Document 749635

2
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
При поддержке:
Оригинал издания на английском языке:
3
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
Майкл Байкрофт (Michael Bycroft) - независимый
научный журналист и редактор из Лондона,
Великобритания. Помимо подготовки статьей и обзоров
по вопросам науки и научного образования, он
участвует в проведении семинаров по повышению
навыков для научных журналистов на тему “зеленых”
энерготехнологий и изменения климата. Он прошел
подготовку в области физики, математики и истории
науки.
4
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
Предисловие
Надежное электроснабжение является условием работоспособности радио. Этот факт,
конечно, не является уникальным для радиовещания. Часто мы осознаем зависимость
только тогда, когда происходят перебои с электроэнергией. Однако в Африке и во
многих других частях света, работники радио практически повсеместно и ежедневно
сталкиваются с проблемами в энергоснабжении.
Как следствие, почти везде в Африке, необходимо обеспечить дополнительный и/ или
альтернативный источник энергии. Чаще всего для этих целей используются дизельгенераторы, хотя батареи на солнечной энергии в целом тоже подходят.
Выбор наиболее подходящей системы генерации электроэнергии является сложной
задачей. Кроме финансовых аспектов и аспектов воздействия на окружающую среду,
существует значительное количество требований и ограничений, подлежащих
рассмотрению.
Настоящее Руководство разработано в целях методической поддержки радиоменеджеров и операторов, в обязанности которых входит решение вопросов
бесперебойного электроснабжения на их станциях. Руководство помогает понять
специфику различных источников и технологий, применяемых в генерации и
электроснабжении, в особенности ветряных электростанций, гидротурбин. Также,
рассмотрены многие другие аспекты,
предшествующие принятию конкретного
решения, включая оценку потребностей в энергии, хранение, защиту и регулирование.
Настоящая публикация не является пособием типа «сделай сам». Конкретные оценки,
конфигурация и установка энергосистем должны основываться на экспертизе
профессионалов. Тем не менее, благодаря этому руководству, менеджер будет в
состоянии поднимать соответствующие вопросы и оценивать предлагаемые решения.
Прогресс в области энергетических технологий движется постоянно, соответственно эта
публикация не является догмой. Мы стремимся улучшить и адаптировать его в
соответствии с развитием технологией, потребностями и опытом своих пользователей. В
этой связи мы просим Вас направлять отзывы и комментарии, а также делится своим
опытом, о том: Как применяется информация? Какие главы вы считаете наиболее
полезными? Какие из них заслуживают того, чтобы быть адаптированы или доработаны
еще? Что осталось не затронутым? На какие Ваши вопросы мы не ответили?
В рамках нашей консалтинговой деятельности, мы в CAMECO постоянно решаем
задачи с обеспечением электроснабжения радиостанций. Поэтому логическим
продолжением этой деятельности является издание этого руководства по управлению
энергией для работников радио, как часть Практической серии CAMECO.
Мы очень благодарны, что голландский фонд Stem van Afrika разделяет наш интерес к
этой тематике и обеспечил финансовую поддержку при подготовке и издании
настоящего руководства. Мы также благодарим различные радиостанции, экспертов,
компании и организации за предоставление информации, а Майклу Байкрофту (Michael
Bycroft) за его опыт и преданность делу.
CAMECO, январь 2011
5
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
Содержание
Предисловие
Список наиболее часто задаваемых вопросов
Сокращения
Единицы и терминология
Введение
Энергетические вызовы
Пять шагов к лучшему энергетическому менеджменту
Как использовать это руководство
1 Основы энергетики и электрификации
Электричество
Энергия и мощность
Энергия и мощность в электрических цепях
2 Энергосбережение и оценки
Основы энергосбережения
Энергетическая оценка: что это такое и почему это важно
Ключевые энергетические нагрузки энергии на
радиостанции
Потенциал энергосбережения: примеры
3 Типы энергетических систем
4 Оценка энергогенерирующих технологий
Сколько энергии будут предоставлять технологии?
Сколько будут стоить технологии?
