Автономное энергообеспечение загородного дома — варианты

Если в черте города проблема с обеспечением своей жилплощади электроэнергией возникает лишь периодически, то с загородным домом все куда сложнее — против, причем с завидной регулярностью, выступают коммунальные сети, повреждаемые в результате природных явлений и действий охотников за цветным металлом. Можно, конечно, вернуться к решениям начала прошлого века, а именно керосиновым лампам и лучинам, в конце концов, ложиться спать на закате солнца, но зачем это нужно — мы ведь привыкли к благам цивилизации, неразрывно связанным с электроэнергией. Рассмотрим вопрос энергонезависимости загородного коттеджа от ненадежных центральных коммуникаций.

Способы энергообеспечения своего дома

Владение домом в сельской местности, на значительном удалении от промышленных центров, привлекательно с позиции тишины, чистого воздуха в окружении естественной природы. Однако ситуация, когда бытовые приборы в таком доме отказываются работать по причине более низкого или чрезмерно высокого напряжения в электросети, чем номинальное (220 В) — причем перепады напряжения могут превышать 10%, установленные ГОСТ 13109–97, известна каждому владельцу загородной недвижимости.

Проблема с недостатком напряжения кроется в значительной протяженности проводных коммуникаций, по которым к домам поступает электрический ток — чем дальше от ТП (трансформаторной подстанции) находится коттедж, тем больше падает напряжение тока из-за сопротивления алюминия в проводах. В течение суток напряжение в сельской местности изменяется по отношению к номинальному по причине недостаточной мощности ТП и электросетей — оно ниже днем, т.к. в это время больше всего потребителей электроэнергии, ночью же резко растет, поскольку в это время потребление электроэнергии минимально.

Скачки напряжения могут стать причиной выхода из строя бытовой техники — говоря проще, она сгорает. Современные бытовые приборы, в особенности европейского производства, рассчитаны на 10% перепады напряжения в электросети, но не более того, а в сельской местности вполне возможны 20–30% прыжки напряжения по отношению к номинальному.

Компенсировать перепады в электросети можно с помощью стабилизаторов, но в случае критического падения напряжения (более 45%) даже лучшие из них не помогут. Требуются приборы, способные обеспечить электропитание для бытовой техники при отсутствии электроэнергии от центральных сетей. Их выбор определяется целями, с которыми будет использовано оборудовани — резервное электроснабжение, дополнительное или основное.

Оборудование для резервного снабжения электроэнергией активируется автоматически или вручную, его владельцем, при прекращении подачи электропитания из центральной сети или при критическом падении в ней напряжения — оно способно поддерживать работу бытовой техники в течение ограниченного времени, до тех пор, пока подача энергии не возобновится.

Дополнительное (смешанное) электроснабжение необходимо в тех случаях, когда существующего напряжения в сети недостаточно, а домочадцы намерены пользоваться энергоемкой бытовой техникой.

В случае, если коттедж невозможно подключить к сетям центрального снабжения электроэнергией, а также при постоянно низком качестве центрального энергоснабжения, необходимо оборудование для автономного энергоснабжения, выступающее в роли основного поставщика электроэнергии.

Чтобы упростить задачу, возлагаемую на оборудование резервного и дополнительного электроснабжения, будет удобно разделить бытовую технику в доме на три группы:

• в первой будут электроприборы, бесперебойная работа которых не требуется и можно обойтись основным источником электроснабжения. К ним относятся системы отопления «теплый пол» или настенные ИК-панели, электросауны, группы светильников, предназначенные для различных сценариев освещения и т.п.;
• во вторую группу включаются бытовые приборы, обеспечивающие комфортные условия проживания для домочадцев — основное освещение, кондиционеры, кухонные приборы, телевизоры, аудиотехника. Бытовой технике из этой группы необходимо резервное электропитание;
• электроприборы, зачисленные в третью группу, относятся к жизненно важным — аварийное освещение, системы охранной и пожарной сигнализации, электронные замки, отопительные котлы, управляемые автоматикой, скважинные насосы и т.п. Полноценная работа техники из третьей группы возможно только при бесперебойном электропитании, обеспечиваемом дополнительными или резервными источниками в обязательном порядке.

Группирование бытовых потребителей электроэнергии позволит правильно подобрать мощность оборудования, вырабатывающего электричество, оценить действительные потребности и не переплатить за излишне мощную, или приобрести явно слабую модель.

Любое оборудование для автономного электроснабжения не способно производить электричество из ничего — ему требуются исходные ресурсы, которые подразделяются на возобновляемые и не возобновляемые. Исследуем типы генерирующих электроэнергию приборов в зависимости от ресурсов, им необходимых.

Не возобновляемые источники энергии

Автономное энергообеспечение дома при помощи оборудования, потребляющего нефтепродукты или природный газ и вырабатывающего электричество, пользуется наибольшей популярностью среди владельцев загородной недвижимости по причине широкой известности. Однако популярны лишь генераторы на бензиновом или дизельном топливе, об остальных известно меньше.

Бензиновые электрогенераторы. Небольшие размеры и вес, стоят дешевле, чем дизельные. Но они не способны снабжать электроэнергией потребителей бесперебойно — их продолжительность работы не более 6 часов подряд (моторесурс около 4 месяцев), т.е. бензиновые генераторы предназначены для периодической работы и подходят в тех случаях, когда подача электроэнергии от основного поставщика прекращается на срок около 2–5 часов и лишь время от времени. Такие генераторы подойдут только в качестве резервного источника электроэнергии.

Дизельные генераторы. Массивны, габаритны и недешевы, однако их мощность и рабочий ресурс значительно выше, чем у бензиновых моделей. Несмотря на значительную стоимость, в эксплуатации дизель-генераторы более выгодны, чем бензиновые — дешевое дизельное топливо и бесперебойная работа свыше 2-х лет, т.е. данный электрогенератор способен работать сутки и месяцы напролет, при условии своевременной дозаправки топливом. Генераторы на дизельном топливе подходят в качестве резервного, дополнительного и основного поставщика электроэнергии.

Газовые электрогенераторы. Их вес, размеры и стоимость, близкие к бензиновым установкам одинаковой мощности. Они работают на пропане, бутане и природном газе, но более производительны на первых двух типах газообразного топлива. Несмотря на схожий с бензиновыми генераторами срок непрерывной работы — не более 6 часов, газовые генераторы электроэнергии имеют больший моторесурс, составляющий в среднем около года. В качестве основного источника электроэнергии газовые генераторы подходят с большой оговоркой, но для резервного поставщика электротока — вполне.

Когенераторы или мини ТЭЦ. Если сравнить их с описанными выше электрогенераторами, обладают двумя значительными преимуществами: способны производить не только электрическую, но и тепловую энергию; обладают продолжительным рабочим ресурсом при бесперебойном (ежесуточном) использовании, составляющем в среднем 4 года. В зависимости от модели когенераторы работают на дизельном, газообразном и твердом топливе. Имея значительные габариты, массу и стоимость, мини ТЭЦ не подойдут для энергообеспечения одного дома за городом, поскольку их электрическая мощность начинается от 70 кВт — благодаря одной такой установке можно полностью решить вопрос круглогодичного обеспечения электроэнергией и теплом поселка из нескольких домов.

Источники бесперебойного питания на аккумуляторах. По большому счету они не относятся к генераторным установкам, т.к. не способны самостоятельно вырабатывать электроэнергию, лишь накапливать и отдавать ее потребителю при отсутствии подачи электрической энергии от основного поставщика, чаще всего — центральной электросети. Энергоемкость ИБП определяется емкостью одной аккумуляционной батареи и количества таких батарей в комплексе, в зависимости от этого и количества потребителей электроэнергии срок автономной работы ИБП может составить от нескольких часов до нескольких суток. Срок службы одного комплекта ИБП — в среднем 6–8 лет.

В отношении генераторных установок нужно уточнить один момент — приведенный срок ресурса не означает, что после его выработки электрогенератор придется утилизировать и покупать новый, необходимо лишь произвести капитальный ремонт генератора и, несмотря на некоторую потерю мощности, его работоспособность восстановится.

