Мини-электростанции

 

Каждый, кто использует в быту электроэнергию, хотя бы раз сталкивался с ее внезапным отключением. Смотрим ли мы телевизор, стираем ли белье, работаем ли на компьютере или готовим еду, отсутствие электричества может серьезно помешать нашим планам.

Жители крупных городов, где лучше налажена работа соответствующих служб, еще могут надеяться на оперативное устранение причин, вызвавших внеплановое отключение энергоснабжения.

Хотя если авария серьезная, у них есть все шансы остаться без электричества и на более длительный период. Что же говорить о сельской местности? Оперативность местных служб и организаций, в чьем ведении находится ремонт систем энергоснабжения, существенно ниже. Это объясняется рядом вполне объективных факторов: большая территория обслуживания, дефицит квалифицированных кадров, проблемы с транспортом, а иногда и с подъездом к объектам, нуждающимся в ремонте, плохое материально-техническое обеспечение.

На надежность электроснабжения в сельской местности может влиять и человеческий фактор. Например, воспользуется домовитый пейзанин отсутствием посторонних глаз и срежет десяток метров провода, бессмысленно, по его мнению, уходящего в лес. Другой, узнав, что трансформаторное масло препятствует гниению древесины, возьмет да и оставит без такового одиноко стоящую трансформаторную подстанцию. В результате два-три садовых товарищества будут жить без электричества месяца два. Да, эти истории кажутся неправдоподобными, тем не менее они абсолютны реальны.

Получается, что поставщик электроэнергии просто не в состоянии обеспечить бесперебойное электроснабжение. Но что делать, если от "питания" будут отключены такие важные объекты, как больницы, оперативные службы, предприятия непрерывного цикла? Действующие сегодня Правила устройства электроустановок (ПУЭ) классифицируют потребителей электроэнергии по трем категориям надежности электроснабжения. Электроприемники первой и второй категорий обеспечиваются электричеством при помощи двух независимых источников питания, а особая группа потребителей первой категории — даже посредством трех.

Первая категория переключается на резервный источник автоматически, вторая переводится вручную. Согласно ПУЭ, при соблюдении установленных требований первая группа потребителей будет застрахована от возникновения таких ситуаций, когда перерыв электроснабжения может повлечь за собой "опасность для жизни людей, угрозу для безопасности государства, значительный материальный ущерб, расстройство сложного технологического процесса, нарушение функционирования особо важных элементов коммунального хозяйства, объектов связи и телевидения". Отключение же от электричества потребителей второй категории в этом случае приведет "лишь" к "массовому недоотпуску продукции, массовым простоям рабочих, механизмов и промышленного транспорта, нарушению нормальной деятельности значительного количества городских и сельских жителей".

Иными словами, глобальная катастрофа нам не грозит, но что делать простому потребителю? Только подумайте — жилые дома относятся к третьей группе электроприемников, перерыв в электроснабжении которых, согласно ПУЭ, может затянуться на сутки! Ответ прост и неоригинален. Чтобы оградить себя от неприятностей, связанных с внезапным отключением электричества, нужно установить резервный источник питания. Он, кстати, обеспечит дополнительные киловатты мощности, вероятность получения которых сведена практически к нулю.

КЛАССИФИКАЦИЯ

Автономные источники энергии можно разделить на две большие группы. В первую входят агрегаты, которые преобразуют другие виды энергии в электрическую, при этом их работа не зависит от основной системы электроснабжения. Они полностью автономны и при соблюдении ряда условий могут использоваться долговременно или даже в качестве основного источника электроснабжения.

Ко второй группе следует отнести устройства, которые накапливают электричество (заряжаются) в то время, когда основной источник исправно поставляет энергию потребителю. Их автономность ограниченна, хотя период времени, в течение которого они способны обеспечивать электроэнергией, может оказаться довольно продолжительным. (Согласно ПУЭ, агрегаты обеих групп считаются независимыми, поскольку сохраняют напряжение в регламентированных пределах при его исчезновении на основном источнике питания.)

В свою очередь устройства, относящиеся к первой группе, делятся на те, что преобразуют какой-либо вид энергии (генераторы на базе двигателей внутреннего сгорания, гидро- и ветрогенераторы), и те, что превращают в электричество излучение того или иного спектра (солнечные батареи, термоэлементы).

Электрогенераторы на основе двигателей внутреннего сгорания меньше других зависят от таких факторов, как количество солнечных дней в году, сила ветра, гидро- и терморесурсы, которые необходимы для эффективного и экономически целесообразного применения солнечных батарей, ветро- и гидрогенераторов, термоэлементов. Более того, в соответствующем исполнении они могут применяться практически в любых природно-климатических условиях. Самыми существенными ограничениями для их использования являются необходимость горюче-смазочных материалов и квалифицированного обслуживания, а также относительно непродолжительный срок непрерывной работы (он задан конструктивно или определен регламентом ремонтных работ).

Справедливости ради упомянем и о существовании электрогенераторов, построенных на основе двигателей внешнего сгорания: паровой машины, двигателя Стирлинга, различных типов паровых и газовых турбин. Паровая машина и двигатель Стирлинга отличаются невысоким коэффициентом полезного действия, и применять их в качестве источника электроэнергии нецелесообразно. Турбина же, несмотря на кажущуюся простоту, мало подходит для относительно маломощных электрогенераторов из-за своей дороговизны. Конечно, приведенная классификация далеко не полна: мы опустили химические и ряд других источников электроэнергии. Тем не менее сложившуюся практику применения устройств бесперебойного питания она отражает.

Ниже, рассказывая о независимых источниках, мы остановимся только на генераторах, построенных на базе различных двигателей внутреннего сгорания, поскольку именно они получили наибольшее распространение. Для краткости назовем их электрогенераторами или мини-электростанциями, а независимые источники питания, в основе работы которых лежит способность накапливать электроэнергию, — аккумуляторными батареями, или "аккумуляторами".

МИНИ-ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ

Укрупненно мини-электростанция представляет собой агрегат, состоящий из двигателя внутреннего сгорания, вал которого приводит в движение (вращение) подвижную обмотку генератора, систем обеспечения питания двигателя, управления и преобразования вырабатываемой энергии в электроэнергию со стандартизированными потребительскими параметрами: три фазы (380 В) или одна фаза (220 В, 50 Гц).

Мини-электростанции могут строиться на основе двигателей внутреннего сгорания, работающих на различных типах углеводородного топлива. Наибольшее распространение на данный момент получили дизельные и бензиновые агрегаты, неплохие перспективы и у газовых устройств. Сегодня они довольно прочно обосновались в сегменте стационарных мини-электростанций большой мощности.

За исключением типа двигателя, эти агрегаты не имеют принципиальных технических различий — углеводородное топливо сгорает в цилиндрах, вращает коленвал, который, в свою очередь, крутит вал электрогенератора. Последний преобразует вращательное движение коленвала в электроэнергию.

Однако столь короткого описания явно недостаточно для того, чтобы выбрать наиболее подходящее устройство. Потому поговорим о критериях отбора. В первую очередь стоит оценить мощность мини-электростанции. Для этого нужно подсчитать суммарную мощность электрических устройств, которые будут подключены к установке. (Существует специальная методика, учитывающая коэффициенты включения электроприборов. Она аналогична той, что применяется при расчете системы электроснабжения от централизованного источника электроэнергии.) При этом следует учесть: для мини-электростанции лучше, если ее мощность на 20% превышает расчетную суммарную. (Приведенная схема отображает возможности различных бытовых электроприборов и инструментов, позволяя оценить потребную мощность электрогенераторов.)

Если потребитель не намерен ограничивать расход электроэнергии в период эксплуатации автономного источника и планирует пользоваться всеми благами цивилизации, задача упрощается — в качестве отправной точки для расчета берется электрическая мощность, выделенная централизованным поставщиком энергии на электроустановку. В случае с трехфазной схемой электропроводки и, соответственно, с трехфазной мини-электростанцией важно соблюсти примерное равенство электрических мощностей потребителей на разных фазах (разница не должна превышать 20-25%), чтобы избежать "перекоса фаз".

Ассортимент генераторных установок, представленных на российском рынке, очень широк, и потребитель волен выбирать из практически неограниченного диапазона мощностей — от десятых долей кВ-А до единиц МВ-А. Таким образом, можно удовлетворить любой запрос, вне зависимости от масштабов энергопотребления загородного дома.

Другой важный критерий — тип силового агрегата. В пользу бензинового двигателя свидетельствует его низкая стоимость. Однако выбор бензогенераторной установки оправдан только в том случае, если перебои в централизованном электроснабжении кратковременны и редки. В ситуациях, когда электроэнергия отключается надолго, или мини-электростанция будет использоваться в качестве основного источника, или же требуемая мощность достаточно велика, предпочтение стоит отдать дизельному электроагрегату. Несмотря на высокую стоимость, он характеризуется более низкими эксплуатационными расходами, большим ресурсом и продолжительной непрерывной работой. При невысокой интенсивности эксплуатации (до 500 моточасов/год) можно приобрести относительно дешевую высокооборотную (3 000 об/мин) установку, для работы в более активном режиме — низкооборотную (1 500 об/мин).