Другие факторы, влияющие на стоимость и
производительность технологий
Анализ затрат
Резюме энергетических технологий генерации
5 Возобновляемые энергетические технологии
Солнечная энергия (фотоэлементы)
Энергия ветра
Гидроэнергетика
Новые технологии
6 Генераторы
Устройство
Стоимость и производительность
Техническое обслуживание
7 Хранение и регулирование электроэнергии
Батареи
Инверторы
Контроллеры заряда
Электрическая защита
4
8
9
10
13
13
12
14
16
16
19
21
22
22
25
28
36
37
46
46
50
54
55
61
62
62
70
78
83
88
89
90
92
93
93
101
104
107
6
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
Защита критических нагрузок
8 Долгосрочное управление энергетическими технологиями
Техническое обслуживание
Оценка
Реагирование на изменения энергии
Контроль над экономией энергии
Подготовка технического персонала, операторов и
пользователей
Обмен опытом, экспертиза
9 Ведение дел с провайдерами энерготехнологий
Выбор поставщика энергетических технологий
Работа с поставщиком энергетических технологий
10 Кейсы
Радио Голос жизни (Уганда)
Радио Pacis (Уганда)
Радио Голос Мира (Центральный Судан)
Fadeco общинного радио (Танзания)
Réseau Étoile (Гаити)
Радио Pikon Аnе (Индонезия)
11 Энергетическая политика и предпринимательство
Многообразие энергетических предприятий
Политика в области энергетики
Приложения
Приложение А Листы
A.1 Контрольный список планирования
А.2 Основные оценки энергии
А.3 Долгосрочная стоимость топлива
А.4 Жизненный цикл сравнение стоимости
А.5 Срок окупаемости необходимого оборудования
110
111
111
112
112
112
112
115
117
117
119
121
121
124
126
128
131
134
139
139
144
147
148
151
153
154
157
Приложение В Данные
В.1 Потребляемая мощность основного оборудования
В.2 Солнечная карта Африки
В.3 Ветровая карта Африки
В.4 Теоретическая производительность энергии ветровых
турбин
159
159
160
162
Приложение С Образцами технических спецификаций
C.1 Спецификация фотоэлектрических модулей
165
165
164
7
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
С.2 Спецификация ветряных турбин
Глоссарий
167
170
8
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
Часто задаваемые вопросы
Ниже приведены ссылки в Руководстве на все Часто Задаваемые Вопросы (ЧЗВ). ЧЗВ 1.1
в Главе 1, ЧЗВ 7.1 в Главе 7, и так далее. Ответы на ЧЗВ касаются общих сведений об
энергетическом менеджменте, которые не были освещены подробно в основном тексте
руководства и разбросаны по всему тексту.
ЧЗВ
Страница
1.1 Что такое киловатт-час (кВт/ ч)?
19
2.1 Как я могу оценить энергопотребление оборудования станции?
26
2.2 Каковы наиболее эффективные шаги в целях энергосбережения
на радиостанции?
32
3.1 Как получить помощь в анализе и оценке различных
энергетических систем?
38
4.1 Как провести справедливое сравнение стоимости различных
технологий выработки энергии?
51
4.2 Как я могу оценить долгосрочные расходы на топливо для
дизельных генератора?
53
5.1 Сколько солнечной энергии необходимо, чтобы удовлетворить
суточную потребность?
68
5.2 Достаточно ли ветра в моем регионе, чтобы работала ветровая
турбина?
73
6.1 Как снизить затраты на топливо для генератора?
91
7.1 Какова должна быть емкость батареи на радиостанции чтобы
поддерживать работу при заданном энергопотреблении?
97
7.2 Каковы основные причины неисправности аккумулятора и как
их можно преодолеть?
99
8.1 Где можно провести обучение персонала станции и техников
энергетики?
114
9.1 Какого поставщика электроэнергии выбрать для радиостнации:
местного или иностранного?
118
9.2 Что могут сделать потребители, чтобы увеличить доступность и
качество электроснабжения в Африке?
120
9
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
Сокращения
Ниже приведены некоторые аббревиатуры часто используемые в этом руководстве.
А = Ампер: стандартная единица силы тока (скорость, с которой поток электронов через
провода).
ПеТ = Переменный ток: тип электрического тока, в которых направление потока
колеблется на частые, регулярные промежутки времени.
