Использование оборудования, работающего на возобновляемых источниках энергии (солнце и ветре) в условиях сибирского региона

Жители нашей планеты обеспокоены нехваткой традиционных энергетических ресурсов и экологически неблагоприятной обстановкой при их использовании. Многие страны мира внедряют программы по использованию так называемых «зеленых технологий». Европейские страны переходят на строительство энергоэффективных зданий, которые способны генерировать энергии больше, чем требуется для собственного потребления.

По мнению специалистов, Россия имеет большой потенциал в развитии солнечной энергетики. Учитывая показатели инсоляции различных регионов России, солнечная и ветряная энергетика может стать реальной альтернативой традиционным источникам энергии в Южном Федеральном округе, на юге Сибири и Дальнего Востока. К примеру, Краснодарский край и большая часть Сибири по инсоляции сравнимы с югом Франции и центральной частью Италии, где солнечная энергетика сейчас развивается бурными темпами.

В Краснодарском крае, Республике Алтай и Республике Саха (Якутия) уже введены в действие крупные солнечные электрические станции и планируется строительство новых.

Наша организация имеет опыт реализации и установки оборудования, работающего на возобновляемых источниках энергии в условиях Сибирского региона: Новосибирская, Томская, Кемеровская области, Алтайский край и Республика Алтай.

Пятилетний опыт работы показал, что в настоящее время установка данного вида оборудования еще не носит массовый характер, но количество потребителей с каждым годом увеличивается. Основных потребителей можно разделить на несколько групп:

1. Объекты, находящиеся в отдаленных районах, для которых это скорее вынужденная мера в условиях полного отсутствия энергоснабжения.

Например, туристическая база «Высотник» в горах Алтая (рис.1). Ближайший населенный пункт находится в 45 километрах. Высота над уровнем моря 1950 м. Основной вид транспорта – лошади. Дополнительно используются вертолеты.

В настоящее время на туристической базе установлена ветросолнечная станция мощностью 0,7 кВт, способная обеспечить освещение территории и основных строений, зарядку мобильных устройств, работу бытовых электрических приборов.

Рис. 1. Общий вид туристической базы «Высотник». 

Горячее водоснабжение осуществляется от солнечного коллектора (рис. 2). Емкость бака составляет 90л. В течение светового дня вода в баке способна нагреться до 900С

Рис. 2. Солнечный коллектор на турбазе «Высотник» 

В Горном Алтае, недалеко от поселка Чемал, на берегу реки Катунь расположена база отдыха «Кудюр-Догон» (рис. 3). Электроснабжение базы полностью осуществляется от ветро-солнечной станции и дополнительно установленным дизельгенератором. Подключить электроснабжение от основной сети электропередач не представлялось возможным, т.к. ближайшая ЛЭП находится в 4 километрах от базы отдыха.

На базе отдыха находится 5 строений: основной двухэтажный дом на 5 номеров, два одноэтажных дома на два номера, баня и помещение охраны.

Рис. 3. Общий вид базы отдыха «Кудюр-Догон». 

Генераторы энергии расположены на минимально возможном расстоянии от аккумулирующих устройств. Это необходимо для сокращения потерь.

Рис. 4. Размещение солнечных модулей на крыше котельной.

Во время монтажа солнечных модулей на крыше котельной (рис. 4) разместить их, согласно требований инструкции, под определенным углом к горизонту - не удалось, т.к. второй ряд частично затенялся первым, поэтому было принято решение один ряд модулей установить под углом к горизонту, а другой положить на кровлю. В ходе эксплуатации выяснилось, что каждый ряд модулей работает по разному: установленные наклонно хорошо вырабатывают энергию в яркий солнечный день, а, лежащие незначительно от них, отстают; зато в пасмурную погоду, во время полной облачности, лежащие на кровле модули поглощают больше рассеянного освещения и вырабатывают больше энергии, чем установленные наклонно.

Рис. 5. Ветрогенератор установлен на берегу реки.

Ветрогенератор установлен на берегу реки, в горном ущелье (рис. 5). В зимний период он вырабатывает 1,5 номинала от заявленной мощности.

