Мини-электростанции и источники бесперебойного электропитания

Каждый, кто использует в быту электроэнергию, хоть бы раз сталкивался с ее внезапным отключением. Смотрим ли мы телевизор, стираем ли белье, работаем ли на компьютере или готовим еду, отсутствие электричества может серьезно помешать нашим планам.

Жители крупных городов, где лучше настроена работа соответствующих служб, еще могут надеяться на оперативное устранение причин, которые вызывали внеплановое отключение энергоснабжения. Хотя если авария серьезна, у них есть все шансы остаться без электричества и на более длительный период. Что же говорить о сельской местности? Оперативность местных служб и организаций, в чьем ведении находится ремонт систем энергоснабжения, существенно ниже. Это объясняется рядом полностью объективных факторов: большая территория обслуживания, дефицит квалифицированных кадров, проблемы, с транспортом, а иногда и с подъездом к объектам, которые нуждаются в ремонте, плохое материально-техническое обеспечение. На надежность электроснабжения в сельской местности может влиять и человеческий фактор. Например, воспользуется домовитий пейзанин отсутствием посторонних глаз и срежет десяток метров провода, бессмысленно, по его мнению, что идет в лес. Другой, узнав, что трансформаторное масло препятствует гниению древесины, возьмет да и оставит без такого трансформаторную подстанцию, которая одиноко стоит. В результате два-три садовых общества будут жить без электричества месяцы два. Да, эти истории кажутся неправдоподобными, однако они абсолютные реальны.

Выходит, что поставщик электроэнергии просто не в состоянии обеспечить бесперебойное электроснабжение. Но что делать, если от питания будут отключены такие важны объекты, как больницы, оперативные службы, предприятия непрерывного цикла? Что действуют сегодня Правила устройству электроустановок (ПУЕ) классифицируют потребителей электроэнергии по трем категориям надежности электроснабжения. Электроприемники первой и второй категорий обеспечиваются электричеством с помощью двух независимых источников питания, а особенная группа потребителей первой категории — даже с помощью трех. Первая категория переключается на резервный источник автоматически, вторая переводится вручную. Согласно ПУЕ, при соблюдении установленных требований первая группа потребителей будет застрахована от возникновения таких ситуаций, когда перерыв электроснабжения может повлечь опасность для жизни людей, угрозу для безопасности государства, значительный материальный убыток, расстройство сложного технологического процесса, нарушения функционирования особенно важных элементов коммунального хозяйства, объектов связи и телевидения. Отключение же от электричества потребителей второй категории в этом случае приведет лишь к массовому недоотпуску продукции, массовым простоям рабочих, механизмов и промышленного транспорта, нарушению нормальной деятельности значительного количества городских и сельских жителей. Другими словами, глобальная катастрофа нам не угрожает, но что делать простому потребителю? Только подумайте — жилые дома относятся к третьей группе электроприемников, перерыв в электроснабжении которых, согласно ПУЕ, может затянуться на сутки! Ответ простой и неоригинальный. Чтобы защитить себя от неприятностей, связанных с внезапным отключением электричества, нужно установить резервный источник питания. Он, кстати, обеспечит дополнительные киловатты мощности, достоверность получения которых возведена практически к нулю.

КЛАССИФИКАЦИЯ

Автономные источники энергии можно разделить на две больших группы. В первую входят агрегаты, которые превратят другие виды энергии в электрическую, при этом их работа не зависит от основной системы электроснабжения. Они полностью автономные и при соблюдении ряда условий могут использоваться долговременно или даже как основной источник электроснабжения. Ко второй группе следует отнести устройства, которые накапливают электричество (заряжают) в то время, когда основной источник исправно поставляет энергию потребителю. Их автономность ограниченна, хотя период времени, в течение которого они способны обеспечивать электроэнергией, может оказаться достаточно длительным. (Согласно ПУЕ, агрегаты обеих групп считаются независимыми, поскольку хранят напряжение в регламентированных пределах при его исчезновении на основном источнике питания.) В свою очередь устройства, которые относятся к первой группе, делятся на тех, которые превратят какой-либо вид энергии (генераторы на базе двигателей внутреннего сгорания, гидро- и ветрогенератори), и те, которые превращают в электричество излучения того или другого спектра (солнечные батареи, термоэлементы). Электрогенераторы на основе двигателей внутреннего сгорания меньше других зависят от таких факторов, как количество солнечных дней в году, сила ветра, гидро- и терморесурси, которые необходимы для эффективного и экономически целесообразного применения солнечных батарей, ветро- и гидрогенераторов, термоэлементов. Более того, у соответствующего выполнения они могут применяться практически в любых природно-климатических условиях. Самыми существенными ограничениями для их использования является необходимость горюче-смазочных материалов и квалифицированного обслуживания, а также относительно непродолжительный срок непрерывной работы (он задан конструктивно или определен регламентом ремонтных работ).

Справедливости совета вспомним и о существовании электрогенераторов, построенных на основе двигателей внешнего сгорания: паровой машины, двигателя Стирлинга, разных типов паровых и газовых турбин. Паровая машина и двигатель Стирлинга отличаются невысоким коэффициентом полезного действия, и применять их как источник электроэнергии нецелесообразно. Турбина же, несмотря на простоту, которая кажется, мало подходит для относительно маломощных электрогенераторов из-за своей дороговизны. Конечно, приведена классификация далеко не полная: мы опустили химические и ряд других источников электроэнергии. Практику применения устройств бесперебойного питания, что однако сложилась, она отображает.

Ниже, рассказывая о независимых источниках, мы остановимся только на генераторах, построенных на базе разных двигателей внутреннего сгорания, поскольку именно они получили наибольшее распространение. Сокращенно назовем их электрогенераторами или мини-электростанциями, а независимые источники питания, в основе работы которых лежит способность накапливать электроэнергию, — аккумуляторными батареями, или аккумуляторами.

МИНИ-ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ

Укрупненно мини-электростанция является агрегатом, который состоит из двигателя внутреннего сгорания, вал которого приводит в движение (вращение) подвижную обмотку генератора, систем обеспечения питания двигателя, управления и превращения энергии, которая производится, в электроэнергию со стандартизированными потребительскими параметрами: три фазы (380 В) или одна фаза (220 В, 50 Гц).

Мини-электростанции могут строиться на основе двигателей внутреннего сгорания, которые работают на разных типах углеводородного топлива. Наибольшее распространение на данный момент получили дизельные и бензиновые агрегаты, неплохие перспективы и у газовых устройств. Сегодня они достаточно крепко устроились в сегменте стационарных мини-электростанций большой мощности.

За исключением типа двигателя, эти агрегаты не имеют принципиальные технические отличия — углеводородное топливо сгорает в цилиндрах, вращает коленвал, который, в свою очередь, крутит вал электрогенератора. Последний превратит вращательное движение коленвала в электроэнергию. Однако такого короткого описания явно недостаточно для того, чтобы выбрать наиболее соответствующее устройство. Поэтому поговорим о критериях отбора. В первую очередь стоит оценить мощность мини-электростанции. Для этого нужно подсчитать суммарную мощность электрических устройств, которые будут подключены к установке. (Существует специальная методика, которая учитывает коэффициенты включения электроприборов. Она аналогична той, которая применяется при расчете системы электроснабжения от централизованного источника электроэнергии.) При этом следует учесть: для мини-электростанции лучше, если ее мощность на 20% превышает расчетную суммарную. (Приведенная схема отображает возможности разных бытовых электроприборов и инструментов, позволяя оценить нужную мощность электрогенераторов.)

Если потребитель не намеревается ограничивать затрату электроэнергии в период эксплуатации автономного источника и планирует пользоваться всеми благами цивилизации, задания, упрощается — как отправная точка для расчета берется электрическая мощность, выделенная централизованным поставщиком энергии на электроустановку. В случае с трехфазной схемой электропроводки и, соответственно, с трехфазной мини-электростанцией важно соблюсти образцовое равенство электрических мощностей потребителей на разных фазах (разница не должна превышать 20-25%), во избежание перекоса фаз.

Ассортимент генераторных установок, представленных на российском рынке, очень широкий, и потребитель волен выбирать из практически неограниченного диапазона мощностей — от десятых долей Кв-а к единицам МВ-А. Таким образом, можно удовлетворить любой запрос, независимо от масштабов энергопотребления загородного дома.

Другой важен критерий — тип силового агрегата. В интересах бензинового двигателя свидетельствует его низкая стоимость. Однако выбор бензогенераторной установки оправдан только в том случае, если перебои в централизованном электроснабжении кратковременны и редки. В ситуациях, когда электроэнергия отключается надолго, или мини-электростанция будет использоваться в качестве основной источник, или же необходима мощность достаточно большая, преимущество стоит отдать дизельному електроагрегату. Несмотря на высокую стоимость, он характеризуется низшими эксплуатационными расходами, большим ресурсом и длительной непрерывной работой. При невысокой интенсивности эксплуатации (до 500 моточасов/год) можно приобрести относительно дешевую высокооборотную (3 000 об/мин) установку, для работы в более активном режиме — низкооборотную (1 500 об/мин).

Важна составляющая автономного энергоснабжения — система управления. В простом случае, когда генератор используется в качестве аварийный источник энергии, его мощность небольшая, и к эксплуатационным характеристикам предъявляются минимальные требования. Все сводится к установке опрокидного рубильника, который исключает одноразовую подачу энергии от основной сети питания и от электростанции. В одном положении он запирает основную цепь питания, в другом — аварийную. И тогда процесс введения источника резервного питания выглядит таким образом: при прекращении подачи энергии по основной сети пользователь вручную или с помощью электростартера запускает двигатель генераторной установки и после ее выхода на нормальный режим работы переводит рубильник из положения Питания от сети в положение Питания от автономного источника.

Мини-электростанции, оснащенные системой автоматического пуска, начинают работать без напоминания — расчетный промежуток времени после отключения основного источника составляет от 30 секунд до минуты. Эта же система отключает электростанцию при возобновлении подачи электроэнергии.

К сожалению, обе системы не способны мгновенно активировать резервный агрегат. Как же поступить, если пользователь, например, работает на компьютере и в самый несоответственно момент вся несохранена информация, введению которой он посвятил не один час, просто взлетает? Помочь могут автономные источники питания — аккумуляторы. В этом случае избежать потери информации позволит даже одиночное устройство — у пользователя будет около десяти минут, чтобы или завершить работу в неаварийном режиме, или подать питание от резервного источника.

В систему электроснабжения дома включают и блок аккумуляторных батарей. В принципе, это тот же источник бесперебойного питания, только больших размеров, мощности и энергоемко

Похожие статьи: