Как производить электроэнергию для собственных нужд на объектах собственной генерации предприятия. Домашние электростанции Бизнес выбирает варианты энергоснабжения: электросети или автономная электростанция

Делаем ветроэлектростанцию своими руками у себя в частном доме. Ознакомимся с уже существующими промышленными аналогами на рынке и с работами народных умельцев.

Человечество на протяжении всего своего развития не перестает искать дешевые возобновляемые источники энергии, которые могли бы решить многие проблемы энергообеспечения. Одним из таких источников является энергия ветра, для преобразования которой в электрическую энергию, разработаны ветровые энергетические установки (ВЭУ), или, как их чаще называют, ветряные электростанции.

Любому человеку, особенно имеющему частный или загородный дом, хотелось бы иметь свой ветрогенератор, обеспечивающий жилье недорогой электрической энергией. Препятствием этому служит высокая стоимость промышленных образцов ВЭУ и, соответственно, слишком большой срок окупаемости для отдельно взятого владельца жилья, делающий его приобретение невыгодным. Одним из выходов может служить изготовление ветряной электростанции своими руками, позволяющее не только снизить общие затраты на ее приобретение, но и распределить эти затраты на некоторый срок, так как работа осуществляется в течение довольно длительного времени.

Для того чтобы сделать ветряную электростанцию, необходимо определить, позволяют ли погодные условия использовать ветровую энергию в качестве постоянного источника энергии. Ведь, если ветер для вашей местности редкость, вряд ли стоит начинать строительство самодельной ветряной электростанции. Если же с ветром все обстоит благополучно, желательно узнать общие климатические характеристики и, в частности, скорость ветра, с распределением ее по времени. Знание скорости ветра позволит правильно выбрать и сделать своими руками конструкцию ветряной электростанции.

Виды

Ветроэлектростанция своими руками классифицируется по расположению оси вращения и бывают:

с горизонтальным расположением;
с вертикальным расположением.

Установки с горизонтальным расположением оси называются установками пропеллерного типа и имеют самое широкое распространение в связи с высоким коэффициентом полезного действия. Недостатком этих установок является их более сложная конструкция, затрудняющая самодельные варианты изготовления, необходимость применения механизма следования направлению ветра и большая зависимость работы от скорости ветра — как правило, при малых скоростях эти установки не работают.

Более просты, неприхотливы и мало зависимы от скорости и направления ветра установки с вертикальным расположением рабочего вала — ортогональные с ротором Дарье и карусельные с ротором Савониуса. Недостатком их является весьма малый КПД, составляющий порядка 15%.

Недостатком обеих типов самодельной ветряной электростанции является низкое качество вырабатываемой электроэнергии, требующее дорогостоящих вариантов компенсации этого качества — стабилизирующих устройств, аккумуляторов, электрических преобразователей. В чистом виде электроэнергия пригодна только для использования в активной бытовой нагрузке — лампах накаливания и простых нагревательных устройствах. Для питания бытовой техники электроэнергия такого качества не пригодна.

Конструктивные элементы

Конструктивно, независимо от расположения оси, самодельная полноценная ветряная электростанция должна состоять из следующих элементов:

ветряной двигатель;
устройство для ориентирования ветряного двигателя по направлению ветра;
редуктор или мультипликатор для передачи вращения от ветряного двигателя к генератору;
генератор постоянного тока;
зарядное устройство;
аккумуляторная батарея для накопления электроэнергии;
инвертор для преобразования постоянного тока в переменный.

Особенности выбора источника тока

Одним из сложных элементов ветряной электростанции является генератор. Наиболее подходящим для изготовления своими руками является электродвигатель постоянного тока с рабочим напряжением 60-100 вольт. Этот вариант не требует переделки и способен работать с аппаратурой для зарядки автомобильной батареи.

Применение автомобильного источника напряжения затруднено тем, что его номинальная частота вращения составляет порядка 1800-2500 об/мин, а такую частоту вращения при прямом соединении не сможет обеспечить ни одна конструкция ветряного двигателя. В этом случае в составе установки необходимо предусмотреть редуктор или мультипликатор подходящей конструкции для увеличения частоты вращения в необходимых размерах. Скорее всего, этот параметр придется подбирать экспериментальным путем.

Возможным вариантом может стать реконструированный асинхронный двигатель с использованием неодимовых магнитов, но этот способ требует сложных расчетов и токарных работ, что зачастую не приемлет самодельная работа. Имеется вариант с межфазным подключением к обмоткам электродвигателя конденсаторов, емкость которых рассчитывается в зависимости от его мощности.

