С ростом автоматизации всех циклов жизнедеятельности зависимость и каждого отдельно взятого человека, и всего человечества от бесперебойной передачи электроэнергии стремительно растет. Согласно прогнозам американского Института исследований в области электроэнергетики (EPRI), к 2020 году десяти процентам американских потребителей потребуется подача электроэнергии с надежностью, определяемой девятью девятками, а шестидесяти процентам — шестью, или 99,9999 прцентажа времени. Один из путей обеспечения столь высоких показателей качества — распределенные электросети и альтернативные автономные источники питания.

В середине августа в результате аварии электроэнергетической системы в считанные минуты были остановлены два десятка электростанций, и огромная территория, захватившая часть США и Канады, осталась без электричества. По разным оценкам, в зоне бедствия оказались от 30 до 50 миллионов человек. В 20-х числах сентября подобная авария на четыре часа оставила без электроэнергии жителей Копенгагена, восточной Дании и юга Швеции, общим количеством около 4 миллионов человек. А так же через неделю, 28 сентября, дерево, упавшее на линию электропередачи в Швейцарии, оставило без электричества 56 миллионов итальянцев. Правда, некоторые из них так ничего и не заметили — авария произошла глубокой ночью, а подача электроэнергии восстановилась через три часа (и более).

Удручающая статистика, не правда ли? А если добавить, что зависимость отдельных граждан, домовладений и производств от постоянной подачи электроэнергии с ростом автоматизации и проникновением информационных и иных энергоемких технологий во все уголки жизни становится все более критической, перед нами предстает и вовсе грустная картина…

Россию, удивительным образом, столь масштабные потрясения пока обходят стороной. Быть может, сказывается изрядный запас прочности, заложенный так же при конструировании энергосистем, быть может — разделение энергопотребителей на категории, отключаемые, по мере необходимости, четко и безотлагательно в соответствии с загодя заложенными иерархиями. Так, звонок в местную электросеть по поводу участившихся отключений электроэнергии позволил мне выяснить, что вместе со своими домочадцами я отношусь к третьей категории пользователей, которые — а сюда, очевидно, попадают все квартиросъемщики и домовладельцы — могут отключаться без предупреждения, как только возникнет та или иная необходимость.

С кратковременными отключениями справится фактически любой ист. бесперебойного электропитания. Когда счет начинает идти на часы и даже дни, настает время иных решений. Решений тем более актуальных, что, по данным ООН, около 2 миллиардов жителей планеты Земля до сих пор лишены возможности пользоваться электричеством, по крайней мере — на постоянной основе.

Создание альтернативных энергосетям источников электроэнергии позволяет, с одной стороны, повысить надежность подачи электричества, с другой — обеспечить электроэнергией районы и устройства, к электросетям неподключенные, причем зачастую решить эту задачу экономически выгодно в сравнении с подключением к централизованным источникам.

Человечество находится сейчас в начале долгого и увлекательного пути. Производство и доставка электроэнергии, скорее всего, чем дальше, тем больше будут осуществляться с помощью децентрализованных и (или) альтернативных источников питания. Единичные пока опыты в этой области напоминают освоение морских просторов. Первые путешественники тоже побаивались удаляться далеко от берега, а их паруса, наполнял бриз — легкий прибрежный ветер, меняющий направление в зависимости от времени суток…

Троеборцы

Резервный или, тем более, базовой ист. электропитания для достижения наибольшей эфф. и коэффициента полезного действия должен иметь три составные части:

- собственно генератор электричества — бензиновый, дизельный, газопоршневый, ветряной, солнечную батарею, топливный элемент или любой иной ист. электричества;
- аккумулятор электроэнергии, позволяющий использовать генератор в наиболее оптимальном режиме и «гасить» пики потребляемой мощности. В случае единой электросети таким аккумулятором становится сама сеть — нагрузка распределяется м. сетеобразующими электростанциями и, благодаря закону больших чисел, в значительной степени усредняется;
- инвертор, преобразующий напряжение аккумулятора/генератора в наиболее привычные электроприборам 220 В/50 Гц переменного тока.

Аналогичным образом автономное и резервное электроснабжение может быть, пусть и достаточно условно и произвольно, разделено на три наиболее типовых класса:

- промышленное, когда потребляемая мощность измеряется десятками и тысячами киловатт;
- автономное, когда средняя потребляемая мощность не превышает нескольких киловатт;
- и сверхмалое, когда энергия требуется только на обеспечение работы, например, сети распределенных датчиков, а потребляемые мощности измеряются единицами и долями ватта.

Промышленные альтернативные источники энергии — в силу все так же малых объемов производства и недостаточной проработанности технологий — могут составлять сколько-нибудь серьезную альтернативу традиционной энергетике лишь благодаря государственной поддержке и всевозможным дотациям и льготам, предоставляемым таким проектам. Себестоимость ветряной и солнечной энергетики все так же слишком высока, чтобы в промышленных объемах составлять конкуренцию традиционным энергосетям.

По этой причине наибольшее распространение получили бензиновые, дизельные и газопоршневые генераторы.

Бензиновые наиболее доступны по цене, но себестоимость вырабатываемой ими электроэнергии излишне высока. Кроме того, эти генераторы крайне не желательно использовать в качестве автоматического резервного источника питания в силу быстрого окисления бензина. Дизельные генераторы в среднем дороже бензиновых на 40 и более процентов, но уже могут использоваться в качестве резервного источника, а в случаях, когда по тем или иным причинам крайне не желательно подключиться к централизованным электросетям, и в качестве основного. Иначе генератор по экономическим соображениям целесообразно использовать лишь как резервный ист. электроэнергии.

А вот газовая энергетика в последнее время становится весьма популярна и в нашей стране, и во всем мире. К производству газопоршневых электростанций за последние два года приступили несколько российских заводов — от всем известного КамАЗа до тепловозостроительных.

Мощность таких электростанций, составляет не менее восьми киловатт, причем российские заводы, в силу достаточно высокого спроса и ограниченности производственных мощностей, предпочитают пока работать с наиболее крупными заказами и заказчиками. Средняя стоимость установленного киловатта мощности таких электростанций в зависимости от страны-производителя и масштабов инсталляции составляет от 450 до 1100 долларов. Дополнительными аргументами в пользу газопоршневых электростанций являются использование типовых силовых агрегатов, в качестве которых часто применяются обыкновенные автомобильные двигатели*, и наличие все той же централизованной системы доставки, правда, на этот раз не электричества, а газа. значит горючее, и притом дешевое, для генератора поступает самотеком, по мере необходимости, переход на резервное питание может происходить автоматически, а результирующая надежность корпоративной электросети или ее фрагмента — многократно повышаться с минимальными затратами.

Еще один аргумент: газопоршневые электрогенераторы все чаще применяются на электростанциях. Так, в середине января 2003 года австрийская фирма «Енбахер» (Jenbacher) сообщила о контракте на поставку десяти газопоршневых теплоэлектрогенераторов на строящуюся в Башкирии Зауральскую ТЭЦ. Результирующая мощность ТЭЦ составит 30 мегаватт электрической мощности и 25 гигакалорий в час — тепловой.

Как сообщается, ТЭЦ будет снабжать теплом и электричеством Сибай, город с 25-тысячным населением. Интересно, что станция должна была вступить в строй уже к началу этого отопительного сезона. Сроки поставки и монтажа сокращаются благодаря модульности конструкции, она же позволяет, по мере необходимости, варьировать мощность станции с помощью включения и отключения отдельных энергоагрегатов.

Кстати, когенерация, или использование тепла, выделяющегося при сгорании воздушно-газовой смеси, для нагрева воды, обогрева помещений и других целей, позволяет довести суммарный КПД газопоршневых генераторов, или, как их так же называют в этом случае, мини-ТЭЦ, до 80% (КПД электрогенератора — около 30%). Для сравнения — суммарный КПД газотурбинных установок может достигать 88%.

Вот так же несколько новостей с места событий: в этом году ОАО «КамАЗ» приступило к производству дизельных и газопоршневых электростанций мощностью от 60 до 200 кВт на базе стационарных двигателей КамАЗ V Агрегаты будут соответствовать 1, 2 или 3 степени автоматизации по ГОСТ 14228-80 и смогут работать синхронно, что позволит создавать модульные электростанции и мини-ТЭС мощностью до 2 МВт и выше. А ОАО «Сибнефть-Ноябрьскнефтегаз» планирует построить полностью автоматическую автономную газопоршневую электростанцию мощностью 6,58 МВт, предназначенную для энергоснабжения насосной станции и буровых установок Ярайнерского нефтяного месторождения. Станция будет оснащена двигателями Cummins-QSV91G (США — Великобритания) и системой подготовки попутного нефтяного газа Dollinger (Ирландия). значит газ, который раньше безжалостно сжигался (некоторые читатели в большой степени вероятности помнят гигантские факелы, до недавнего времени горевшие на Ярославском нефтеперегонном заводе), будет использоваться для выработки электроэнергии. Вообще, газопоршневые электростанции могут работать и на биогазе, и на метане, и на разнообразных газовых смесях — главное, чтобы в их составе не было примесей, вызывающих коррозию металла — серы и т. д.

По данным энергосервисной компании «Экологические системы», стоимость электроэнергии от газопоршневой ТЭС в три раза меньше, чем от магистральных электросетей. То есть, по логике, приобретение собственной электростанции позволяет обойти затраты и процедуры, связанные с прямым выходом предприятия на оптовые рынки электроэнергии. Правда, оценки главного инженера ОАО «Башкирэнерго» А. А. Салихова куда скромнее: «Для того чтобы наша электроэнергия была конкурентоспособной на федеральном рынке, надо повсеместно на ТЭЦ расходовать не более 300 граммов условного топлива на производство одного киловатт-часа электроэнергии. А на газотурбинных установках и газопоршневых агрегатах этот показатель не превышает 252 грамма.

Комментарии, излишни. Вот он — путь дальнейшего развития башкирской энергетики».

И, не исключено, локальной электросети или серверной фабрики какого-нибудь предприятия.

Альтернативные, возобновляемые источники электроэнергии пока, как уже говорилось, обходятся гораздо дороже. Даже при минимизации затрат на собственно генерацию электричества использование энергии солнца, ветра и морских приливов требует, в силу нерегулярности и цикличности выработки электроэнергии, обязательного применения накопителей электроэнергии — механических или электрохимических аккумуляторов и, соответственно, инверторов или дополнительных электрогенераторов. Что сразу, по некоторым оценкам, повышает стоимость вырабатываемой электроэнергии на 10–20 центов за кВт/час**.

Прогресс в этой области в большой степени вероятности будет достигнут с распространением так называемых «гибридных» автомобилей, использующих двигатель внутреннего сгорания для заряда аккумуляторов и разработки соответствующих технологий и аккумуляторов. С места такие авто трогаются на электродвигателе, на нем же передвигаются в пробках. А ДВС включается только для заряда аккумуляторов и дополнительного разгона на прямой передаче. С ростом числа автомобилей и появлением вторичного рынка таких силовых агрегатов — например снятых с автомобилей, попавших в аварию — подобные автономные электростанции, способные вырабатывать десятки и сотни киловатт-часов, могут получить некоторое распространение.

А тем временем в сети появляются уже проекты трициклов — автомобилей, использующих наряду с топливом так же и возобновляемые источники — солнце и ветер.

Пока это выглядит фантастикой.

Вместе с тем, собрать собственный гибридный автомобиль под силу, любому читателю. Достаточно врезать в крышу автомобиля люк, заменив в нем стекло на солнечную батарею подходящего размера, добавить к этой гремучей смеси контроллер АКБ… и можно навсегда забыть о разряженной батарее автомобиля, оставленного возле дома на месяц, а то и на пару недель, и стартере, едва прокручивающем коленвал: токи, генерируемые солнечной батареей даже зимой, с лихвой компенсируют токи утечки АКБ и несколько десятков миллиампер, потребляемых автомобильной сигнализацией. Вся конструкция, при массовом производстве такого устройства, скорее всего, уложится в сотню-полторы долларов и будет служить, пока не состарится сам автомобиль: технологии протекции солнечных элементов разработаны достаточно хорошо и гарантируемый срок их службы измеряется десятками лет. И, кроме того, в большой степени вероятности продлит — и надолго — срок службы автомобильного аккумулятора.

Мирный квант

Этот пример достаточно наглядно демонстрирует экономически целесообразную (сейчас) область применения таких альтернативных источников энергии, как солнце и ветер (и любых других циклических электрогенераторов, требующих для работы инвертор/аккумулятор): относительно маломощные устройства, в пределах нескольких киловатт, применяемые в основном там, где по тем или иным причинам нет доступа к центральной электросети или подключение к которой стоит неоправданно дорого.

К слову, подобная установка из пары солнечных батарей общей мощностью 114 Ватт, автомобильного аккумулятора на 60 А/ч и семисотваттного инвертора 12/220 Вольт верой и правдой прослужила мне все лето, обеспечивая участок водой, дом — светом, а электроинструменты — энергией для работы. Солнечная батарея вырабатывала — в пике — около 6–8 ампер постоянного тока, обеспечивая за хорошо инсолированный день полную зарядку АКБ и, например, 300 литров воды из ручья по соседству или час-полтора работы электрорубанка.

В более общем случае, увы, ни солнце, ни ветер пока не выигрывают в экономическом поединке с традиционными энергоносителями. Тем не менее, в некоторых штатах США разрешение на строительство дома выдается только в том случае, если его крыша (или хотя бы один из скатов) сориентирована так, что на одной из ее поверхностей — в недалеком будущем или прямо сейчас — можно будет разместить солнечную батарею.

Прогнозы полностью автономного будущего оптимистичны. И солнечные батареи, и ветрогенераторы за прошедшее десятилетие прошли немалый путь: значительно снижена стоимость из расчета установленной мощности, в НИР вложены немалые средства, объемы производства растут… И солнечные батареи становятся весьма даже востребованы в некоторых азиатских и латиноамериканских странах, причем, прямо скажем, не в самых богатых слоях населения — и по вполне приемлемым тарифным планам. Солнечный анлимит, ограниченный лишь возможностями батареи, инсоляцией и аппетитами пользователя, доступен жителям Шри-Ланки и Доминиканской республики за относительно небольшую по цивилизованным меркам плату — 10 долларов в месяц на протяжении пяти лет — полностью окупающую стоимость оборудования, плюс установочная плата в размере 100 долларов. Дальнейшая эксплуатация будет и вовсе бесплатна. При этом в Шри-Ланке к центральной электросети подключено всего лишь 59 процентов населения. Оставшаяся часть населения до этого могла пользоваться лишь аккумуляторами, керосиновыми лампами и бензиновыми или дизельными генераторами.

Проект в Шри-Ланке предоставил рабочие места 150 сотрудникам компании Shell Solar.

Согласно ожиданиям Национальной лаборатории по возобновляемым источникам энергии (NREL), уже в течение ближайших трех лет на рынке появятся солнечные батареи и электрогенераторы по «достаточно справедливым» ценам, а далее вступит в ход экономика масштабов, и к 2020 году солнечная энергетика превратится в промышленную отрасль с оборотом около 15 миллиардов долларов в год и 150 000 рабочих мест. значит станет сопоставима с нынешней стекольной индустрией США.

* Так, в младших моделях, на 8 и 16 кВт, используются двигатели от «Оки» и ВАЗа. В более мощных моделях после определенной переделки используют и дизельные установки, переведенные с солярки на газ.

** Например, если рассматривать аккумулятор как расходный элемент, выдерживающий определенное число циклов заряда/разряда, и добавить к расчетам стоимость инвертора.

Источник: http://www.cio-world.ru