Несколько месяцев назад мы стартовали масштабный эксперимент и смонтировали два объекта, работающих на альтернативной энергии. Задача – понять, могут ли автономные комплексы небольшой мощности работать более-мене стабильно и иметь коммерческую перспективу в РФ.
Cолевая батарея нового поколения
До финальных результатов еще полгода, но уже есть необычные вещи: например, был запущен геозонд для охлаждения (уникален, скорее всего, пойдет в серию), проведены тесты солевой батареи нового поколения (но ее придется менять на обычную из-за бюджета), плюс на удивление хорошо показали себя в сложных условиях отечественные солнечные батареи производства Зеленограда.
Вводная
Есть много удаленных мест, где например, телеком-оборудованию, требуется непрерывное электроснабжение небольшой мощности, а готовой электросети нет. К примеру – базовые станции и другие объекты в горах, на островах, в других труднодоступных или отдаленных местах, куда линию тянуть очень дорого. Обычно в таких случаях ставится дизель, но он требует подвоза топлива (часто — вертолетом), что тоже очень дорого.
В таких случаях есть возможность обратиться к альтернативной энергетике. Один из основных вопросов — будет ли это окупаться. Чтобы это понять, нужно сравнивать стоимость «зеленой» энергии и стоимость «традиционной». Причём кейс должен считаться с многолетней перспективной: например, с учётом всех капитальных и текущих затрат на 10 лет.
Проверяем на практике
Для начала эксперимента мы взяли объект, где уже есть питание от города, и развернули там инфраструктуру для организации автономного питания. Если «альтернативка» не справляется, у нас всегда есть возможность подстраховаться городом. Второй экспериментальный объект полностью автономен. В качестве резервного источника используется дизельгенератор малой мощности. Один объект располагается в юго-восточной части РФ, второй – на побережье Баренцева моря (точнее сказать, к сожалению, не имею права).
За несколько месяцев до начала монтажа мы поставили автономные метеостанции и довольно долго мониторили ситуацию с солнцем, ветром и погодой в целом. Получилось, что на первом объекте оправданно установить ветрогенератор и солнечные батареи, на втором (это заполярье) с солнцем похуже, поэтому на нем — только ветряк.
Оборудование на объектах разное с целью расширения эксперимента. Ветрогенератор взяли израильский: там есть производитель, специально делающий оборудование упрощенной конфигурации для объектов с неразвитой инфраструктурой. Наш ветряк «минималистичный», с пассивной системой ориентации на ветер (без привода). Это и надежно, и снижает стоимость. Оборудование подобного класса, кстати, успешно применяется в Африке и на Ближнем Востоке.
Щит автоматики
Геозонд
Оборудование базовой станции телеком-оператора работает от 48 Вольт, и имеет собственный запас на 3-4 часа работы при падении внешнего источника. Вся система охлаждается кондиционером. При этом, к примеру, само оборудование базовой станции потребляет 500 Ватт, и ровно столько же требуется для работы системы охлаждения. Соответственно, первое, что приходит в голову — попробовать сократить затраты на охлаждение.
Эту задачу мы решили с помощью геозонда. У нас в стране именно с целью охлаждения такое решение было применено, кажется, впервые. Принцип такой: земля на глубине 5 метров и глубже имеет постоянную температуру от +4 до +8 градусов (это прекрасно известно строителям погребов). Глубже становится тепло, потом еще теплее, но это уже на глубине 1 км и дальше: туда мы не копаем, в отличие от инженеров Исландии, например. В общем, мы решили использовать этот естественный холодильник. В скважину глубиной 30-50 метров опустили специальную трубу из пластиа и замкнули на теплообменник с вентилятором. В системе есть еще насос, который потребляет всего порядка 15 Ватт электричества плюс обвязывающая арматура.
Вообще, геозонды обычно используют для тепловых насосов, которые работают на обогрев – это общепринятая практика. Грунт фактически замораживается и отдает свое тепло: с помощью теплового насоса можно поднять температуру теплоносителя до 30-40 градусов и отапливать дома. В нашем случае, наоборот, грунт разогревается, и вода охлаждается до 17-18 градусов, благодаря чему спокойно получается 25 градусов внутри помещения. За счет этого суммарное энергопотребление системы охлаждения существенно снизилось. Итого на БС требуется 15 Ватт на насос и 15 Ватт на вентилятор на фанкойле — это всего 30, а не 500, как было раньше.