Изготовление

Учитывая то, что эффективность электростанции с горизонтальной осью имеет лучшие показатели эффективности, а бесперебойность подачи электроэнергии предполагается обеспечивать с помощью накопления энергии в аккумуляторной батарее, предпочтительнее для изготовления своими руками является именно такой вид ВЭУ, который мы и рассмотрим в рамках данной статьи.

Для того что бы сделать такую электростанцию своими руками понадобится следующий инструмент:

сварочный аппарат электродуговой сварки;
набор гаечных ключей;
набор сверл по металлу;
электродрель;
ножовка по металлу или УШМ с отрезным диском;
болты диаметром 6 мм с гайками для крепления лопастей к шкиву и алюминиевого листа к квадратной трубе.

Для изготовления ветряной электростанции своими руками потребуются следующие материалы:

пластиковая труба 150 мм длиной 600 мм;
лист алюминия размером 300х300 мм и толщиной 2,0 — 2,5 мм;
металлическая квадратная труба 80х40 мм и длиной 1,0 м;
труба диаметром 25 мм и длиной 300 мм;
труба диаметром 32 мм и длиной 4000-6000 мм;
медный провод длиной, достаточной для соединения электродвигателя, находящегося на мачте длиной 6 м, и нагрузки, которую будет питать этот источник тока;
электродвигатель постоянного тока 500 об/мин;
шкив для двигателя диаметром 120-150 мм;
аккумуляторная батарея 12 вольт;
автомобильное зарядное реле аккумулятора;
инвертор 12/220 вольт.

Процесс изготовления своими руками производится в следующем порядке:

Далее, в процессе работы установки, возможно, придется сделать другими размеры и конфигурацию лопастей, передаточное отношение между ветряным двигателем и генератором — каждый ветрогенератор, изготовленный своими руками, индивидуален в силу использования различных компонентов и условий ветрообразования. Первоначально ветряную электростанцию рекомендуют изготавливать небольшой мощности, на которой можно отработать полученную информацию не вкладывая большое количество средств.

Что же делать предприятию, которое столкнулось с дефицитом энергии или необходимостью расширения производства? Проблема получения электрической мощности возникает и перед компанией, которая решилась на открытие нового бизнеса, себестоимость готовой продукции в котором существенным образом зависит от цен-тарифов на электричество и тепловую энергию.

Бизнес выбирает варианты энергоснабжения: электросети или автономная электростанция?

Существуют два основных варианта получения электроэнергии. Первый способ, который сразу приходит на ум предпринимателю и кажется ему самым простым и эффективным, - подключиться к общим электросетям в обличье гарантирующего поставщика, который осуществляет продажу электрической энергии конечному потребителю. Эта же схема подходит в случае уже имеющегося подключения к сети, но нехватки электрической мощности.

Естественно, главное, что беспокоит бизнесмена на этом этапе: - сколько будет стоить электроэнергия и какие ее количества и мощности он сможет получить.

Стоимость электроэнергии будет зависеть, конечно, от тарифов, а электрическая мощность - от наличия свободного резерва вблизи имеющейся площадки. В конечном итоге, так или иначе, электроэнергия будет отпускаться по счетчику, по тарифам для промышленных предприятий, которые в России остаются высокими и увеличиваются каждый год на 10-15%.

Чем характерна процедура подключения к сети и получение лимитов на мощность и количество электроэнергии? Каковы российские реалии при подключении к электросетям общего пользования?

Прежде всего, предприниматель столкнется с необходимостью выполнения технических условий сетевой компании, которая будет поставлять ему электроэнергию. Все начнется с заявки в соответствующую территориальную компанию. Заявка рассматривается в законодательно оговоренный срок, и в случае положительного решения между потребителем и энергосбытовой компанией заключается договор.

В зависимости от предполагаемого количества электроэнергии, а также от наличия или отсутствия инфраструктуры передачи электроэнергии - трансформаторных подстанций (ТП), линий электропередач (ЛЭП) или электрокабелей - заказчику придется за свой счет построить ТП либо, в случае нехватки пропускной способности, модернизировать питающие его трансформаторы, высоковольтные ячейки, ЛЭП и т.д.

А после этого безвозмездно передать все оборудование на баланс сетевой компании! Ориентировочная стоимость трансформаторной подстанции высокой степени готовности 6,3/0,4 кВ в зависимости от мощности (до 5 МВт) начинается от 2 млн. рублей. Причем трансформаторные подстанции отличаются друг от друга по составу оборудования и исполнению, невозможно определить её стоимость при отсутствии проектной документации.

Проектная документация на трансформаторной подстанции оплачивается отдельно, как и дополнительные услуги-работы, среди которых:

проекта прокладки сетей,
монтаж, наладка и сдача ТП эксплуатирующей организации,
шеф-монтаж поставляемого оборудования,
техническая поддержка заказчика.

