домов они особенно перспективны, поскольку гораздо более экономичны в эксплуатации, а также экологически безопасны и дружелюбны, несмотря на большие финансовые затраты на начальном этапе (покупка и установка).
В большинстве случаев в сельских домах используются альтернативные источники электроэнергии, такие как солнечные батареи и ветряные турбины.
Современные ветрогенераторы могут непрерывно производить от 0,5 до 16 кВт электроэнергии в течение 20 лет. Однако в наших климатических условиях этот ресурс может рассматриваться как полноценный источник энергии только с дополнительной конфигурацией бензинового или дизельного электрогенератора, который будет служить резервным источником энергии в безветренные периоды, характерные для наших широт.
Солнечные панели преобразуют солнечную энергию в электричество мощностью до 5 кВт и имеют срок службы до 20 лет. Поскольку солнечная радиация гораздо более стабильна, чем переменная скорость ветра, энергия от них также более стабильна. Необходимость в резервном генераторе зависит от местных климатических условий. В случае с нашей природной зоной, помимо солнечных батарей может потребоваться резервный источник энергии. Оптимальным вариантом будет дизельный генератор.
Спасать и сохранять
Все рассмотренные выше способы индивидуального электроснабжения загородного дома, альтернативные источники энергии, их технические особенности, оборудование и эксплуатация не смогут дать полного эффекта, если мы не зададимся этим вопросом: «Как сделать дом максимально энергоэффективным?», ответ на который можно найти в «Умном доме».
При правильном планировании и организации энергоснабжения и энергосбережения вашего дома вы гарантируете, что вы и ваша семья сможете комфортно жить «у себя дома» независимо от влияния окружающей среды и казусов с центральными электросетями.
Дата публикации: 11.11.2016 2016-11-11
Статья просмотрена: 213 раз
Библиографическое описание:
Беляев П. В., Бубенчиков А. A., Demidova N. G., Gaibov I. A. Сравнительный анализ методов энергоснабжения индивидуального жилого дома // Молодой ученый. 2016. №22.3. С. 1-7. URL https://moluch.ru/archive/126/35130/ (дата обращения: 12.01.2020).
Данная работа была поддержана грантом № MK-5098.2016.8
В настоящее время российский энергетический сектор характеризуется чрезвычайно высоким уровнем потребления: потребление линий электропередачи в Единой энергетической системе (ЕЭС) превышает 25%, а подстанций — 45%. Потери электроэнергии в сетях растут с каждым годом и уже достигли двузначного порога.
Учитывая, что российские электростанции имеют средний коэффициент полезного действия около 33%, протяженность тепловых сетей ограничена размерами города из-за высоких потерь в линиях; для районов с низкой плотностью потребителей энергии, например, в жилых массивах с низкой плотностью застройки, внедрение распределенной энергетики имеет особое значение.
Когда нет возможности сконцентрировать крупные инвестиции на строительстве больших электростанций, строительство малых электростанций является более целесообразным и экономически эффективным, поскольку позволяет значительно снизить размер первоначальных инвестиций и срок их окупаемости, уменьшить инвестиционный риск, сократить сроки строительства и ввода в эксплуатацию.
Для удаленных и труднодоступных районов, особенно для условий крайнего севера, можно использовать небольшие автономные электростанции (АЭС), эффективность которых заключается в отсутствии необходимости обслуживания в течение десятилетий и исключении крайне высокой стоимости доставки топлива на север.
Автономное электроснабжение на базе дизельного генератора
Все электрогенераторы классифицируются как трехфазные или однофазные, в зависимости от типа вырабатываемого ими тока. Эти генераторы питают большинство бытовых приборов и бытовой техники. Трехфазные генераторы могут вырабатывать переменный ток напряжением 380 В, однофазные генераторы — 220 В с частотой 50 Гц [3].
Существует три типа генераторов: дизельные, бензиновые и газовые. С экономической точки зрения, газовый генератор следует использовать только в той местности, где есть центральный газопровод. Его размеры довольно громоздки, и он слишком требователен к условиям установки и эксплуатации. Поэтому основной выбор лежит между популярными бензиновыми и дизельными генераторами.
Бензиновая генераторная установка более компактна и намного дешевле дизельной генераторной установки. Такая генераторная установка будет лучше всего работать в качестве аварийного источника энергии, поскольку она будет включаться периодически. При непрерывной работе его технико-экономические показатели значительно снижаются: из-за ограниченной мощности генератор приходится периодически останавливать и охлаждать, в отличие от дизель-генератора, который может работать непрерывно в течение длительного времени [1].