Немаловажная составляющая автономного энергоснабжения — система управления. В простейшем случае, когда генератор используется как аварийный источник энергии, его мощность невелика, и к эксплуатационным характеристикам предъявляются минимальные требования. Все сводится к установке перекидного рубильника, который исключает единовременную подачу энергии от основной сети питания и от электростанции. В одном положении он замыкает основную цепь питания, в другом — аварийную. И тогда процесс ввода источника резервного питания выглядит следующим образом: при прекращении подачи энергии по основной сети пользователь вручную или при помощи электростартера запускает двигатель генераторной установки и после ее выхода на нормальный режим работы переводит рубильник из положения "Питание от сети" в положение "Питание от автономного источника".

Мини-электростанции, оснащенные системой автоматического пуска, начинают работать "без напоминания" — расчетный промежуток времени после отключения основного источника составляет от 30 секунд до минуты. Эта же система отключает электростанцию при восстановлении подачи электроэнергии.

К сожалению, обе системы не способны мгновенно активировать резервный агрегат. Как же поступить, если пользователь, например, работает на компьютере и в самый неподходящий момент вся несохраненная информация, вводу которой он посвятил не один час, попросту "слетает"? Помочь могут автономные источники питания — аккумуляторы. В этом случае избежать потери информации позволит даже одиночное устройство — у пользователя будет порядка десяти минут, чтобы либо завершить работу в неаварийном режиме, либо подать питание от резервного источника.

В систему электроснабжения дома включают и блок аккумуляторных батарей. В принципе, это тот же источник бесперебойного питания, только больших размеров, мощности и энергоемкости. Возможно применение как специализированных устройств, которые по преимуществу используются в офисах, так и тех, что собраны на основе аккумуляторов (в том числе и автомобильных) и систем преобразования напряжения. Из комбинации различных аппаратов получаются автономные источники довольно значительной энергоемкости, позволяющие не только завершить работу, аварийное прерывание которой связано с неприятными последствиями, но и пережить кратковременное отключение электроэнергии, не прибегая к помощи генераторной установки.

Применение автономных аккумуляторных источников питания имеет и другие положительные аспекты. Они могут выполнять функцию демпфера, гасящего всплески напряжения, а совместное использование аккумуляторов и преобразователей напряжения позволяет влиять на качество параметров электроэнергии.

ПРОИЗВОДИТЕЛИ

Какие же мини-электростанции представлены сегодня на российском рынке? В сегменте бензоэлектрогенера-торов доминирующие позиции занимает продукция иностранных компаний-производителей, скажем, Honda (Япония), Geko (Metallwarenfabrik Gemmingen, Германия), Europower (Бельгия), качественные и относительно недорогие отечественные мини-электростанции, такие как "Вепрь", построенные на базе двигателей зарубежных фирм, а также совместные "российско-западные" разработки, например, установка "Энерго" — плод сотрудничества японской фирмы Sawafuji Electric и российского МНПО "Энергоспецтех-ника".

Постепенно "набирают очки" и портативные бензиновые генераторы (инверторные модели), например Yamaha. Они более легкие и компактные, менее шумные, нежели традиционные мини-электростанции, правда, более дорогие. Среди дизельных мини-электростанций особой популярностью пользуются модели японских компаний Honda и Kubota. Однако нельзя обойти вниманием продукцию французского концерна SDMO, который с 1969 года специализируется на выпуске автономных энергетических установок и предлагает широкий ассортимент не только дизельных, но и бензиновых, а также газовых мини-электростанций различных мощностей: от портативных (0,9-15 кВ-А) до стационарных (до 3 000 кВ-А).

Свидетельства надежности оборудования SDMO — сертификат соответствия системы управления качеством производства требованиям международных стандартов ISO 9001 и сертификат соответствия продукции нормам сертификации Госстандарта России. Интересны и изделия шведской компании ATLAS COPCO. Она предлагает широкий спектр передвижных и стационарных дизель-генераторных установок в диапазоне мощностей от 12 до 540 кВ-А. Все оборудование ATLAS COPCO отвечает строгим требованиям качества стандарта ISO 9001. Одним из мировых лидеров производства дизельных генераторных установок считается компания Cummins Power Generation (Великобритания).