Каждая высоковольтная ячейка обходится в среднем в 600 тысяч рублей. Строительство ЛЭП с напряжением 6,3 кВ обойдется в среднем от 250.000 до 700.000 рублей за 1 км трассы. Прокладка силового кабеля - в зависимости от сложности прокладки, плюс немалая стоимость собственно кабеля.

Кроме прямых затрат на строительство заказчику требуется разработать и согласовать во всех необходимых инстанциях проект, который должен разрабатываться как на новое строительство, так и на модернизацию существующего оборудования.

Отсюда и соответствующие сроки присоединения, которые зависят как напрямую от объема требуемых работ, так и косвенно - от наличия резерва мощности и планов по вводу генерирующих мощностей территориальной компанией.

Официальная стоимость подключения к сетям среднего напряжения от 6 до 20 кВ каждого нового или дополнительного киловатта составляет (в зависимости от региона России) от 10 до 45 тыс. рублей. Стоимость подключения в Москве соответствует верхней границе указанного диапазона, а в центре столицы она достигает 102.000 рублей за 1 кВт!

Пройдя все инстанции, построив всю необходимую сетевую инфраструктуру, разработав и согласовав проекты по строительству и модернизации, заплатив за подключение к энергосети и потратив огромное количество времени и денег на проектировщиков и подрядчиков, предприниматель остается один на один с сетевой компанией. Он абсолютно не застрахован от роста тарифов на электроэнергию, перебоев с ее поставками, а также от ее неудовлетворительного качества энергоснабжения.

Исключаем муки подключения к электросети и платежи по высоким тарифам – строим собственную электростанцию!

Исключить проблемы электросетевого энергоснабжения можно пойдя более современным путем решения вопроса электроснабжения предприятия - а именно,построив собственный энергоцентр требуемой мощности. Что может стать определяющими факторами, влияющими на принятие решения о строительстве автономной электростанции?

Как правило, отношение к строительству собственной газовой электростанции со стороны бизнеса весьма настороженное. Сказывается и новизна проектов автономного электроснабжения, и нежелание организаций заниматься непрофильным делом, и отсутствие возможности реализации избытков произведенной электроэнергии.

За рубежом автономные энергоцентры работают по следующей схеме: мини-ТЭЦ покрывает базовую нагрузку объекта, а пики потребления берутся из внешней электросети. Если же произведенная энергоцентром мощность больше нагрузки собственного потребителя, то излишки электрической энергии по установленному тарифу продаются (!) другим потребителям через внешние сети. К сожалению, в России эта схема не работает, так как излишки производимой таким образом электроэнергии малы, и «не интересны» для покупки внешней электросетью.

Кстати, надо отметить, что для подключения автономной электростанции к внешней электросети необходимо, прежде всего, получить согласие самой сетевой компании. С технической же стороны эта задача разрешима и не затратна с финансовой точки зрения.

Предприниматель, как правило, не всегда хорошо себе представляет, из чего должна состоять электростанция, какое основное и дополнительное оборудование должно быть установлено, кто и как должен создавать, согласовывать и утверждать этот проект, а затем и строить энергоцентр. А после сдачи в эксплуатацию – как все это эксплуатировать и снабжать запасными частями.

Между тем количество автономных электростанций малой и средней мощности в мире исчисляется тысячами. Подавляющее большинство таких электростанций работает на природном газе – на сегодняшний день, самом экономически оправданном виде топлива. Основным генерирующим оборудованием автономной электростанции, как правило, являются микротурбины, газопоршневые или газотурбинные установки.

Цена строительства автономной электростанции

Следующий вопрос, который влияет на принятие решения заказчиком по строительству собственного энергоцентра, - сколько будет стоить реализация всего проекта, «под ключ». Какова цена энергетической независимости?

Заказчик пытается на этом этапе учесть все возможные расходы, просчитывая варианты, а также используя опыт своих коллег-производственников по аналогичным объектам. При этом он широко привлекает своего предполагаемого подрядчика по строительству оценить объем затрат - начиная от проектирования до ввода в эксплуатацию - и задача подрядчика - максимально полно рассчитать стоимость внедрения.

Сегодня стоимость строительства энергоцентра от 1 до 10 МВт установленной мощности составляет в среднем от 20 до 90 тыс. рублей за 1 кВт, в зависимости от типа и состава оборудования автономной мини-ТЭЦ, в применяемом решении «под ключ».

Кто может построить автономную электростанцию?

Об инжиниринговой компании, выполняющей работы по строительству автономной электростанции.

Помимо выполнения своих основных функций - разработки проекта, поставки основного оборудования, осуществления монтажных и пусконаладочных работ - инжиниринговая компания должна обеспечить предпроектные исследования, помочь предпринимателю в получении лимитов на газ, в согласовании проекта, получении разрешительных документов, и возможно, оказать содействие в решении финансирования проекта.

Эксплуатационные расходы - траты на содержание автономной электростанции

Сравнив стоимость подключения к сети и строительства энергоцентра, можно сделать вывод о том, что более выгодно строить собственный энергоцентр.
Однако надо не забывать, что эксплуатация энергоцентра потребует определенных затрат.

Обычно все эти расходы закладывают в себестоимость производимой электроэнергии и, как правило, они не превышает 30 копеек за 1 кВт/час. Отдельной статьей расходов станут затраты на природный (магистральный) газ – они составят 80 копеек на 1 кВт/час. С учетом незначительных колебаний стоимость 1 кВт/часа можно считать равной 1 рублю. А получаемое при этом бесплатное тепло? О нем ниже…

Бонусы или прямые выгоды владения собственной электростанцией

Важным аспектом, который существенно влияет на принятие решения о строительстве собственной электростанции, - является возможность вырабатывать вместе с электричеством тепловую энергию без расхода лишнего топлива. Такая технология получения тепловой энергии называется когенерацией.

При производстве электричества, тепловую энергию отдает любая газовая электростанция. Чтобы собрать тепловую энергию, можно утилизировать тепло выхлопных газов и охлаждающей жидкости посредством установки теплообменников. При этом коэффициент использования топлива газового топлива возрастет с 30–45% до 75–90%.

Когенерационные установки имеют в своей конфигурации циркуляционные насосы и системы химической водоподготовки. Для снятия пиковых тепловых нагрузок имеется экономичный котел с рассчитанными мощностными параметрами. Когенерационные установки оснащают автоматическим управлением, которое связывает все узлы и обеспечивает поддержание заданных температурных режимов в электрической и отопительной системах. Автоматика когенерационных установок включает в себя электроприводы, микропроцессорные регуляторы, датчики температуры, манометры, компьютеры и оборудованное место оператора.

Какие виды электростанций работают на природном газе?

В качестве основного генерирующего оборудования могут применяться газопоршневые (ГПУ) или газотурбинные установки (ГТУ). Но будущего владельца беспокоит не тип применяемого оборудования в качестве основного на его электростанции, а наиболее эффективное решение, которое позволит, решив главную задачу обеспечения предприятия электроэнергией - теплом, минимизировать как начальные вложения в строительство, так и последующие эксплуатационные расходы.

Типы генерирующего оборудования автономных электростанций

Тип основного генерационного оборудования влияет на технологические особенности его работы. Общий коэффициент использования топлива, как у газотурбинных установок, так и у газопоршневых, оснащенных системой утилизации тепла, равен примерно 80%.

При этом электрический КПД электростанции на базе газопоршневого двигателя составляет 40-44%, а у газотурбинных установок этот показатель, как правило, равен 30–35%.
Если перед заказчиком приоритетной задачей стоит выработка электроэнергии, а тепловая энергия является побочным продуктом или не требуется вообще, то более уместным является использование газопоршневой установки. В этом случае будет потребляться гораздо меньше топлива, чтобы произвести аналогичное количество электроэнергии и, как следствие, у бизнесменов будет явная экономия на платежах за газ, до 30%, в сравнении с газовыми турбинами.

Не существует универсальной формулы, по которой можно выбрать тот или иной тип генерирующего силового оборудования - газопоршневую установку (ГПУ) или газотурбинную (ГТУ). Каждый проект автономного энергоснабжения сугубо индивидуален. Например, при мощности электростанции в 70 МВт, с использованием тепловой энергии, более целесообразны газовые турбины.

При строительстве автономной электростанции действуют следующие ключевые факторы, определяющие выбор основного генерирующего оборудования:

характер нагрузок (электрических и тепловых);
электрический КПД;
удаленность от потенциальных потребителей тепловой энергии;
расход топлива;
требуемые сроки реализации.

Экономическая эффективность строительства собственной электростанции

Теперь давайте рассмотрим главный вопрос - экономическую целесообразность, эффективность строительства собственной электростанции. Бизнес, предпринимателей, прежде всего, волнует через какой срок, учитывая первоначальные инвестиции на строительство и последующие эксплуатационные расходы на электростанцию, окупится весь проект. За основу такого расчета берутся следующие показатели:

электрическая мощность, требуемая предприятию;
стоимость выполнения технических условий к присоединению к сетевой компании;
стоимость присоединения;
тариф на электроэнергию;
тариф на тепловую энергию;
стоимость строительства электростанции;
стоимость природного газа;
стоимость эксплуатационных расходов.