2.Потребители, способные сделать значительное разовое вложение средств, с целью экономии на традиционных ресурсах в дальнейшем, т.к. срок окупаемости систем составляет от четырех до двенадцати лет.

Примером может служить предприятие по производству лекарственных препаратов в Горно-Алтайске (рис. 6).

Рис. 6. Аптека, г. Горно-Алтайск

Помещение площадью 300 кв. м (2 этажа) после ввода в эксплуатацию отапливалось электричеством. При этом температура воздуха в помещении не поднималась выше 180С. После установки солнечных коллекторов температура воздуха в помещении повысилась до 220С, а затраты на отопление снизились в четыре раза. Срок окупаемости проекта по предварительным расчетам составляет 8 лет, но в условиях нестабильной экономической ситуации в нашей стране он может значительно сократиться.

Рис. 7. Установка солнечных коллекторов на фасаде здания.

На южном фасаде здания установлены солнечные коллекторы (рис. 7), обеспечивающие внутренние помещения теплом в течение светового дня. Ночью помещения отапливаются от электрического нагревателя, т.к. в данной системе не предусмотрена аккумуляция тепловой энергии.

В Алтайском крае во время строительства свиноводческого комплекса на 1300 свиноматок в селе Фунтики было запроектировано осуществлять нагрев воды в двух душевых (мужской и женской) административно-бытового корпуса электричеством. Решение стандартное и малозатратное на стадии строительства и установки оборудования, но в дальнейшем это сулило значительные расходы в процессе эксплуатации. Председатель сельсовета совместно с главным энергетиком приняли решение заменить электрические водонагреватели солнечными коллекторами (рис. 8) и не ошиблись, т.к. разовые затраты на оборудование быстро окупили себя.

Рис. 8. Свиноводческий комплекс, с. Фунтики, Алтайский край

Солнечные коллекторы, генератор тепловой энергии, размещены вертикально на фасаде здания. Это позволяет собрать максимальное количество солнечной энергии в течение короткого зимнего светового дня, т.к. солнце находится ближе к горизонту, и частично снизить выработку энергии в более длинный летний световой день.

Дополнительно над солнечными коллекторами были установлены рольставни, которые автоматически закрываются при достижении в баке-аккумуляторе заданной температуры.

Рис. 9. Главный фасад энергосберегающего дома, п. Ложки (арх. А. Буслаев).

В пригородном поселке Ложки, недалеко от Академгородка находится жилой дом, изначально запроектированный как энергосберегающий. Главный фасад дома обращен на южную сторону (рис. 9), гараж расположен с северной стороны.

Солнечные коллекторы размещены на южном фасаде здания. Чуть скругленный фасад позволяет увеличить время эффективного приема солнечного тепла в течение дня и позволяет уменьшить «тепловой удар» прихода тепла в полдень. Тепло от солнечных коллекторов в течение дня используется на обогрев дома и частично накапливается в баке-аккумуляторе для использования в ночное время суток.

Излишки тепла в летний период запасаются в грунтовом аккумуляторе под домом, который служит для прогрева грунта непосредственно под домом и представляет собой систему водопроводных труб, опущенных петлей в 24 скважины, каждая из которых достигает глубины 10 метров. Запасенного в грунте тепла хватает для дополнительного обогрева жилого дома до февраля месяца.

В настоящее время на объекте установлена половина от расчетного количества солнечных коллекторов и грунт прогревается за летний сезон до 26-28 0С. Полная установка коллекторов позволит прогреть грунт до 55 градусов, с запасом по времени остывания в половину года.

3. Энтузиасты – любители. Эти потребители интересуются новыми технологиями, ищут нестандартные пути решения ежедневных проблем. Они готовы поверить в работоспособность и эффективность любых новшеств только после того, как опробуют все самостоятельно, как говориться «испытают на себе». Более того, они могут приспособить оборудование для выполнения совершенно новых задач, не предусмотренных производителем.

Рис. 10. Нагрев воды солнечным коллектором в частном доме, г. Новосибирск

Например: в небольшой стеклянной вакуумной трубке от солнечного коллектора можно не только нагреть воду для отопления или горячего водоснабжения, но и поджарить сосиски и шпикачки, если положить их в металлическую колбу, которую затем поместить в вакуумную трубку. Они устанавливают оборудование в частных домах (рис. 10), на дачных участках и даже в многоэтажных жилых домах (рис. 11) сначала ради эксперимента, а в дальнейшем получают значительную выгоду от его использования.

Рис. 11. Получение электрической энергии от энергии солнца в многоэтажном жилом доме, г. Новосибирск 

В последнее время становится актуальной проблема сброса излишков мощности, выработанной автономными электрическими станциями в основную сеть электроснабжения.

В развитых странах владельцы солнечных фотоэлектрических станций могут не только сами пользоваться выработанной электрической энергией, но и сбрасывать ее в основную сеть и получать дополнительный доход. Это закреплено на законодательном уровне и энергетические компании обязаны оплачивать полученную энергию.

В нашей стране совместное использование основной сети и солнечной фотоэлектрической станции связано с определенными трудностями, как на техническом, так и на законодательном уровне. Обычные двухфазные счетчики считают энергию, ушедшую в сеть как потребленную. Эту проблему решает установка трехфазных счетчиков и сетевого инвертора. На законодательном уровне вопрос сброса в основную сеть мощности менее 25 Мегават проработан недостаточно.

 В городе Новосибирске имеется один экспериментальный объект, оснащенный указанным оборудованием (рис. 12).

Рис. 12. Солнечная станция, установленная на трекере и фасаде жилого дома

На прилегающей к многоэтажному жилому дому территории установлен поворотный трекер (система слежения за солнцем) с шестью солнечными фотоэлектрическими модулями общей мощностью 1100 Вт. Дополнительно на фасаде здания размещены солнечные фотоэлектрические модули общей мощностью 360 Вт. Аккумуляторы, контроллеры заряда и инверторы установлены внутри помещения.

Эта система позволяет накапливать энергию в аккумуляторных батареях для использования на бытовые нужды в одной из квартир. Излишки электрической энергии сбрасываются в сеть и поглощаются другими потребителями жилого дома.

Сетевой инвертор (рис. 13) позволяет питать потребителей дома как автономно, так и совместно с основной сетью электроснабжения.

Рис. 13. Стенд автоматики

Из всего вышесказанного видно, что с развитием технических возможностей, повышением цен на энергоресурсы, возможными «неполадками» у монополистов (снабжающих энергетическими ресурсами), развитием индивидуального строительства и т.д. появляется все больше желающих, обеспечить бесперебойность, комфорт, автономность собственного жилища, уменьшить эксплуатационные затраты.

Рис. 14. Общий вид на проектируемый демонстрационный центр

В настоящее время ООО научно-производственная фирма «Энергия» занимается созданием и оборудованием демонстрационного центра альтернативной энергетики, который планируется разместить на верхнем этаже и кровле жилого дома (рис. 14), расположенного недалеко от площади Карла Маркса. Это позволит опробовать различные технические и технологические решения, получить, проанализировать и обобщить опыт использования автономных источников энергоснабжения в условиях Сибирского региона, чтобы перейти от теоретических расчетов к конкретным рекомендациям, подкрепленных опытом эксплуатации.

Приглашаем всех желающих производителей и потребителей присоединиться к обустройству демонстрационного центра, высказать свои предложения и замечания. Полученными результатами мы поделимся со всеми желающими на нашем сайте: www.энергия-нск.рф или www.energi-nsk.ru и по телефону 8 (383) 322-22-64.

Фомичев В.К., Церегородцева И.В. ООО научно-производственная фирма «Энергия», г. Новосибирск

Материалы II Всероссийской научной конференции «ЭНЕРГО- И РЕСУРСОЭФФЕКТИВНОСТЬ МАЛОЭТАЖНЫХ ЖИЛЫХ ЗДАНИЙ»