Як забезпечити автономне енергопостачання будинку за допомогою відновлюваних джерел енергії
Короткий довідник для тих, хто думає інвестувати у безпеку та ощадність у енергоспоживанні
Системи виробництва електроенергії та тепла зараз чимраз більше орієнтуються на виробництво з малих джерел, що робить простих споживачів учасниками ринку виробництва енергії.
Раніше у 90-х роках енергопостачання спиралось на великі електро- та теплові станції. З початку 2000-х років (внаслідок росту споживання енергії, уваги до питань змін клімату та екології, здешевлення технологій використання енергії довкілля) відбулася різка зміна у підході. Серед таких технологій уже випробуваними в Україні є дахові сонячні електростанції, вітрові електростанції, теплові помпи, а також котли, що використовують місцеву біомасу для генерації тепла та електроенергії.
З огляду на воєнні дії, наявність таких місцевих потужностей різко збільшує стійкість і життєздатність окремих будинків і громад у цілому. Загроза відключень електро- та газопостачання залишається високою. Що варто знати про відновні джерела енергії, які можна використати у приватних будинках?
Актуальні зелені технології для осель
1. Електростанції
Електростанцій, що можна встановити на місцевому рівні – вітрові (ВЕС) та сонячні (СЕС).
Кожна з таких станцій складається з трьох компонентів – генеруючий елемент, інвертор та резервні батареї. В СЕС генеруючими елементом є сонячні панелі, переважно кремнієві, в ВЕС – це відповідно вітряк з генератором постійного струму.
З огляду на вартість інвестиції, більшість домашніх електростанцій є сонячними, бо, вітрові потребують більших вкладень. Вони можуть чудово доповнювати одна одну. Розраховуючи потужність станції, яку ви хотіли б поставити для компенсації власного споживання – варто враховувати те, що максимальну проектну потужність вони будуть видавати лише в ідеальних умовах – пряме сонячне світло чи постійний вітер. З огляду на хмари та відсутність вітру, їх потужність може падати вдесятеро, тому для компенсацій цих провалів постачання, СЕС та ВЕС можуть доповнюватися акумуляторними батареями, які можуть віддавати енергію в такі моменти.
Реальна потужність сонячних панелей в ясний сонячний і похмурний хмарний день буде відрізнятися на порядок. Тобто, якщо ви поставите 10 кіловат панелей, не очікуйте, що вони будуть видавати повну потужність весь час.
Домашня сонячна електростанція (СЕС). Оптимальним є варіант встановлення гібридної сонячної станції і окремої мережевої сонячної станції. Гібридна СЕС забезпечує енергонезалежність об’єкту та продаж надлишкової енергії за “зеленим” тарифом. Підходить для оселі з цілорічним, або сезонним режимом проживання.
Водночас мережева СЕС не має в комплекті акумуляторів і працює лише у комплексі із зовнішньою мережею. Зауважимо, що мережева СЕС є найбільш вигідною з точки зору окупності.
Таке поєднання дозволяє користуватись безперебійним електропостачанням протягом 8 місяців на рік. Однак восени і взимку сонячні панелі не здатні перекрити всі потреби теплопостачання домогосподарства.
Панелі не обов’язково зводити на даху. Можна сконструювати опору з дерева, піднявши над землею хоча б на півметра, щоб її не замітало снігом. Це дозволить швидко її розібрати в екстреному випадку, і якщо ви вирішите серед зими підключити до інвертора якусь додаткову генерацію, а не тільки дизель-генератор. Це стосується електрики для спільних потреб.
Вітроелектрична станція (ВЕС). Щоб робота вітрогенератора була збалансованою і видавала потрібну кількість енергії, потрібно правильно розрахувати необхідні параметри потужності. Наприклад, при заявлених (паспортних) 2-3 кВт при нормальному вітрі (властивому нашій географії) вітрогенератор видає 200-300 Вт. А от 2 кВт він видасть, швидше за все, в момент перед повним блокуванням при урагані.
Також оптимальним варіантом для побутових цілей є комбінована установка – фотоелектричні панелі та вітрогенератор.
Для автономного й допоміжного електропостачання побутових споживачів та невеликих господарських об’єктів використовують здебільшого вітроенергетичні установки малої генерації потужністю до 10–20 кВт (детальніше за посиланням).
2. Тепловий насос
Теплова помпа дозволяє використовувати для опалення та нагріву води безкоштовну енергію довкілля. Він складається з конденсатора, дросельного клапана або детандера (тепловий двигун), випарника, компресора, терморегулятора та холодильного агента.
Помпи працюють у режимі “повітря-вода”, або “грунт-вода”( має кращий коефіцієнт трансформації споживаної електроенергії на тепло, на 1 кВт електрики можна отримати 4-5 кВт тепла).
Один датчик терморегулятора радять розмістити на зовнішній стіні будинку, другий – в основному приміщенні. Насос оброблятиме інформацію з обох датчиків і буде доводити температуру у приміщенні до встановленої вами. Такий насос дозволить повністю відмовитись від газу для опалення оселі. Адже він підігріває воду, яку одночасно можна використовувати і для водо- і для теплопостачання.
Радять поєднувати сонячні колектори та насос у компактну установку. У цьому випадку тепловий насос використовується виключно для опалення приміщень, а воду гріють за допомогою колекторів, тоді достатньою буде невисока температура теплоносія.
Сонячні колектори працюють за принципом перетворення сонячного випромінювання на теплову енергію завдяки нагріванню і циркуляції води. Пристрій складається з суто колектора, теплообмінного контура і акумулятора тепла (бака, наповненого водою).