Сроки окупаемости собственной электростанции

Расчеты показывают, что заказчик, покупая электроэнергию у сетевой компании в объеме, к примеру, 2 МВт, вынужден тратить порядка 28 млн. рублей каждый год. Покупая тепло - тратить еще до 10 млн. рублей в год. В случае использования собственной электростанции все эксплуатационные расходы, включая затраты на природный газ, плановое техническое обслуживание, расходные материалы и запасные части, не превысят 8–14 млн. рублей в год.

Областные власти вознамерились в ближайшие три года возвести на Среднем Урале 60 новых электростанций. А может и больше. Правда, сами эти станции будут ну совсем маленькие. Некоторые по мегаватту (1 МВт), а какие-то даже меньше – по 200 киловатт (200 кВт). Суммарная мощность всех их вряд ли превысит 200 МВт… В общем, область решила развивать мини- и микроэнергетику.
Интерес властей к малой генерации понятен. Урал уже фактически стал энергодефицитным регионом. И сегодня поздно кидаться строить новые энергоблоки стандартного размера (от 1000 МВт). Пока парочка таких завертится – экономика региона уже придет в негодность. Остается надеяться только на энергосбережение и малую генерацию, которую можно вводить в строй гораздо быстрее. Поэтому несколько дней назад губернатор подписал постановление №313, согласно которому, бюджет области будет ежегодно выделять по 50 млн. руб. кредитов муниципалитетам и компаниям, решившим строить собственные миниэлектростанции.
Если учесть, что сегодня один простенький энергоблок мощностью 1 МВт стоит $350-1000 тыс. то можно посчитать, что на областные деньги каждый год можно будет водить блоки суммарной мощностью 2-5 МВт. Это смехотворно мало, столько потребляют несколько многоэтажек. Поэтому, единственный способ реально развивать малую энергетику – это сделать этот сектор привлекательным для бизнеса.
Рассуждая о региональной энергетике, профессор кафедры систем управления энергетикой УГТУ-УПИ Борис Ратников, недавно сказал, что, по его мнению, если капвложения на ввод 1 МВт мощности будут не выше $400 тыс., то вложения в малую энергетику будут окупаться 1-2 года. И при таких условиях инвестор придет в этот бизнес. И даже если потребуются в полтора раза большие затраты, то интерес частного капитала сохранится.

Нелегальные электроны

Тем не менее, миниэлектростанции, на территории Свердловской области, сегодня можно пересчитать по пальцам. Причем, почти все из них являются не коммерческими проектами, а способом «поддержки штанов» достаточно крупных промпредприятий. Если некий завод начинает ощущать нехватку тепла или электричества, он просто ставит у себя на площадке газопоршневой или газотурбинный энергоблок, подключает его к газовой трубе и использует «собственную» энергию параллельно с той, что закупает у энергетиков (или в периоды пиковых нагрузок). О продаже на сторону избытков электроэнергии, как правило, и речи не идет. Если же у владельцев блока такая мысль появляется, то реализовать ее получается далеко не всегда. Эту энергию не выпускают владельцы электрических сетей. Точнее, не пускают ее в свои сети. Уже были случаи, когда промышленники перегоняли электроны сторонним потребителям по сетям местной сетевой компании нелегально (сформулировано не по науке, но, в общем, суть, надеюсь, ясна).
Предприятия, для которых энергетический бизнес не главный, еще могут мириться с таким положением вещей. Но что делать компаниям, целенаправленно развивающим генерацию?
Еще два года назад компания “ГТ ТЭЦ-Энерго” запустила в городе Реже две газотурбинные установки, общей мощностью 12 МВт. А после этого потратила больше года на то, чтобы подключится к региональным электросетям. Когда же разногласия с владельцем сетей – “Свердловэнерго” – были в основном решены, встал вопрос о покупателе энергии. Областная сбытовая компания “Свердловэнергосбыт” не выразила особого желания возиться со считанными мегаваттами из Режа. Хорошо, что как раз в это время на контакт с “ГТ ТЭЦ-Энерго” вышел независимый сбытовик “Энергоджинн”, который фактически и вывел энергию компании на рынок и обеспечил ей сбыт. После этого, кстати, “Энергоджинн” выводил на рынок 16 МВт, вырабатываемые компанией “Газтурбосервис”, имеющей пару газотурбинных установок на территории Тюменского моторостроительного завода. Причем там процесс проходил даже более драматично. Сетевики пустили эту энергию в сеть, только после угрозы судебного иска.
Начальник отдела энерго- и ресурсосбережения министерства промышленности, энергетики и науки Свердловской области Николай Смирнов уверен, что, несмотря на то, что по закону сети обязаны принимать энергию от независимой генерации, но они этому будут препятствовать, даже в ходе реализации областной программы. То есть, владельцам малых электростанций раньше или позже придется прошибать лбом дорогу для своих электронов. Правда, Николай Смирнов, заметил, что в ряде случаев запреты сетевиков обоснованны. Энергия от малой генерации часто просто не соответствует стандартам по качеству (частота, стабильность напряжения и т.д., всего 84 критерия).