Стоимость генераторов на базе бензиновых двигателей зависит от различных параметров: самого агрегата, его мощности, типа двигателя (двухтактный, четырехтактный), рабочего объема двигателя, количества используемого топлива, производителя и страны изготовления. Диапазон цен довольно широк: от 3 тысяч рублей до 60 тысяч рублей. Некоторые, особенно высококачественные модели, могут стоить еще дороже.
Дизельные генераторы, по сравнению с газовыми генераторами, более надежны и мощны, и могут служить единственным, автономным, независимым источником электроэнергии при меньших затратах на топливо.
Основное разделение дизельных генераторов основано на частоте вращения двигателя: 1 500 и 3 000 об/мин, при этом генераторы с низкими оборотами не перегреваются и могут работать длительное время без остановки. Среди других особенностей — большой диапазон мощности, легкий доступ к топливу, простота обслуживания, мобильность и быстрый запуск.
По сравнению с генераторами на базе бензиновых двигателей, цена дизельных генераторов выше и составляет от 20 000 рублей до миллиона (и выше), в зависимости от технических характеристик модели, надежности, производителя и управления.
Однако есть и недостатки: высокая стоимость топлива, высокий уровень шума, опасные выбросы и короткий срок службы в суровых условиях эксплуатации. Использование дизельного двигателя затрудняет его запуск при низких температурах, поэтому все дизельные электростанции и генераторы изначально оснащаются электрическим стартером и аккумулятором, что увеличивает первоначальный вес и цену агрегата. Дизельные генераторы также чувствительны к нагрузке. Оптимальный коридор нагрузки составляет 50-75% от номинальной нагрузки. В противном случае срок службы дизель-генератора значительно сокращается, а время его работы уменьшается [3].
Здесь представлен отчет об экономической целесообразности использования дизельных генераторных установок.
Предположим, что при минимальном энергопотреблении мощность, необходимая для оптимальной работы всего подключенного к сети оборудования, составляет 13, 878 кВт, входное напряжение — 48 В.
Генерирующее оборудование должно быть подобрано таким образом, чтобы общая нагрузка на него оставляла около 25% от номинального запаса мощности. Поэтому мы выбираем генератор сгорания SDMO мощностью 19,2 кВт, характеристики которого приведены в таблице 1.
Технические характеристики дизель-генератора SDMO K27 [10].
В небольших городах и сельской местности иногда случаются перебои с электричеством. Давайте поговорим о различных вариантах автономного электроснабжения для сельского дома.
Стоимость электроэнергии из национальной сети растет год от года, при этом качество не улучшается. В сельской местности продолжаются отключения электроэнергии. А теперь мы рассмотрим варианты автономного питания для вашего сельского дома.
Свое электричество
- Способы энергоснабжения вашего дома
- Невозобновляемые
- Возобновляемые источники энергии
Если в городе проблема обеспечения жилого помещения электроэнергией возникает лишь периодически, то с загородным домом все гораздо сложнее — зачастую инженерные коммуникации повреждаются природными явлениями и действиями охотников за цветным металлом.
Можно, конечно, вернуться к решениям начала прошлого века, т.е. к парафиновым лампам и люстрам, в конце концов, мы ложимся спать на закате, но мы привыкли к благам цивилизации, неотделимым от электричества. Рассмотрим вопрос об энергетической независимости коттеджного поселка от ненадежных центральных коммуникаций.
Способы энергообеспечения своего дома
Собственный дом в сельской местности, вдали от промышленных центров, привлекателен с точки зрения спокойного, чистого воздуха в окружении природы. Однако бывают случаи, когда бытовая техника в таких домах отказывается работать из-за того, что напряжение в сети ниже или слишком высокое по сравнению с номинальным (220 В) — и разница может превышать 10%, установленные ГОСТ 13109-97.
Проблема отсутствия напряжения заключается в значительной длине проводов, по которым электричество подается в дома — чем дальше коттедж от трансформаторной подстанции, тем больше падение напряжения, вызванное сопротивлением проводов.
В течение дня напряжение в сельской местности отклоняется от номинального из-за недостаточной мощности СП и электросети — днем оно ниже, так как потребителей электроэнергии больше, а ночью резко повышается, так как потребление в это время минимально.
Скачки напряжения могут привести к неисправности приборов — проще говоря, они перегорают. Современные электроприборы, особенно европейского производства, рассчитаны на скачки тока в 10%, но не более, а в сельской местности вполне возможны скачки в 20-30%.