Такий варіант дозволить в значній мірі скоротити залежність від газового опалення, при цьому постійно маючи в будинку гарячу воду і невелике навантаження на котел.
3. Резервні котли для опалення
Опалювальні котли дозволяють забезпечити автономне теплопостачання за рахунок спалення біомаси в умовах, коли зовнішні мережі газо- та електропостачання недоступні або нерентабельні.
Сучасні моделі котлів працюють на різних видах місцевого палива – вугілля, дрова, щепа (вкл. пресовані пеллети та брикети), хмиз, рослинні залишки, паперові відходи. Найвигіднішою вважають щепу.
Практикують комбіновані котельні, у яких базове (основне) теплове навантаження за рахунок роботи біокотлів, а «пікове» навантаження (у періоди морозі) відбуватиметься за рахунок роботи котлів на природному газу. Такі установки уже впроваджують на рівні міст, наприклад, у Рівному.
Основна перевага котлів на місцевих видах палива – низька вартість місцевих видів палива порівняно з природним газом. Також такі котли є безпечними для здоров’я навпротивагу спалюванню вугіллю чи газу.
Радять звернути увагу на котли, які оснащені технологією подвійного допалювання, що дозволяє допалювати СО2. Ця система передбачає вторинну подачу повітря в камеру згоряння через окремий канал. Такий котел має більший ККД і є більш екологічним.
Для котлів особливо важливими є гарантія від заводу-виробника, правильний монтаж та відповідне паливо. Не варто економити на димарі. Він має бути гарної якості, щоб уникнути чадіння. Він має стояти в окремому нежитловому приміщенні.
Поради щодо технічних елементів:
Інвертор – ключовий елемент побутових електростанцій. Він перетворює струм з постійного у змінний зі зміною показника напруги. У поєднанні з акумуляторними батареями (АКБ) інвертор забезпечує безперебійне живлення приладів, які до нього запитані. Адже АБК і генеруючі установки видають DC, а інвертор перетворює його у AC 220V для потреб споживання.
При цьому АКБ треба періодично заряджати від гібридної СЕС чи ВЕС, або від генератора, коли вони починають просаджуватися нижче за певний рівень.
Найкраще обрати гібридний інвертор, він дозволить у майбутньому до вже встановлених потужностей СЕС додати певну кількість панелей або вітрогенератор, які забезпечать додаткову генерацію електрики.
Батарея акумуляторів, контролер – дозволяють витримати баланс між генерацією і навантаженням. Контролер дозволяє забезпечити будинок електроживленням на мінімальному комфортному рівні (холодильник, насос для води, освітлення, ноутбук). Варто приділити особливу увагу проєктуванню контролера, щоб грамотно розрахувати власні витрати електроенергії, адже споживання у побуті дуже нерівномірне (пікове значення може перевищувати середнє у 100 разів).
На практиці це виглядає наступним чином – коли баланс між споживанням і виробництвом електроенергії в межах одного домогосподарства не витримується, то, у кращому випадку, починаються суттєві стрибки напруги. Якщо навантаження більше, ніж генерація, воно “згасне”, або “задиратиме” напругу, якщо навпаки.
Саме у вирішенні цієї проблеми допомагає установка батареї акумуляторів. Оптимальна загальна ємність однієї батареї акумуляторів – від 800 Ам/год. Експерти радять надати перевагу літієвим акумуляторам, звичайні стартові автомобільні служать лише рік.
Енергоефективний підхід
Особливість автономного режиму забезпечення будинку у тому, що необхідно постійно контролювати об’єм електроенергії, який ви отримуєте, та витрачаєте, тобто — підтримувати баланс між генерацією та споживанням. Задля цього окрім наявності акумуляторів слід також приділити увагу енергоефективності вашого домогосподарства.
Фахівці радять згрупувати і точно обрахувати необхідну потужність, яку треба забезпечити для роботи в автономному режимі.
Побутові прилади за ступенем їх важливості:
1. Життєво необхідні електроприлади, такі як аварійне освітлення, охоронна та пожежна сигналізація, електронні замки, керовані автоматикою опалювальні котли, насоси свердловин тощо. Повноцінна робота такої техніки потребує безперебійного електроживлення, яке і треба забезпечити додатковими та резервними джерелами в обов’язковому порядку.
2. Прилади, що забезпечують комфорт проживання: основне освітлення, кондиціонери, кухонні пристрої тощо.
3. Електроприлади, без яких можна обійтись, наприклад, “тепла підлога”, локальне освітлення, настінні інфрачервоні панелі тощо.
Щоб запобігти перенавантаженню мереж та аварійному відключенню, намагайтесь не включати одночасно пральну машину, пилосос, посудомийку, праску, духовку (можна обійтись мікрохвильовою піччю).
Якщо ви мешкаєте у будинку з індивідуальним тепловим пунктом (ІТП), то його правильне налаштування фахівцем дозволить економити 5-30% тепла.
Публікація підготовлена за фінансової допомоги Європейського Союзу у межах проєкту «Інтеграція сталого розвитку в Україні відповідно до Європейського зеленого курсу». Проект реалізується консорціумом громадських організацій: “DiXi Group” (координатор), Ресурсно-аналітичний центр «Суспільство і довкілля», Асоціація “Енергоефективні міста України”, “Українська академія лідерства”, “Жіночий енергетичний клуб України”, “ДЗИГА”, “ПЛАТО”.
Її зміст є виключною відповідальністю ГО “ДІКСІ ГРУП” і за жодних обставин зміст не може вважатися таким, що відображає позицію Європейського Союзу.