Так почем кило электричества?

Представители “классической” энергетики, достаточно осторожно, если не сказать – скептически – оценивают перспективу энергетики малой. Например, первый заместитель исполнительного директора по экономике и финансам ОАО «Свердловэнергосбыт» Борис Бокарев считает, что малая генерация в принципе не способна конкурировать с «нормальной» по ценам: «На оптовом рынке мы покупаем один киловатт за 55-60 копеек, а у малой энергетики этот же киловатт будет стоить 80 копеек» (речь, по-видимому, идет об энергии высокого напряжения, которая “по физике” стоит дешевле, чем низкого). Похожих воззрений придерживается генеральный директор ЗАО “Свердловская энергетическая компания” Владимир Нечитайлов. Он считает, что даже малая генерация требует весьма серьезных вложений (с учетом инфраструктуры – десятки млн. руб.) и долго окупается (7-10 лет). Соответственно, на такое может решиться только холдинг с миллиардными оборотами. Ну и КПД у малышей ниже, чем у солидных электростанций. Правда, Владимир Нечитайлов признал, что малая энергетика может выигрывать за счет гибкости управления.
А вот по наблюдениям Николая Смирнова, малая генерация, при нынешних тарифах на энергию, может оказаться выгодным проектом. “Свердловэнергосбыт” продает электроэнергию низкого напряжения по цене до 1,4 руб. за кВт. А стоимость энергии, вырабатываемой газопоршневыми установками, составляет 45-70 коп за кВт. Причем, эти цифры подтверждены практикой. В области уже работает несколько газопоршневых энергоблоков. Установка Богдановичского завода мощностью 200 кВт, дает электричество по цене 67 коп за кВт, а пятисоткиловаттный блок от «Волжского дизеля» - по 53 коп.
Но и это еще не все резоны для занятия малой генерацией. В России есть такое любопытное явление как «плата за подключение к энергетическим сетям». Так вот, в некоторых местах удельная стоимость подключения уже достигла удельной стоимости строительства собственной электростанции. Например, если некая московская фирма хочет получать 1 МВт энергии, то ей придется разово заплатить сетевикам за подключение не менее $600 тыс. А мы знаем, что за эти же деньги предприятие уже вполне может построить собственный мегаваттный энергоблок. И если в первом случае деньги будут безвозвратно потеряны, то во втором – они вернутся за три-четыре года благодаря низкой себестоимости «своей» энергии.
Правда, окупаться подобные проекты будут при условии, что предприятие будет потреблять не только собственное электричество, но и тепло, вырабатываемое на этом же блоке. Ну и конечно, очень желательно, чтобы у бизнеса все-таки была возможность продавать излишки энергии. Ах да… еще не стоит забывать о бесперебойности энергоснабжения. Даже самый лучший энергоблок иногда останавливается. А на время остановок предприятию надо получать энергию либо из сетей, либо от своего запасного блока. Понятно, что это снижает привлекательность инвестиций в малую энергетику. Во всяком случае, делает их привлекательность небесспорной.

Еще в древней Греции упоминалось об электрических явлениях. Правда, по настоящему заговорили об электричестве только в конце 18в. С этого момента люди начинают работать над созданием источниками электричества (), электродвигателей. Первым создал электродвигатель, и тем самым положил началу производства генераторов тока, русский ученый Б. С. Якоби. Четыре года ушло на совершенствование первого двигателя, после он был испытан на Неве. С этого момента началось массовое производство , электродвигателей.

Время шло, развитие не стояло на месте, а возможности увеличить дальность передачи от электростанции постоянного тока не было. С этого момента началось развитие однофазных генераторов переменного тока. В России электростанции переменного тока появились в конце 1880 годов. Первый город, который был переведен на полное элетроснабжение, было Царское село. Вскоре в России появилась первая электростанции мощность 800кВА.Она находилась в Петербурге и имела сеть линий передач длиной более 60км. Но станция вырабатывала однофазный ток, который подходил для большинства бытовых нужд и не могла обеспечить электричеством более сложную технику.

Поэтому в начале 90-х годов русским ученым был изобретен трехфазный генератор переменного тока. Данная технология получила широкое применение в производстве и стала использоваться повсеместно.

С развитием технологий и ростом городов, появилась потребность в электроснабжении труднодоступных участков, куда не возможно было провести ЛЭП. И люди начали думать о возможности «перенести» электричество в необходимые участки. Все началось с изобретения двигателя внутреннего сгорания, который был изобретен в конце 90х годов Р.Дизелем. В основе работы было сжигание топлива при высокой температуре воздуха в цилиндре. В итоге, в совокупности этих двух изобретений (генератора переменного тока и ДВС), была создана первая портативная электростанция с двигателем внутреннего сгорания.

Принцип работы был довольно прост: при запуске двигатель приводит в движение генератор, который начинает вырабатывать электричество напряжение 220В либо 380В. Обычно используется асинхронный генератор в данных станциях.

На данный момент существуют двигатели, которые работают на бензиновом топливе (АИ92) и дизельном топливе. Мощность портативных электростанций обычно колеблется от 0,9кВт до 20кв и обычно они используются для поддержания электричества в загородных домах. Также стоит заметить, что бензиновые электростанции имеют мощность от 0,9кВт до 20 кВт, когда дизельные электростанции от 3кВт и выше. Кроме портативных (бытовых) генераторов существуют дизель-генераторные установки, мощность которых доходит до 3мВт. Электростанции такой мощности чаще уже используются на производстве, где требуется непрерывное электроснабжение для работы.

Приливная электростанция представляет собой специализированный вид гидроэлектростанции, которая использует энергию приливов. Долгое время люди думали о том, откуда появляются приливы и отливы. На сегодняшний день природа появления данного явления не представляет секрета, на это влияют силы гравитации небесных тел в виде луны и солнца. Благодаря ним вода в морях и океанах наступает и отходит от берега. Долгое время люди думали, как можно использовать силу приливов, но только в 1913 году рядом с Ливерпулем была построенная первая электростанция, которая использовала силу приливов.

Было доказано, что для лучшей работы электростанции важно, чтобы перепад между отливом и приливом был более 4-х метров. Поэтому лучшим местом для постройки электрической станции является морское побережье с большой амплитудой приливов и береговым рельефом, который создает крупный замкнутый «бассейн». Сегодня подобные электростанции часто имеют конструкцию, которая позволяет вырабатывать электрическую энергию во время отлива и прилива.

Виды

Приливная электростанция имеет несколько видов:

В первую очередь это генераторы приливного потока . Это отдельные установки, работающие по извлечению кинетической энергии водных масс при приливах. Часто подобные генераторные установки встраиваются в мостовые опоры, что позволяет решить сразу несколько проблем. Это касается эстетики, а также более полезного использования водного пространства. Ставятся подобные турбины и в проливах. Данные установки бывают горизонтального и вертикального исполнения. Также они выполняются в открытом виде либо в обтекателе.

Динамическая приливная электростанция . Данная технология предполагает одновременное использование кинетической и потенциальной энергии наступающей волны. Но для создания подобных электростанций требуется возводить плотины непосредственно в море. В среднем ее протяженность должна составлять порядка 35-55 километров. В этом случае водная масса будет двигаться в единственном направлении. Такая электростанция выполняется из многочисленных низконапорных гидротурбин, которые и вырабатывают .

Приливные плотины . Данные станции работают по принципу применения потенциальной энергии при разности высот воды в период прохождения отливов и приливов. Они захватывают водные массы при прохождении прилива с целью ее удержания. Когда наступает время отлива, то вода идет обратно в океан, что заставляет вращаться турбины генераторов, заставляя их вырабатывать электрическую энергию.

Приливные лагуны . Данные электростанции представляют собой круговые плотины, использующие для своей работы турбины. В результате получаются водоемы, похожие на те, которые создаются приливными плотинами. Отличие здесь только в том, что данный вид электростанций представляет искусственно созданные объекты.

Устройство

Приливная электростанция по своей конструкции может быть бесплотинной и плотинной. Плотинные электростанции по своему устройству во многом напоминают традиционные гидроэлектростанции. Плотинные электростанции предполагают отгораживание морского участка плотиной. В конструкции плотины предусматриваются протоки, в которых и ставятся турбины.

Также возможен вариант, когда плотина перекрывает уже существующей залив или устье реки. В большей части случаев, в отличие от привычных гидроэлектростанций, здесь ставятся обратимые гидрогенераторы. То есть такие установки предназначены для вырабатывания электрической энергии и при приливе и при отливе, то есть когда вода движется и в прямом и обратном направлении.

В бесплотинных электростанциях предусмотрена установка гидроагрегатов на дне морского пролива, где благодаря отливам и приливам удается получить достаточно сильные и скоростные течения. В качестве примера бесплотинной электростанции можно привести электростанцию, построенную около американского острова Рузвельта. К числу их достоинств можно отнести экономичность возведения, к минусам – небольшую мощность, а также ограниченность мест, где их можно было бы установить.