Возобновляемые источники энергии

В природной среде нашей планеты присутствуют постоянно или возникают периодически источники энергии, производство которой не связано с деятельностью человека — ветер, течение воды в реках, излучение солнца и т.п.

Ветрогенераторы. Способны преобразовывать энергию ветра в электричество, однако при их довольно высокой стоимости — порядка 35000 руб. за 1 кВт модель — КПД ветровых генераторов не превышает 30%. Срок службы ветрогенераторов — около 20 лет, непрерывность в выработке электроэнергии зависит от интенсивности ветра. Рассматривать данные установки в качестве полноценного источника электроснабжения можно лишь при условии их комплектации ИБП, а также резервным электрогенератором (бензиновым, дизельным) на случай безветрия.

Солнечные панели. Они поглощают энергию солнца и преобразуют ее в электроэнергию, поставляя энергию потребителям более стабильно, чем ветрогенераторы — если ветра дуют с непостоянной скоростью, то солнечные лучи освещают Землю в течение каждого светового дня. КПД солнечных панелей составляет около 20%, срок службы — 20 лет. Как и в случае ветрогенераторов, гелиоустановки необходимо комплектовать ИБП. Потребность в резервном генераторе зависит от интенсивности солнечного излучения в данной местности — в районах с достаточным числом солнечных дней дополнительный генератор не понадобится и несколько солнечных панелей с достаточной общей площадью можно использовать, как основной источник электроэнергии.

Мини ГЭС. Энергия воды, по сравнению с ветровой и солнечной, значительно стабильнее — если первые два источника непостоянны (ночь, безветрие), то вода в ручьях и реках течет в любое время года. Стоимость оборудования для миниГЭС выше, чем у ветрогенераторов и солнечных панелей, по причине более сложной конструкции, ведь водяной электрогенератор работает в агрессивных условиях. КПД миниГЭС составляет порядка 40–50%, срок службы — свыше 50 лет. МиниГЭС способна бесперебойно обеспечивать электроэнергией сразу несколько домов в течение полного года.

В завершении

Ознакомившись с рекомендацией о разделении бытовой техники на группы по степени важности, остается лишь выяснить, как именно подобрать мощность электрогенератора под технику из одной или нескольких групп. Простейший способ — суммировать паспортную мощность бытовых приборов, к примеру: микроволновка — 0,9 кВт; миксер — 0,4 кВт; электрочайник — 2 кВт; стиральная машина — 2,2 кВт; энергосберегающая лампа — в среднем 0,02 кВт; телевизор — 0,15 кВт; спутниковая антенна — 0,03 кВт и т.д. Если сложить мощности перечисленных бытовых приборов, то получим энергопотребление за час, равное 5,7 кВт — означает ли это, что потребуется электрогенератор мощностью не менее 7,5 кВт (с 30% запасом мощности)? Вовсе нет, ведь приведенная техника не работает постоянно, т.е. следует также учесть ее примерное время работы, к примеру: стиральная машина — 3 часа в неделю; электрический чайник — 10 минут на каждое кипячение воды; микроволновая печь — 10 минут на разогрев одной порции пищи; миксер — 10 минут; энергосберегающая лампа — около 5 часов в сутки и т.д. Получается, что для обеспечения электроэнергией бытовых приборов, описанных в качестве примера, достаточно генератора мощностью около 3 кВт, необходимо лишь не включать технику одновременно, т.е. распределить возникающую на генератор нагрузку по времени.

Выбор того или иного типа электрогенератора, в особенности работающего от возобновляемых источников энергии, в первую очередь зависит от доступности исходных топливных ресурсов. К примеру, для газового электрогенератора требуется стабильная поставка сжиженного природного газа, т.е. требуются баллоны с ним или цистерна газгольдера, а для эффективного энергоснабжения при помощи солнечных панелей — достаточное число солнечных дней в году.

Стоимость электроэнергии, поставляемой центральными коммуникационными сетями, из года в год возрастает, при этом ее качество лучше не становится. Данный материал открывает цикл статей, посвященных автономному энергообеспечению загородного дома, в которых будут подробно рассмотрены существующие типы электрогенераторов, подробно исследованы вопросы их выбора и эксплуатации.

Абдюжанов Рустам, рмнт.ру

01.07.13