2.4.2. Микро гэс
Малые и микроГЭС – объекты малой гидроэнергетики. Эта часть энергопроизводства занимается использованием энергии водных ресурсов и гидравлических систем с помощью гидроэнергетических установок малой мощности (от 1 до 3000 кВт). Малая энергетика получила развитие в мире в последние десятилетия, в основном из-за стремления избежать экологического ущерба, наносимого водохранилищами крупных ГЭС, из-за возможности обеспечить энергоснабжение в труднодоступных и изолированных районах, а также, из-за небольших капитальных затрат при строительстве станций и быстрого возврата вложенных средств (в пределах 5 лет).
Если поблизости от поселения протекает речка или ручей, для производства электроэнергии выгодно использовать энергию течения воды, устанавливая микрогидроэлектростанции – микроГЭС.
МикроГЭС (мощностью до 100 кВт) можно установить практически в любом месте. Гидроагрегат состоит из энергоблока, водозаборного устройства и устройства автоматического регулирования. Используются микроГЭС как источники электроэнергии для дачных поселков, фермерских хозяйств, хуторов, а также для небольших производств в труднодоступных районах – там, где прокладывать сети невыгодно.
Ценным их качеством является независимость от погодных условий и равномерность выработки энергии во времени, т.к. скорость течения более постоянная величина, чем скорость ветра или поток солнца.
На выходе микроГЭС получаем переменный ток 220В большой мощности круглыми сутками, а потому можно пользоваться сразу и без инвертора с аккумуляторами. Но тянуть провода от реки все же придется. К тому же стоит учитывать сезонность уровня воды и замерзание зимой.
Обычно микроГЭС представляет собой шланг, забирающий из реки часть воды, которая вращает генератор. Выходит, что нужен перепад высот несколько метров между началом и концом шланга. Без плотины этого можно достичь в холмистой местности.
МикроГЭС бывают погружные, которые устанавливаются на дно реки, деривационные, или рукавные, использующие гибкую трубу для формирования водного потока большой скорости вне ручья и свободнопоточные, которые плавают на поверхности реки. Они очень надежны, долговечны, просты в эксплуатации и сравнительно дешевы, порядка 7000 $ за ГЭС мощностью 10-15 кВт. Одна такая ГЭС может обслуживать до 10 домов и более.
2.4.3. Солнечные батареи
Рис. 2.11. Солнечные батареи.
Принцип действия солнечных батарей состоит в прямом преобразовании солнечного света в электрический ток. При этом генерируется постоянный ток. Энергия может использоваться как напрямую различными нагрузками постоянного тока, запасаться в аккумуляторных батареях для последующего использования или покрытия пиковой нагрузки, а также преобразовываться в переменный ток напряжением 220В для питания различной нагрузки переменного тока.
Преимущества солнечных энергетических установок (СЭУ):
Высокая надежность – до сих пор СЭУ являются источником питания для всех спутников на земной орбите, потому что они работают без поломок и почти не требуют технического обслуживания.
Низкие текущие расходы – бесплатное топливо солнечная энергия. Благодаря отсутствию движущихся частей, СЭУ не требуют особого ухода.
Экологичность – при использовании СЭУ не сжигается топливо, у них нет движущихся частей, они являются бесшумными и чистыми. Не выделяют вредных отходов.
Модульность – СЭУ можно довести до любого размера. Владелец такой системы может увеличить либо уменьшить ее, если изменится его потребность в электроэнергии.
Низкие затраты на строительство – обычно СЭУ строят близко к потребителю. Нет нужды тянуть ЛЭП на дальние расстояния и закупать трансформаторы и др. Меньше проводов означает низкие затраты и более короткий период установки.
Длительный срок службы – работают до 30 лет, а в отдельных случаях и дольше.
Независимость от изменения цен на энергоносители – постоянный рост тарифов на топливо и электроэнергию, не является проблемой при использовании СЭУ.
Рис. 2.12. Центры производства ФЭП и солнечных модулей в России в 2008 году.
В России сложилось три центра производства солнечных элементов и модулей – Краснодарский край, Рязанская область и Московская область. Производство фотоэлектрических преобразователей (ФЭП) и солнечных модулей (СМ) в России в 2008 году составило 15,6 МВт.
Российские производители солнечных элементов и модулей:
ОАО «НПП «Квант», г.Москва – производит ФЭП, СМ и ФЭС.
ООО «Солнечный ветер», г.Краснодар – производит ФЭП, СМ и ФЭС.
ЗАО “ОКБ завода “Красное знамя”, г.Рязань – производит ФЭП, СМ и ФЭС.
ОАО «Рязанский завод металлокерамических приборов», г.Рязань производит ФЭП и СМ.
Система электроснабжения автономного дома с выходом переменного тока на базе фотоэлектрической солнечной батареи состоит из:
1. Солнечной батареи необходимой мощности;
2. Контроллера заряда аккумуляторной батарея, который предотвращает губительные для батареи глубокий разряд и перезаряд;
3. Батареи аккумуляторов (АБ);
4. Инвертора, преобразующего постоянный ток в переменный;
5. Энергоэффективной нагрузки переменного тока.
Рис. 2.13. Система электроснабжения автономного дома с выходом переменного тока на базе фотоэлектрической солнечной батареи.
Для обеспечения надежного электроснабжения необходим резервный источник электропитания (на рисунке не показан). В качестве такого источника может быть небольшой (2-6 кВт) бензо- или дизельэлектрогенератор. Введение такого резервного источника электроэнергии резко сокращает стоимость солнечной батареи из-за отстутствия необходимости рассчитывать ее на худшие возможные условия (несколько дней без солнца, эксплуатация зимой, и т.п.)
В этом случае в систему также вводится зарядное устройство для быстрого заряда (в течение нескольких часов) АБ от жидкотопливного электрогенератора. Возможно применение блока бесперебойного питания, в котором возможность заряда АБ уже встроена.