Технології в енергетиці та технології енергозбереження

1.

Тема: Технології в енергетиці та технології енергозбереження.
Постійні коливання рівня цін на енергоносії на світовому ринку
практично не дають можливості передбачити те, якими буде їхня вартість через
декілька років. З цієї причини багато хто намагається обирати системи з
найоптимальнішою адаптивністю у використанні енергоносіїв, як мінімум з
двома джерелами енергії. Ще більшу свободу надає використання власних –
побутових
–
установок
з
виробництва
електроенергії
за
рахунок
відновлювальних природних джерел.
Домашні електростанції
Однією з провідних тенденцій енергетичного ринку розвинених країн
Європейського
Союзу
є
децентралізація
вироблення
енергоресурсів,
насамперед, електричної енергії. При цьому ставка робиться на спільне
виробництво тепла та електроенергії.
Пов'язано це з тим, що в європейських країнах все більше відмовляються
від
централізованого
виробництва
електроенергії.
Так,
у
Німеччині
закриваються атомні електростанції. Натомість поширюється використання
електростанцій на відновлюваних джерелах енергії: сонця, вітру та води (рис.
1).
Рис. 1. Децентралізація виробництва електроенергії
Такі
джерела
електроенергії
характеризуються
нерівномірністю
вироблення що залежить від багатьох природних факторів: хмарності,
швидкості вітру, пори року і т. д. У зв'язку з цим постало питання про те, що
споживачі енергії не можуть, як раніше, диктувати обсяги її вироблення, а
навпаки генерація управляє споживанням.
Разом з тим, вже з'явилося обладнання, при використанні якого навіть
окреме приватне домогосподарство може стати більш незалежним (або навіть
повністю автономним), за рахунок прямого або побічного виробництва
електроенергії. При цьому дана електроенергія акумулюється і може

2.

використовуватися в будь-який необхідний користувачеві час і на різні
потреби.
Вироблення електроенергії можливе декількома шляхами: окремими
фотоелементами (рис. 2), використанням у складі генераторів теплової енергії
(мікро-ТЕЦ) паливних елементів або двигуна Стірлінга.
Рис. 2. Cонячні фотоелектричні панелі
Комбінація фотоелектричної енергетичної установки з тепловим насосом
робить систему автономною та такою, що повністю працює за рахунок
відновлювальних джерел енергії. Теплогенератор використовує безкоштовне
екологічне тепло, а електрообладнання працює на струмі, виробленому
власною фотоелектричною установкою під впливом безкоштовної сонячної
енергії.
Світова новинка – вироблення електроенергії опалювальним обладнанням
за допомогою паливних елементів (рис. 3). Лідером в їх розробці є Японія.
Звідти паливні елементи масово постачають для провідних європейських
виробників котельного обладнання.

3.

Рис. 3. Блок паливних елементів
Паливні елементи випускаються двох типів – для високотемпературних
(до 75°С на лінії подачі теплоносія) і низькотемпературних (до 45°С) систем
опалення. Вони дозволяють скоротити споживання первинної енергії і знизити
обсяги викидів вуглекислого газу. Всього використовується близько 7 типів
паливних елементів. Принцип їх дії заснований на проходженні реакції синтезу
водню (отримується шляхом розщеплення природного газу, попередньо
очищеного від сірки) з киснем, який відбувається з виділенням тепла. Утворена
при цьому водяна пара і є джерелом електроенергії.
Модуль паливного елемента поєднується в єдиному корпусі, наприклад, з
газовим конденсаційним котлом, що вмикається для покриття пікових
навантажень.
Блок
паливних
елементів
забезпечує
більшу
частину
теплоспоживання. Одночасно таке обладнання виробляє деяку кількість
електроенергії.
Теплові двигуни і акумуляція
Інша технологія спільного вироблення теплової та електричної енергії –
застосування двигуна Стірлінга – тепловий двигун із зовнішнім підведенням
тепла. Дана технологія не нова. Проте в даний час на ринку з'явилися пристрої
невеликої потужності (від 3,6 кВт теплової потужності і від 0,6 кВт електричної
потужності) для побутового використання.

4.

Вироблену самостійно електроенергію можна використовувати для будьяких побутових потреб, наприклад, для пральної машини. Дана функція
передбачена в меню обладнання.
Для накопичення електричної енергії можуть застосовуватися компактні
настінні
літієві
акумулятори,
які
вже
з'явилися
в
асортименті
електрообладнання компаній світових лідерів галузі. Акумулятор накопичує
надлишкову електроенергію, що утворюється в процесі роботи генеруючого
обладнання. Якщо акумулятор повністю заряджений, і жоден з підключених
споживачів не працює, електроенергія передається в мережу загального
користування.
На сьогоднішній день на ринку вже представлені компактні побутові
акумулятори, що зберігають електроенергію, отриману від сонця. Ємності
таких приладів, наприклад, в 10 кВт⋅год вистачить для створення запасів енергії
та її використання.
В системах з акумуляторами електроенергії, як в будь-яких сучасних
енергоефективних схемах, застосовуються також ємності-акумулятори теплової
енергії.
На схемі, поданій на рис. 4, роботою системи акумулювання
електроенергії
управляє
побутовий
контролер.
Поряд
з
управлінням
виробництва електроенергії він реєструє всі відповідні параметри споживання,
зарядки системи акумуляторів і відбору з електромережі.
При цьому враховуються також прогнозована генерація електроенергії
(погодні дані) і прогнозоване споживання (профіль навантаження), щоб
забезпечити оптимальні витрати електроенергії власного виробництва.

5.

Рис. 4. Система опалення з виробленням і акумулюванням
електроенергії:
1 – настінна мікро-ТЕЦ; 2 – буферна ємність опалювального контуру; 3 –
акумулятор електроенергії; 4 – інвертор (перетворювач електроенергії); 5 –
опалювальний контур; 6 – споживач електричної енергії; 7 – прилад обліку
електроенергії; 8 – домашня електромережа; 9 – контролер; 10 –
електромережа загального користування; 11 – пристрій дистанційного
керування