Все оборудование Cummins Power Generation (для индивидуальных потребителей выпускается серия International, в которую входят модели мощностью от 11 до 55 кВ-А) характеризуется высокой надежностью и низким уровнем шума, соответствует современным экологическим требованиям стран ЕС. Также среди их преимуществ следует отметить следующее: низкооборотные дизельные двигатели адаптированы к применению российских топлива и масла с повышенным содержанием серы, благодаря чему затраты на эксплуатацию значительно снижаются. В активе уже упоминавшихся компаний Metallwarenfabrik Gemmingen и Europower — дизельные генераторы мощностью от 20 до 450 кВ-А и от двух до двадцати киловатт соответственно. Система проверки качества мини-электростанций Geko основывается на международном стандарте ISO 9002 и немецком военном стандарте AQAP-130, а Europower — на европейском сертификате качества ISO 9001.

КОНТЕЙНЕРЫ

Рассуждая об автономных источниках энергии, построенных на базе различных двигателей внутреннего сгорания, мы не затронули вопросов, касающихся шумовых характеристик мини-электростанций и мест для их размещения. Если речь идет о кратковременной эксплуатации бензогенератора, да еще и на открытой безлюдной местности, то проблема шума практически не стоит. Другое дело, если мини-электростанцию планируется разместить в зоне плотной застройки, например, в коттеджном поселке, и работать она будет в течение длительного времени. Очень сложно найти место для мощной установки и в частном доме — такая мини-электростанция довольно громоздка, кроме того, нуждается в обслуживании, а под открытым небом ее не установишь. Не строить же, в самом деле, отдельное здание?

Впрочем, если генератор компактен, небольшое помещение для него построить все же можно. Многие модели заключаются в шумоизолирующий и погодозащитный кожух, а кроме того, выпускаются всепогодные контейнеры, которые обеспечивают надежную работу мини-электростанций в любых климатических условиях (от -60 до +50°С) и снимают все проблемы, связанные с монтажом оборудования, пус-коналадочными работами, техническим обслуживанием, ремонтом, а также уровнем шума.

Подобные установки выпускают многие компании, например, ATLAS COPCO и Europower, SDMO и Metallwarenfabrik Gemmingen, НТЦ "РАСЭЛ", "Энер-госпецтехника". Контейнеры SDMO удовлетворяют самым жестким мировым требованиям по экологической безопасности и уровню шума. Они имеют сертификат качества Qualigen, который выдается оборудованию, соответствующему следующим критериям: уровень безопасности для пользователей, уровень шума, соответствие маркировки генераторных установок и ее мощностных характеристик, качество предоставления информации о продукции, послепродажная поддержка и обслуживание. НТЦ "РАСЭЛ" работает на рынке энергетического оборудования с 1991 года и является разработчиком, а также производителем стационарных и передвижных систем автономного и резервного электроснабжения.

Дизельные мини-электростанции "РАСЭЛ" строятся на основе российских и зарубежных дизельных генераторов мощностью от двух до 300 кВ-А. Мини-контейнеры "Энерго-К" ("Энергоспецтехника") предназначаются для размещения бензиновых или дизельных агрегатов мощностью от 3,5 до 15 кВт. Время их монтажа минимально, затраты также невелики. Кроме того, контейнеры "Энерго-К" мобильны, и при необходимости их можно переместить на новое место эксплуатации.

Хотелось бы упомянуть и о таком интересном решении индивидуального энергоснабжения, как ветроди-зельные комплексы. В большинстве случаев европейская часть нашей страны — это местность с невысокой среднегодовой скоростью ветра. С другой стороны, локальные ветрогенераторы все больше привлекают владельцев индивидуальных жилых домов. Высокие первоначальные вложения — ничто по сравнению с бесплатной электроэнергией.

Правда, в московском регионе среднегодовая скорость ветра и большое количество "тихих" дней не позволяют использовать ветрогенератор в качестве надежного независимого источника энергии. Для страховки нужна дизельная мини-электростанция. Она обеспечивает получение электроэнергии вне зависимости от погодных условий и природных явлений, ветряк же снижает нагрузку на дизель, продлевает срок его службы, позволяет сэкономить горюче-смазочные материалы. Однако такое решение отличает высокая стоимость установок. Тем не менее это не только выгодно в дальнейшем, но и просто красиво.