Стабилизаторы могут компенсировать колебания в электросети, но в случае критического падения напряжения (выше 45%) даже самые лучшие из них не помогут. Необходимы продукты, способные питать оборудование в отсутствие электросети. Их выбор зависит от того, для каких целей будет использоваться оборудование — резервное, вспомогательное или основное питание.
Устройства резервного питания активируются автоматически или вручную владельцем при отключении сетевого питания или при критическом падении напряжения в сети — они способны поддерживать работу оборудования в течение определенного периода времени до восстановления питания.
Дополнительное (смешанное) питание необходимо, когда существующее напряжение в сети недостаточно, а в доме планируется использование энергоемких приборов.
Если бунгало нельзя подключить к электросети и электричество постоянно слабое, необходим независимый источник питания, который будет выступать в качестве основного поставщика энергии.
Чтобы упростить задачу устройства аварийного и вспомогательного питания, будет удобно разделить электроприборы в доме на три группы:
- Первыми будут приборы, которые не требуют бесперебойной работы и могут справиться с основной подачей электроэнергии. К ним относятся системы подогрева пола или настенные инфракрасные панели, электрические сауны, группы освещения для различных сценариев освещения и т.д.
- Ко второй группе относятся бытовые приборы для комфорта — основное освещение, кондиционеры, кухонная техника, телевизоры и аудиотехника. Приборы этой группы требуют аварийного питания.
- Важны электроприборы третьей группы — аварийное освещение, сигнализация и пожарная сигнализация, электронные замки, автоматические котлы отопления, скважинные насосы и т.д. Полноценная работа приборов третьей группы возможна только при бесперебойном питании от дополнительных или резервных источников в обязательном порядке.
Группировка бытовых потребителей электроэнергии позволит правильно подобрать мощность электрогенерирующих приборов, оценить реальные потребности и не переплатить за слишком мощную или купить явно слабую модель.
Все автономные устройства не могут производить электричество из ничего — для этого им требуются ресурсы, которые можно классифицировать как возобновляемые или невозобновляемые. Давайте рассмотрим типы оборудования, вырабатывающего электроэнергию, в зависимости от потребляемых ими ресурсов.
Невозобновляемые источники энергии
Автономное энергоснабжение дома с помощью устройств, потребляющих нефтепродукты или природный газ и вырабатывающих электроэнергию, наиболее популярно среди владельцев иногородней недвижимости в силу своей широкой известности. Однако популярностью пользуются только генераторы, работающие на бензине или дизельном топливе; об остальных известно меньше.
Бензиновые генераторы. Благодаря небольшим размерам и весу они стоят дешевле дизельных генераторов. Однако они не способны подавать электроэнергию непрерывно — время их работы составляет не более 6 часов подряд (у дизеля около 4 месяцев), т.е. бензиновые генераторы рассчитаны на прерывистую работу и хорошо работают, когда подача электроэнергии от основного поставщика прекращается примерно на 2-5 часов и только время от времени. Такие генераторы подходят только в качестве резервного источника питания.
Дизельные генераторы. Они громоздкие, громоздкие и недешевые, но их мощность и время работы значительно выше, чем у бензиновых моделей. Несмотря на значительную стоимость, дизельные генераторы более экономичны в эксплуатации, чем их бензиновые аналоги — дешевое дизельное топливо и непрерывная работа в течение более двух лет означают, что этот электрогенератор может работать несколько дней и месяцев подряд при условии своевременной заправки. Дизельные генераторы подходят в качестве резервного, вспомогательного и основного поставщика электроэнергии.
Электрогенераторы, работающие на газе. Их вес, размер и стоимость аналогичны бензиновым агрегатам той же мощности. Они работают на пропане, бутане и природном газе, но более эффективны на первых двух видах газообразного топлива. Хотя время непрерывной работы аналогично бензиновым генераторам, не превышая шести часов, газовые генераторы имеют более длительный срок службы, в среднем около года. Генераторы, работающие на газе, подходят в качестве основного источника электроэнергии с большими оговорками, но подходят в качестве резервного поставщика энергии.
Когенераторы или мини-ТЭЦ. Если сравнивать их с вышеописанными электрогенераторами, то они имеют два основных преимущества: могут производить не только электричество, но и тепловую энергию; имеют длительный срок службы при бесперебойном использовании, в среднем 4 года. В зависимости от модели, генераторы ТЭЦ могут работать на дизельном, газообразном или твердом топливе. При своих значительных размерах, весе и стоимости мини-ТЭЦ не подходят для энергоснабжения одного дома в деревне, так как их электрическая мощность начинается от 70 кВт, с помощью одной такой установки можно полностью решить проблему круглогодичного электро- и теплоснабжения деревни, состоящей из нескольких домов.