Лучшее место для возведения электростанций считается узкий морской пролив, данное обстоятельство дает возможность отсечь его плотиной от океана. В плотине предусмотрены отверстия, где устанавливаются гидравлические турбины с генераторами. Эти элементы располагаются в обтекаемой капсуле. Они могут функционировать не только в качестве генераторов электрической энергии, но также работать как насосные установки. Это свойство позволяет заполнять бассейн при приливе и сбрасывать воду при отливе, пропуская ее через турбины и вырабатывая электрическую энергию.

Капсульный тип агрегата

В капсульном агрегате герметичная капсула, где находится генератор, в большинстве случаев размещается рядом с верхним бьефом. Благодаря этому создаются лучшие гидравлические условия. Капсула крепится к железобетонному бычку через статорную колонну. Через нее проходят шинопроводы и подается масло. Из направляющей трубы вода направляется на рабочее колесо капсульного агрегата. Оно приводится в движение благодаря энергии воды.

Рабочее колесо выполнено из специальной втулки, насаженной на вал. На втулке установлены металлические лопасти, которые изогнуты специальным образом. Таких лопаток в зависимости от напора и мощности воды может быть порядка 4-8 штук. Втулка с лопатками приводит во вращение вал, который соединен с валом генератора. Одна из частей гидрогенератора является статор, выполненный из спрессованных листов стали. В канавках статора располагается медная обмотка.

Внутри статора находится ротор, который представляет барабан, насаженный на вал. На нем находятся мощные электромагниты. Вследствие действия электромагнитов и вращательного движения в обмотке образуется переменный электроток.

После прохождения рабочего колеса вода направляется во всасывающую трубу. Она выполнена таким образом, чтобы создавать пониженное давление. Благодаря этому существенно повышается мощность турбины, ведь вода начинается втягиваться в отверстие гораздо быстрее.

В последнее время распространение получили новые типы электростанций, которые работают на приливах. Основное их отличие заключается в отсутствии дорогостоящей плотины. Здесь генераторы приводятся в движение не компактными турбинами, а крупными лопастями, которые достигают диаметра порядка 10-20 метров. Эта приливная электростанциясмахивает на ветряную электрическую станцию, которая погружена в воду.

Принцип действия

Приливная электростанция, выполненная по принципу плотины, работает по следующему принципу:

Во время прилива водные массы вращают колеса капсульных устройств, вследствие чего в действие приводятся генераторы, которые и вырабатывают электрический ток.
При отливе вода уходит из бассейна обратно в море. Это также заставляет вращаться рабочие колеса, но уже в обратную сторону. Генераторы вновь начинают вырабатывать электрический ток, так как рабочий агрегат способен функционировать при вращении колеса в любые стороны. В то же время в ряде случаев капсульные устройства работают в виде насосов и откачивают воду из бассейна в море по завершении отлива, чтобы увеличить разницу уровней воды. После прилива вода здесь закачивается, чтобы обеспечить лучшую работу электростанции.
Когда нет приливов и отливов колеса не крутятся, в результате электрический ток не вырабатывается. Это плохо сказывается на потребителях. Поэтому для предотвращения перебоев с подачей электроэнергии приливная электростанцияработает совместно с иными электрическими станциями. К примеру, это могут быть тепловые либо атомные станции. Подобная взаимосвязь позволяет перераспределять нагрузку и экономить топливо в период отливов и приливов.

Применение

В соответствии со статистикой энергия приливов способна обеспечить порядка 3.5% генерации электрической энергии в мире. Но, чтобы достичь данной цели, потребуется соорудить огромное количество электростанций, работающих на приливах и отливах, в многочисленных точках мира. Их совокупная мощность должна составлять 150 ГВт. Однако данная цель является практически невыполнимой, ведь придется вложить огромные финансовые средства. Так для получения одного киловатта мощности потребуется вложить примерно 1-2 тысячи долларов, а суммарные вложения должны будут составить порядка 200-300 миллиардов долларов.

Кроме того, имеется технологическая сложность касающаяся необходимости использования турбин особой конструкции. Также необходимо учитывать, что они работают только в определенный период времени, что является существенным недостатком. Поэтому такие электростанции мало распространены. Всего насчитывается чуть более 10 коммерческих станций. В то же время всегда известно, когда приливная электростанция будет работать. Поэтому энергетики всегда готовы перевести потребителей на получение мощностей от других электростанций.

Экономическая целесообразность возведения электростанций, работающих на приливах, достигается в тех местах, где колебания приливов превышают четыре метра. При установке электростанций в таких местах можно получать сравнительно дешевую электроэнергию, которая не потребует загрязнения окружающей среды.