Электростанции. Автономное электроснабжение
Цена от 5500 до 150 000 и до 700 000 руб. Полное или частичное решение проблемы отключения напряжения во внешней сети дает только наличие собственного автономного источника электроэнергии (рис). Определяющей характеристикой всякого источника энергии является его мощность, которая должна соответствовать мощности питаемого оборудования. Перечень электрических приборов и устройств в доме, в общем, однотипен. Но в результате для разных владельцев однотипных домов с одинаковым по своим характеристикам оборудованием, требующим резервного электроснабжения, оптимальными вариантами могут оказаться два значительно отличающихся друг от друга по типу, характеристикам и стоимости источника электроэнергии.
У одних моделей электроагрегатов указывается номинальная мощность, у других — два значения мощности — длительная и максимальная. В первом случае мощность подключаемого оборудования в пусковых режимах не должна превышать номинальной мощности электростанции, во втором — максимальной. Длительная нагрузка — до 80% номинальной мощности или в пределах указанной длительной мощности электростанции.
рисСхемы электроснабжения: А — схема электроснабжения квартир с заземлением РЕ; Б — схема электроснабжения квартир при отсутствии защитного проводника в РЕврозеточ- ной цепи и цепи освещения (временноерешение для старого жилого фонда); В — схема электроснабжения квартир с электроплитой с рекомендуемыми сечениями медных проводников; Г— схема электроснабжения здания с трехфазным вводом
рис
Чтобы определить, какую номинальную и максимальную мощность должна иметь электростанция, необходимо рассчитать суммарную мощность потребителей электрической энергии, которые будут или могут эксплуатироваться одновременно. Эта суммарная мощность потребителей электроэнергии, работающих продолжительное время (более 5 мин), никогда не должна превышать номинальную мощность выбранной электростанции, которая указана в техпаспорте электростанции.
Для работы электростанции в наиболее щадящих режимах и экономии ее моторесурса и топливоресурсов номинальная мощность электростанции должна превышать суммарную мощность потребителей не менее чем на 20—30%. Это позволит: исключить возможность продолжительного функционирования электростанции на предельных режимах, когда интенсивно расходуется ресурс ее работы; иметь возможность подключения не предусмотренных ранее потребителей электроэнергии без приобретения дополнительных ее источников; электростанции легче справиться с пусковыми токами мощных потребителей.
Электрическая мощность потребителя в режиме его включения или запуска обычно не указывается в технических паспортах электротоваров, но в сети автономной электростанции режимы запуска этих потребителей необходимо учитывать. Например, холодильник при запуске моторов потребляет 1000 Вт, а при работе моторов всего 200—400 Вт.
Производя расчет, выбирают различные бытовые и производственные ситуации, в которых одновременно используются несколько мощных электроприборов. Например, мощность стиральной машины и утюга можно исключить из расчетов при ситуации дня рождения или вечеринки, но включить их в ситуации подготовки к празднику. Сравнивая расчеты различных ситуаций, выбирают тот расчет, когда требуемая мощность получается максимальной. К расчетной нагрузке прибавляют 20—30% и получают оптимальную мощность необходимой электростанции.
Какой тип энергетической установки выбрать? Бензин (если постараться, можно переоборудовать на бензин + газ) или солярка?
Бензиновые электроагрегаты (цена от 5500 до 70 000 руб.) выпускаются мощностью 0,5—12 кВт, дизельные 2 кВт и выше. Поэтому дилемма выбора, бензиновый или дизельный генератор (цена от 20 000 до 150 000 руб.), возникает только в диапазоне 2—12 кВт, выше 12 кВт — только дизельные электрогенераторы.
Бензиновые электростанции дешевле, но дороже в обслуживании из-за более высокой цены топлива, менее шумные, легче запускаются при отрицательных температурах. Дизельные электростанции более экономичны, имеют в 2—3 раза больший моторесурс, легче поддаются автоматизации.
При относительно непродолжительных, аварийный и нечастых отключениях внешней сети предпочтение обычно отдается бензиновым электрогенераторам мощностью 1,5 — 6 кВт. Мощности 1,5 кВт достаточно для минимального электрокомфорта загородного дома: холодильник, телевизор, несколько лампочек (с учетом того, что потребляемая мощность холодильника в момент пуска достигает 1 кВт).
Если электростанция будет использоваться в качестве постоянного бесперебойного источника электроэнергии в течение длительного времени, то рекомендуется приобретать дизельные агрегаты, несмотря на более высокую первоначальную стоимость.
Обычно в паспорте на изделие указывается расход топлива при загрузке на 50% от номинальной мощности, поэтому при более высокой загрузке потребление топлива возрастает, причем непропорционально увеличению мощности. И вообще, электричество от автономных топливных электростанций дороже магистрального электричества в 3—4 раза.