Источники бесперебойного питания, работающие от аккумуляторов. Это не электрогенераторы, поскольку они не производят электроэнергию сами, а хранят ее и доставляют потребителю. Мощность ИБП определяется емкостью и количеством батарей в комплексе, и в зависимости от этого и количества потребителей электроэнергии автономная работа ИБП может длиться от нескольких часов до нескольких дней. Срок службы комплекта ИБП в среднем составляет 6-8 лет.
Что касается генераторных установок, необходимо уточнить один момент — указанный срок службы не означает, что электрогенератор придется списывать и покупать новый, как только он износится, достаточно того, что он будет капитально отремонтирован и, несмотря на некоторую потерю мощности, его эффективность будет восстановлена. Необходимо также соблюдать правила по уходу и обслуживанию генератора.
Возобновляемые источники энергии
В естественной среде нашей планеты существуют постоянные или периодические источники энергии, не связанные с деятельностью человека — ветер, водный поток в реках, солнечная радиация.
Ветряные турбины. Способные преобразовывать энергию ветра в электричество, но по довольно высокой цене, КПД ветрогенераторов не превышает 30%. Срок службы ветряных турбин — около 20 лет, непрерывность производства электроэнергии зависит от интенсивности ветра. Эти установки можно рассматривать как полноценный источник электроэнергии только в том случае, если они оснащены ИБП, а также резервным генератором (бензиновым, дизельным) на случай отсутствия ветра.
Солнечные батареи. Они поглощают солнечную энергию и преобразуют ее в электричество. И хотя ветры дуют с неравномерной скоростью, солнечные лучи освещают Землю в течение всего дня. Эффективность солнечных панелей составляет около 20%, а срок службы — 20 лет. Как и ветряные турбины, солнечные системы должны быть оснащены ИБП. Необходимость в резервном генераторе зависит от местного солнечного освещения — в районах с достаточным количеством солнечных дней дополнительный генератор не нужен и может использоваться в качестве основного источника электроэнергии.
Мини-гидро. Гидроэнергетика гораздо стабильнее, чем ветровая или солнечная энергия — в то время как первые две являются прерывистыми (ночью ветра нет), вода течет в ручьях и реках в любое время года. Стоимость оборудования для мини-ТЭС выше, чем для ветрогенераторов и солнечных батарей, из-за более сложной конструкции, так как гидроэлектрогенератор работает в агрессивных условиях. Эффективность мини-ТЭС составляет около 40-50%, а срок их службы превышает 50 лет. Мини-ТЭЦ способна непрерывно снабжать электроэнергией несколько домов в течение всего года.
После того, как вы ознакомились с рекомендациями по разделению бытовых приборов на группы по степени важности, остается только выяснить, как именно подобрать мощность электрогенератора к приборам одной или нескольких групп. Самый простой способ сделать это — сложить номинальную мощность бытовых приборов, например: микроволновая печь — 0,9 кВт; миксер — 0,4 кВт; электрочайник — 2 кВт; стиральная машина — 2,2 кВт; энергосберегающая лампа — 0,02 кВт; телевизор — 0,15 кВт; спутниковая антенна — 0,03 кВт и т.д. Если мы сложим потребление электроэнергии всеми этими приборами, то получим расход электроэнергии 5,7 кВт/ч — означает ли это, что нам необходимо не менее 7,5 кВт электроэнергии (с запасом мощности 30%)?
Но вовсе нет, ведь эти приборы не работают постоянно, поэтому нужно учитывать и примерное время их работы, например: стиральная машина — 3 часа в неделю; электрочайник — 10 минут на каждое кипячение воды; микроволновая печь — 10 минут на разогрев одной порции еды; миксер — 10 минут; энергосберегающая лампа — около 5 часов в день, и так далее. Оказалось, что для питания описанных в примере приборов достаточно генераторной установки мощностью около 3 кВт, нужно только не включать приборы одновременно и распределить нагрузку, возникающую на генераторную установку, во времени.
Выбор конкретного типа генераторной установки, особенно той, которая работает на возобновляемых источниках энергии, зависит в первую очередь от доступности исходного топлива. Например, газовый генератор требует постоянного снабжения сжиженным природным газом, т.е. ему необходим газовый баллон или резервуар, а также достаточное количество солнечных дней в году для эффективного энергоснабжения с помощью солнечных батарей. опубликовано econet.ru
Если у вас есть вопросы по этой теме, задайте их экспертам и читателям нашего проекта здесь.
Нравится ли вам эта статья? Напишите свое мнение в комментариях.
Подписывайтесь на наш FB: