Исследование системы электроснабжения сельского дома на основе использования альтернативного источника электрической энергии

Бибарсов Владимир Юрьевич

канд. с.-х. наук, доцент, зав. кафедрой энергообеспечения с/х, ОГАУ, г. Оренбрг

Е-mail:

Фомин Максим Борисович

преподаватель, ОГАУ, г. Оренбург

Байков Алексей Сергеевич

преподаватель, ОГАУ, г. Оренбург

Нигматов Ленар Гамирович

инженер, ОГАУ, г. Оренбург

Запасы нефти, газа, угля на планете заканчиваются. Их хватит всего на несколько десятилетий. Поэтому в ближайшие годы следует ожидать дальнейшего роста цен на энергоносители. Если не нам, то нашим детям предстоит переходить на альтернативные источники энергии. Разработки новых технологий ведутся давно, но пока нет уверенности, что ученые придумали чудо-средство, которое спасет человечество от энергетического голода. Что, если начать действовать по принципу «помоги себе сам»? Во многих странах ветровые установки, солнечные батареи солнечные коллекторы, тепловые насосы, микроГЭС уже стали привычными атрибутами жизни.

К сожалению, Россия в вопросе развития "солнечного" домостроения продолжает отставать от индустриального мира, хотя ее климатические условия позволяют строить "солнечные" здания во многих регионах. Чтобы добиться этого, необходимо исследовать возможности рациональной доли замещения традиционных энергоресурсов энергией возобновляемых источников энергии, в том числе энергией солнца в различных областях и начинать надо с регионального уровня. [1]

Необходимость применения новых технологий получения и транспортирования энергии, становится еще более актуальной ввиду изношенности применяемого оборудования. Например, 16 % воздушных линии электропередач Матвеевского района Оренбургской области находится в неудовлетворительном и непригодном состоянии [2]. Парк силовых трансформаторов морально и технически устарел, более 45 % силовых трансформаторов напряжением 35 кВ в среднем отработали более 25 лет. Матвеевский РЭС в электрических сетях 6-10 кВ в среднем регистрирует 26 отключений в год на 100 км ЛЭП, в электросетях 0,4 кВ происходит до 100 отключений на 100 км, то есть показатели надежности электроснабжения в последние годы практически не изменяются, оставаясь относительно невысокими по сравнению с аналогичными показателями других регионов.

Из находящихся в данное время в эксплуатации в распределительных сетях релейной защиты и автоматики (РЗА) различных типов основную долю составляют электромеханические, микроэлектронные или устройства с частичным использованием микроэлектроники. Нормативный срок РЗА-12 лет отработали около 50 %всех комплексов релейной защиты. Отставание уровня выпускаемой отечественной техники РЗА по сравнению с техникой ведущих зарубежных фирм составляет 15-20 лет. Как и прежде, свыше 40 % случаев неправильной работы устройств РЗА происходит из-за неудовлетворительного состояния их и ошибок персонала служб при техническом обслуживании.

Таким образом, проанализировав техническое состояние распределительных сетей, следует вывод, что для улучшения эффективности использования электроустановок необходим ремонт либо замена существующего оборудования, а возможно и переход на новый источник электрической энергии. [3]

На примере реального дома в селе Матвеевка можно проанализировать  рациональность замещения традиционных энергоресурсов возобновляемыми источниками электрической энергии. Для анализа зададимся общей площадью, которая составляет 98 м², площадь крыши 141 м². Дом газифицирован, система водоснабжения центральная, т. е. расход электрической энергии идет только на освещение и работу бытовых приборов (табл. 1). Также на территории имеется помещение для содержания крупного рогатого скота, и гараж где имеются система освещения и бытовые приборы. 

Таблица 1. Затраты на электрическую энергию сельского дома в селе Матвеевка в течении 2011 года (1кВтч=1,98 рублей)

Для полноценной жизнедеятельности минимальный набор бытовых приборов составляет холодильник, энергосберегающие лампы освещения и розетки для электрического чайника и подзарядки приборов. Суммарная мощность в среднем составляет около1000 Вт. В ночной период времени с 24⁰⁰ – 7⁰⁰ потребление электрической энергии минимальное и составляет около 20 кВтч и идет в основном на работу холодильника. В утренний период, когда жильцы дома собираются на работу и потребность в освещении увеличивается, то и увеличивается и расход электрической энергии до80 кВтч. В период времени, когда жильцы дома находятся на работе, потребность в электрической энергии также минимальна и составляет примерно 20 кВтч. А в вечерний период времени с 17⁰⁰ – 24⁰⁰ количество потребляемой энергии максимально, так как в этот период времени много энергии расходуется на освещении и на повседневную работу бытовых приборов и составляет примерно 130 кВтч.

При переводе данного дома на систему автономного электропитания с применением солнечные модулей MSW 80/40-20 мощностью 80 Вт каждый, было проведено экспериментальное исследование солнечной батареи с целью получения зависимости мощности, вырабатываемой солнечной батареей от ориентации солнечного модуля по отношению к солнцу при изменении времени суток, времени года и погодных условий. В первом опыте испытывалась солнечная батарея со следящей за положением солнца ориентацией, а во втором фиксированная ориентация,

В результате опыта мы построили вольтамперную характеристику (рис. 1) и ваттамперную характеристику (рис. 2) с целью определения пиковой мощности солнечной батареи.

Рисунок 1.

Рисунок 2.

При обобщении данных полученных нами в ходе эксперимента получили зависимость мощности вырабатываемой солнечной батареей от времени и от погодных условий (рис. 3).

Рисунок 3.

Из графика видно, что максимальную мощность мы можем получить в ясный солнечный день при ориентированном положении солнечной батареи на солнце. Таким образом, проанализировав результаты эксперимента можно сказать, что применение солнечных батарей для снабжения электричеством сельского дома в с. Матвеевка вполне приемлемо, если принять, что аккумуляторные батареи будут в утренний и вечерний период времени разряжаться, а в дневное время, когда жильцы дома находятся на работе заряжаться от солнечных модулей.

Список литературы:

1.            Патлахов Е. Н., комплексное использование автономных возобновляемых источников электроэнергии. Межрегиональная научно – практическая конференция «совершенствование инженерно – технического обеспечения технологий в АПК» г. Оренбург ОГАУ 2009г., Патлахов Е. Н., Баев Д. В. Система автономного электроснабжения. Состояние и перспективы развития Уральского региона: Тез. докл. 14 научно – техническая конференция Оренбург, ОРПИ , 1992,с. 8.

2.            Cовременные технологии, средства механизации и техническое обслуживание в АПК: Сборник научных трудов Поволжской межвузовской конференции. - Самара, 2003.-196 с.

3.            Чиндяскин В. И., Соловьев С. А. Рекомендации и предложения по созданию устойчивых и экономически эффективных локальных систем электроснабжения сельских поселений от 100 до 500 дворов на основе комплексного использования альтернативных источников электроэнергии. Москва 2009 г. C. 28.