При планировании помещения подустановку генератора необходимо продумать вопрос его вентиляции и обогрева в зимний период. Агрегат большой мощности, работающий на дизельном топливе, может быть запущен только теплым. С другой стороны, при работе генератор будет нагреваться, и выделяющееся тепло и выхлопы должны быть удалены из помещения.
Домашняя электростанция состоит из двигателя внутреннего сгорания и генератора, который вырабатывает электроэнергию напряжением 220—230 В при силе тока от 4 до 40 А. В некоторых моделях предусмотрено постоянное напряжение 12 В для подзарядки аккумулятора автомобиля (см. табл. ).
Наиболее простой двигатель — одноцилиндровый двухтактный с воздушным охлаждением; наиболее сложный из используемых в автономных электростанциях — дизельный 12-цилиндровый четырехтактовый с водяным охлаждением. Станция с водяным охлаждением может работать довольно долго без перерыва; при использовании воздушного охлаждения необходимы периодические остановки после использования каждого бака топлива.
Ресурс работы до первого капитального ремонта измеряется в моточасах. По ресурсу электростанции делятся на: сезонные (500—1000 моточасов); рабусты (применяемые только для питания бытовых электроприборов и электроинструмента — 1500 — 2500 часов); станции долговременного пользования (от 3000 моточасов). Рас — ход топлива (в литрах за час непрерывной работы двигателя) позволяет подсчитать экономичность работы станции.
Автоматика. Вы определились, какие электроприборы нужно будет запитывать от резервного источника энергии. К каждому из них необходимо протянуть от электростанции отдельную проводку без последовательных соединений. Так и получается резервируемая сеть. Теперь не придется при отключении электричества бегать по комнатам, отключая электроприборы один за другим, прежде чем запустить мини-электростанцию. Ведь достаточно один раз забыть выключить плиту или холодильник, и генератор, если он не рассчитан на подобные дополнительные нагрузки, сгорит. Обустройство отдельной электроцепи лучше всего предусмотреть еше на стадии проектирования и строительства.
Следует установить в доме так называемый перекидной механический рубильник. имеющий два независимых положения: «от сети» и «от станции» с механической блокировкой, препятствующей одновременному, встречному включению обоих источников энергии. При отсутствии перекидного переключателя генератор сгорит, если его остановить, но не отключить от сети в случае, когда в центральном электроснабжении возобновляется подача электричества.
Таблица Маркировка мини-электростанций
| Кр . ТС | Генератор инверторного типа с электронным регулятором напряжения в шумозащищен — ном кожухе |
| TSC | Генератор инверторного типа с электронным регулятором напряжения в шумозащищен — ном кожухе с функцией прожектора |
| The | Генератор инверторного типа с электронным регулятором напряжения в шумозащищен — ном кожухе с увеличенными колесами и съемными ручками |
| Ки ,» П | Генератор инверторного типа с двойным преобразованием электроэнергии в шумозащи — щенном кожухе |
| S | Прожектор |
| X | Увеличенный бак |
| Э | Электростарт |
| 3 | Трехфазный |
| К | Шумопоглощающий кожух |
| С | Опции сварочного аппарата |
| А | Цифровая панель |
| Ш | Шумопоглощающий кожух ( особо тихий ) |
| В | Вольтметр |
| УТ | Указатель уровня топлива |
| ЭР | Электронный регулятор оборотов двигателя |
| DC | Выход для зарядки аккумулятора (12 В ) |
| АО | Аварийная остановка по низкому уровню масла |
| СЛН | Сигнальная лампа низкого давления |
| 30 | Устройство защитного отключения |
| СМ | Счетчик моточасов |
| КЛ | Колеса |
| СЛ | Сигнальные лампы ( напряжения на входе , перегрузка , низкий уровень масла ) |
| ТА | Тепловой автомат с защитой от короткого замыкания |
| ВН | Выключатель напряжения |
| ЗП | Защита от перегрузок |
Чтобы не мучиться с ручным запуском, можно докупить к станции электростартер. В таком случае станция запустится одним нажатием кнопки. Можно приобрести и дистанционный проводной пульт управления — при условии, что в конструкции использован не механический, а электрический стартер.
Есть устройства, позволяющие станции включаться автоматически, без участия человека. Электроника отслеживает состояние основной сети электроснабжения и самостоятельно запускает станцию в случае пропадания или просадки напряжения хотя бы в одной из фаз. При восстановлении стационарного питания нагрузка переключается обратно, сама же станция переходит в режим ожидания. Минимальное время отсутствия напряжения между потерей напряжения в основной сети и возобновлением питания нагрузки от генератора составляет от 20 до 60 секунд.
Сэкономить топливо (до 25%) и снизить шумы (на 5-6 дБ) позволяет электронная система автоматического регулирования оборотов. Под нагрузкой двигатель станции вращается с номинальной частотой 3000 об/мин, а при отключении электрических потребителей переходит на холостой ход. Повторное включение потребителей
 |
 |
рис
Таблица Распространенные виды натурального камня
| Гранит Красный Зеленый Черный |  |  |  |
| Мрамор Салсали Розовый . Серый |  |  |  |
| Оникс Кремовый Кремовый с жилами Зеленый с коричневыми жилами Оранжевый Болотный с белыми жилами Розовый |   |   |   |
приводит к мгновенному увеличению числа оборотов до номинального. Система автоматического регулирования числа оборотов двигателя повышает стоимость электростанции на 10—15%.
Генераторы в электростанциях. Электростанции комплектуются генератором синхронным или асинхронным. Генератор синхронного типа выдает стабильные параметры напряжения и частоты. Станция с таким генератором хороша для стационарного использования, выдерживает высокие пусковые токи, ее можно нагружать на полную мощность, подключая различные электроинструменты, не слишком требовательные к качеству тока, а также бытовые приборы (насосы, холодильники, стиральные машины и т. д.). В последнее время в конструкции электростанций используются бесщеточные генераторы синхронного типа, которые не нуждаются в обслуживании.
Генератор асинхронного типа выдает чистейшего вида ток с идеальной синусоидой, а вот перегрузка пусковыми токами в этом случае крайне нежелательна. Лучше всего подключать к станциям с асинхронным генератором чувствительную к перепадам напряжения аппаратуру — электронные приборы, компьютеры, магнитофоны, CD — проигрыватели и т. д. Если расчетная мощность всех резервируемых ламп накаливания, электронагревателей, электромоторов и прочих индуктивных нагрузок в 3-4 раза меньше мощности генератора, лучше также применять станции с асинхронным генератором.
Однофазные генераторы выдают переменный ток напряжением 220 В и частотой 50 Гц, трехфазные генераторы рассчитаны и на 220, и на 380 В. К однофазным генераторам можно подключать только однофазные нагрузки, а трехфазные могут обеспечить энергией приборы, рассчитанные как на 220, так и на 380 В.
 |
Расчет однофазного генератора (220 В) приводился выше. Что касается трехфазных генераторов (220 и 380 В), то при подключении к ним однофазных потребителей может возникнуть проблема перекоса фаз: одна из них будет нагружена меньше, другая — больше. У станции с синхронным генератором «перекос» нагрузок не должен превышать 30% (к примеру, у трехфазного агрегата мощностью 9 кВт суммарная мощность однофазных потребителей не должна превышать 3 кВт на одной фазе, если подключить еще хотя бы 1,5 кВт (обогреватель) генератор может сгореть). Ну а когда в доме есть постоянные трехфазные потребители, например, глубинный насос, выбор падает именно на трехфазный асинхронный генератор. Он выдерживает перекос фаз до 80%.
Газовые мини-электростанции
( рис). Газопоршневые установки (газопоршневой двигатель ГПД) вырабатывают электроэнергию, а тепловой модуль утилизирует тепло. В итоге КПД когенерационной установки около 90%: 40% — электричество и 50% — тепло.
В качестве основы мини-ТЭЦ могут выступать не только газопоршневые установки, но и микротурбины, газотурбинные установки, паровые турбины, топливные элементы и даже двигатель Стирлинга.
Основное преимущество газопоршневых двигателей перед дизельными — более дешевое топливо. Даже при использовании в качестве резервного топлива газовой смеси пропан—бутан стоимость единицы электрической энергии, произведенной на газопоршневой установке, в 1,3 раза меньше, чем на дизельной, а при использовании природного газа меньше в 5—7 раз.
Другое важное преимущество перед дизельными установками — экологическая безопасность.
Типовая схема.
В коттедже устанавливается газопоршневая КРУ, которая вырабатывает электрическую энергию, необходимую для покрытия электрической нагрузки жилого дома. Одновременно посредством утилизации тепла двигателя КГУ происходит выработка тепловой энергии в виде горячей воды 90 °С, которая направляется в систему отопления и ГВС дома.
Решение и экономическая эффективность.
Стоимость установки собственной мини-ТЭЦ соизмерима с платой за выполнения техусловий на подключение коттеджа к электросетям. Ежегодные эксплуатационные расходы мини-ТЭЦ ниже, чем затраты на покупку эквивалентного количества электроэнергии по тарифу местных электрических сетей. Экономия средств составляет около 40—50 копеек за 1 кВт-ч выработанной электрической энергии. Тепло, вырабатываемое одновременно с электрической энергией, является бесплатным. Окупаемость проекта мини-ТЭЦдля автономного тепло- и электроснабжения коттеджа составляет 2—3 года.
Альтернативные гидро-, ветряные и солнечные мини-электростанции описаны в гл. «Электрическое отопление». Я намеренно поместил этот материал туда, чтобы читатель понял, что обеспечить себя и свой дом полной автономностью и даровой электрической и тепловой энергией может каждый.
