Какую мощность должна иметь автономная электростанция для полного электроснабжения частного дома?

Потребление электричества в обычном частном доме в течение суток может изменяться от 0 (летом ночью) до нескольких киловатт днем, когда одновременно работают несколько мощных потребителей — например, компьютер, телевизор, чайник, электродуховой шкаф, и т. д. Кроме того, иногда в кратковременном режиме включаются такие энергоемкие аппараты, как водяной насос, холодильник, морозильный ларь, электроинструмент и другая подобная техника. Но все же большую часть времени общедомовое потребление электричества не превышает десятков или сотен ватт — как если просто горит несколько лампочек. Если просуммировать всю электроэнергию, потребленную за сутки, и разделить ее на 24 часа (т. е. сутки), то получится средняя потребляемая мощность. Как правило, обычный семейный частный дом потребляет не более 1 Квт.

На этой цифре многие домовладельцы возмутятся: как же так, у меня только один какой-нибудь электроинструмент 2-3 Квт! И вспомнят ряд других домашних и садовых мощных электроаппаратов. Но дело в том, что все они используются не каждый день, и, как правило, по несколько минут или даже секунд. Для таких оппонентов есть простой способ убеждения: достаточно предложить взять свою квитанцию от местных электросетей на оплату электроэнергии, посмотреть количество потребленных за месяц киловатт-часов, и разделить это на количество часов в месяце (например 30*24, то есть на 720 часов). В большинстве случаев получится меньше 1 Квт в среднем. Конечно, если в доме организован какой-то энергоемкий бизнес или другая активность, или проживает много человек, или просто размеры дома обусловливают повышенный расход электричества — тогда будет больше, но это малочисленные «исключения из правила».

В качестве примера показываем график потребления типового частного дома в Германии. Иллюстрация взята из проекта малой электростанции Lion Powerblock. На графике показано, как в течение суток меняется мгновенное потребление электричества (красная линия) от 0 до 3.7 КВт, в то время как среднее значение мощности не превысило 450 Вт (пунктир).

Иллюстрация взята на сайте http://www.tria-komm.ru.

Таким образом, если в частном доме установлена автономная электростанция, которая постоянно генерирует электричество, то ее мощность может быть на уровне 1 Квт. Но, чтобы можно было иногда пользоваться более мощными электроаппаратами, нужно применять дополнительное устройство запаса и выдачи электроэнергии уже с большой мощностью — например 5 Квт. Именно так и устроена первая модель «домашней электростанции» проекта «КРОПАТ» ВТЭС-1. Она работает постоянно на номинальной (самой эффективной) мощности 1 КВт, запасает ночью (и в периоды дневного «затишья») электричество в аккумуляторе, а вечером или в другие периоды «электрической» активности выдает потребителю нужную мощность при помощи инвертора. Причем потребитель может выбрать, какую максимальную (пиковую) мощность он хотел бы иметь, и на какой период — и заказать аккумулятор и инвертор нужных параметров.

Если же среднее потребление домохозяйства отличается от 1 КВт, то конструкция ВТЭС-1 позволяет менять мощность постоянного режима работы — между 0.5 и 2 Квт. Но при этом может также изменяться КПД, а значит, эффективность использования топлива.

 

Возникает вопрос, зачем такие сложности с аккумуляцией электроэнергии? Можно ведь упростить ВТЭС и сделать ее как обычный бензогенератор, сразу на нужную максимальную мощность. А при изменении потребительской нагрузки электростанция сама будет соответственно менять свою выходную мощность — как это и делают генераторы на жидком и газовом топливе.

Но возникает много проблем. Во-первых, резко снижается КПД электростанции. У каждой модели существует оптимальный режим работы на определенной мощности, при котором эффективность использования топлива максимальна. Например, для ВТЭС-1 это 1 КВт. Если же принудительно увеличить (или уменьшить) мощность, то КПД упадет, на каждый грамм топлива будет вырабатываться меньше электроэнергии, и стоимость вырабатываемого электричества вырастет. А постоянное потребление обычного дома гораздо меньше даже 1 КВт, то есть наибольшую часть суток мощная ВТЭС будет работать почти вхолостую и зря тратить топливо.

Во-вторых, с ростом мощности электростанции соответственно растет и ее стоимость. Чем мощнее должна быть ВТЭС, тем более мощные нужны двигатель, генератор, паровой котел, насосы и т.д. Также растут размеры корпуса, трубок паропроводов, увеличиваются клапаны, датчики и многое другое. В таком случае при росте мощности ВТЭС с 1 до 5 КВт цена тоже вырастет если не в 5, то не менее чем в 3-4 раза. А результат по полной обеспеченности электричеством останется тем же, что и при мощности 1 КВт с аккумулятором и инвертором.

В-третьих, бензогенераторы могут по необходимости быстро менять свою выходную мощность путем изменения подачи топлива в двигатель, так как само топливо текучее (жидкость или газ) и позволяет это делать. Если же ВТЭС работает на твердом топливе, то подача топлива происходит порционно, горение очень инерционно, и выходная мощность меняется достаточно медленно даже при команде системы управления. Поэтому, чтобы при включении энергоемкого электроаппарата сразу обеспечить нужную мощность, даже мощную ВТЭС придется обеспечить системой аккумуляции, хотя и не такой емкой, как в случае с ВТЭС-1.

Таким образом, в большинстве случаев для частного домовладения самый оптимальный выбор - ВТЭС-1 с номинальной мощностью 1 КВт. Если же среднее потребление больше 1 КВт, то в рамках проекта "КРОПАТ" планируются более мощные модели - в частности, уже разрабатывается ВТЭС-2 мощностью 2 КВт.

© 2020 «KROPAT».  Сайт создан на Wix.com