На втором объекте под землей – гранит, там геозонд неприменим. Поэтому там стоит вентиляционная установка, которая прогоняет через контейнер базовой станции фильтрованный воздух с улицы и тем самым охлаждает помещение. Жары там не бывает, абсолютный максимум температуры в этой географической точке невысок, поэтому такое решение хорошо работает.
Фанкойл (теплообменник с ветилятором)
Ветрогенератор и солнечные батареи
Ветряк соединен с контроллером, обеспечивающим на выходе 48 вольт. Далее в цепи – батарея. Ветер есть – батарея заряжается, нет ветра – разряжается. Как только напряжение на батарее достигает нижнего порога, система переключает питание на город. Если оно достигает верхнего порога, автоматика переключает базовую станцию на альтернативное питание, и использует его до тех пор, пока есть ветер.
Батарея была использована необычная солевая, в РФ она пока не используется. Она маленькая, в 5 раз меньше по размеру и весу, чем аналогичные свинцовые батареи. Нам ее дали протестировать давние иностранные партнеры. Батарея всем хороша – компактная, легкая, обладает огромным ресурсом, неприхотливая, но, к сожалению, дорогая и потребляющая дополнительно 100 Ватт электрической мощности, поскольку необходимо поддерживать внутри нее температуру порядка 300 градусов, потому что расплавленная соль – один из агентов батареи. Обычно этот недостаток не столь очевиден, но в случае с альтернативной энергетикой борьба идет за каждый ватт. Высокая цена вынуждает ограничиваться по емкости, а емкость батарей – принципиально важный параметр в нашем случае. Хотелось бы иметь запас энергии хотя бы на сутки автономной работы. Тут такой фокус: когда очень сильный ветер, а емкость батарей недостаточна, наш ветряк очень быстро их заряжает. Остальную энергию приходится сбрасывать, просто греть воздух – запасти уже некуда.
Помимо этого, в тестах работают солнечные батареи зеленоградского производства. Они, кстати, очень недорогие, 15.000 рублей за одну пластину. Это, кстати, монокристаллический вариант с ресурсом в десятки лет. Цена такая именно потому, что они делаются в России: за такие деньги у западного производителя можно найти только батареи, выполненные по более дешевым технологиям. Наши, кстати, реально показывают заявленные мощности: в солнечный июльский полдень выдают по 200 ватт. На следующих объектах, скорее всего, будем ставить больше солнечных батарей. Солнце и ветряк хорошо дополняют друг друга в течение суток.
Ветрогенератор
Инвертор
Мы использовали высокоэффективный инвертор, преобразующий 48 В постоянного тока в 220 В переменного. Несмотря на то, что все связное оборудование в базовой станции требует 48 Вольт, кондиционеру нужно 220 Вольт. Т.к. на каждом преобразовании теряется порядка 10% энергии, в новых объектах мы постараемся полностью исключить потребителей 220 В.
Инвертор (синяя коробка)
Внедрение
Явную экономию посчитать может только заказчик: это зависит от точки, где планируется монтировать объект. Допустим, только подать линию питания на остров стоит 2 миллиона рублей. Если альтернативная система обойдется дешевле, значит, она лучше.
Уже понятно, что много кому точно подойдет геоохлаждение. Оно дешевое, почти как кондиционер по стоимости. Если рядом есть речка или озеро, то можно даже ЦОД построить. Американцы так и делают: выкидывают теплообменники в озеро, и охлаждают ЦОДы, пытаясь нагреть озеро. Разумеется, озеро сильнее любого ЦОДа, так что проблем с температурой не возникает.
В общем, пока что полет идет нормально. В ближайшие полгода (или чуть больше) мы продолжим набирать статистику, оптимизируем решение и получим уточненный расчет, который, надеюсь, позволит ввести решение в серию.
Уже сейчас намечается хорошая область применения: все трассы федерального значения должны быть оборудованы сотовой связью. Электричество там брать негде — вроде бы есть освещение, но питаться от него нельзя: телекомы и те, кто занимается светом, — это разные структуры, и так просто делиться энергией никто не будет. Плюс, конечно, тем же телекомам эти решения очень пригодятся для создания базовых станций в труднодоступной местности.
Автор: Pvashkevich