Ач = Ампер час: единицы на сумму накопленного заряда в батарее. Батарея с 2000 Ач
может доставить 20 ампер в течение 100 часов, 50 ампер в течение 40 часов, и так далее.
КФЛ = Компактные флуоресцентные энергосберегающие лампочки: которые
использует электрический ток в газе, а не тепло, чтобы произвести свет.
ПоТ = постоянный ток: Электрический ток, только в одном направлении (в отличие от
сети переменного тока).
кВт = киловатт: единицу мощности равна 1000 Вт.
кВт/ч = киловатт-час: единица энергии эквивалентная энергии, производимой или
потребляемой устройством, работающим на1 кВт на 1 час.
LED = Светодиод: энергоэффективной форма света, часто используется в качестве
источника света в электронных дисплеях.
MMPT = Максимальная мощность точки трекера: особенностью контроллера заряда,
который содержит электричество из солнечных панелей на ток и напряжение, что
приводит к максимально возможной мощности доставляются батарей.
м/с = метров в секунду: измерение скорости. 1 м/с составляет 3,6 км/час.
PV = Фотоэлектрические: прилагательное, чтобы описать процесс преобразования
энергии из солнечного света в электрический ток (солнечные батареи, фотоэлементы,
фотоэлектрические модули, P.V. Массивы имен для устройств, которые осуществляют
этот процесс).
ВИЭ = возобновляемых энергетических технологий: технология, которая преобразует
энергию природных ресурсов в полезную энергию, часто электрической энергии.
ИБП = Источник бесперебойного питания: прибор, который контролирует (а иногда
уточняет) входящее питания, а также обеспечивает резервное питание, когда отключается
электроснабжение.
В = напряжение: стандартная единица напряжения (напряжение количество энергии
переносится электронами в электрической цепи).
Вт = Ватт: стандартная единица мощности (питание скорость, с которой энергия
производится и потребляется).
Wp = максимум ватт: количество электрической мощности фотоэлектрических
устройств (таких, как солнечная панель)будет производить в идеальных условиях ВС
10
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
Замечание о единицах и терминологии
Ниже приведены некоторые условные обозначения, используемые в этом руководстве.
Полный глоссарий на стр. 229.
В уравнениях, единицы даны в квадратных скобках, например, "Мощность [Вт]
=напряжение [В] х ток [A]."
Валюта обозначается "$" и указана в долларах США, если не указано иное.
Используются следующие курсы валют:
1 евро = 1,23 долл. США;
1 Кенийский шиллинг = 0,012 USD;
1 южноафриканский рэнд = 0,133 USD;
1 Сьерра-Леоне Леоне = 0,000253 долл. США (действительно по состоянию на август 2010
года).
Температура в градусах Цельсия (°C).
Энергетические технологии относится к любому устройству, которое позволяет
генерировать, хранить или регулировать электроэнергию на станции, или защищать
станционное оборудование от дефектов в электрической сети.
Энергогенерирующая технология относится к любой технологии, которая преобразует
химическую, механическую, солнечную или другую энергию в электрическую солнечные батареи, ветряные турбины, генераторы и т.д.
Электрический генератор относится к устройствам для преобразования механической
энергии (как правило, энергия вращающегося вала) в электрическую энергию. Некоторые
энергогенерирующих технологий (в том числе электростанции, ветряные турбины и
гидротурбины) содержат электрические генераторы.
Генераторная установка относится к любому устройству, которое преобразует
химическую энергию топлива (дизельное топливо, пропан, масло ятрофы и т.д.) в
электрическую энергию с использованием двигателя внутреннего сгорания и
электрического генератора.
11
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
Введение
Надежное энергоснабжение необходимо для нормальной работы радиостанции. Тем не
менее, многие станции в Африке сталкиваются с частыми перебоями в работе
энергоснабжения в виде скачков напряжения или ненадежной работы дизель-генератора,
из-за высоких затрат на топливо. Это руководство показывает, как станции могут более
эффективно использовать существующие источники электроэнергии, а также
воспользоваться альтернативными источниками, включая возобновляемые источники
энергии (ВИЭ). В руководство включены примеры, рабочие листы (формы) и информация
о ключевых технологиях в области энергетики, которые должны помочь работающим
радиостанциям улучшить менеджмент энергоресурсов. Вводная глава описывает текущие
проблемы обеспечения электроэнергией станции и основные подходы к их решению. В
завершении настоящей главы приведены указания для более полного использования
информации в других главах настоящего Руководства.
Энергетические вызовы
Энергетика является серьезной проблемой для радиостанций, потребляя до 50% бюджета.
Без постоянного электроснабжения, на станции не могут быть осуществлены такие
основные работы как запись интервью или передача новостей. В работе двух основных
источников электроэнергии, которые используются в странах Африки, постоянно
возникают проблемы.
Общественное электроснабжение не надежно во многих местах или вообще отсутствуют.
На практике, хотя сельские станции постоянно подключены к сети, электричество
подается на несколько часов в день. Регулярные и непредсказуемые перебои с подачей
электроэнергии затрудняют трансляцию даже во время нескольких часов, когда ток в сети
номинально доступен. Значительное количество проблем связано с нестабильным
напряжением в сети, которое приводит к выходу из строя чувствительного к перепадам
электронного оборудования. В городские районы электроснабжение подается на более
длительный срок и чаще, но там ситуация даже более не предсказуемая, чем в сельской
местности. Правительства африканских стран продолжают вкладывать средства в
улучшение доступа к электричеству (см. главу 11). Но рост численности населения в
городах увеличивает нагрузку на сети. Низкая плотность населения в сельской местности
делает экономически не оправданным расширение электросетей. В этой связи,
общественная сеть энергоснабжения вряд ли будет улучшена в ближайшее время. Она
безусловно имеет ряд преимуществ связанных с низкой стоимостью и удобством, однако,
накладывает значительные ограничения на деятельность радиостанций, которые не
используют резервных источников энергии.
Генераторные установки (генераторы с двигателями внутреннего сгорания, дизельные
генераторы) наиболее распространены в качестве источника энергии для станций, как в
качестве основного, так в качестве альтернативного. Дизельные генераторы
привлекательны
вследствие их низкой начальной стоимости по сравнению с
возобновляемыми источниками. Их широкое использование в Африке, и их сходство с
автомобильными двигателями, определило развитость инфраструктуры сервиса для них:
ограничения по запасным частям относительно небольшие, широко распространены
ремонтные мастерские. Главным недостатком дизельных генераторов является высокая
стоимость их эксплуатации, за счет стоимости топлива, которая также вырастает на сумму
затрат необходимых для его транспортировки к самой радиостанции (ЧЗВ 4.2 в Главе 4
содержит рекомендации по оценке реальных долгосрочных расходов на топливо для
генератора). Генераторные установки, работающие на органическом топливе, также
способствуют увеличению добычи нефти, вырубке леса, глобальному потеплению и
чувствительны к изменениям на мировом топливном рынке. Они зависят от нестабильных
12
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
субсидий правительства на топливо. И наконец, скорее всего в будущем цены на топливо
возрастут. Согласно прогнозам энергетических властей США цены на топливо могут
удвоиться в период с 2010 по 2030 годы, как это произошло между 2000 и 2010 годами [1].
Такие прогнозы также должны приниматься во внимание, учитывая возможное влияние
небольшого увеличения цен на нефть на бюджет радиостанции.
Пять шагов к улучшению энергетического менеджмента
Хороший энергетический менеджмент увеличивает возможности станции удовлетворять
свои потребности в электроэнергии. Это Руководство структурировано вокруг 5 шагов к
улучшению энергетического менеджмента на радиостанции. Каждая глава, или группа
глав, посвящена шагам, которые приведены ниже (см. Приложение A.1).
Шаг 1. Оценка энергетических потребностей. Точная оценка необходимой
электроэнергии - оценка установленной мощности радиостанции - необходимая часть
любого проекта по улучшению менеджмента электроэнергии. Оценка энергопотребления
показывает, сколько дополнительной энергии (если есть) станции требуется в дополнение
к общей сети, и какой тип и мощность энергогенерирующих технологий нужно применять
для удовлетворения этих потребностей. Оценка также помогает определить
потенциальную экономию энергии через идентификацию приборов максимально
потребляющих электроэнергию. Оценка включают расчет качества, временные
промежутки, вариации и приоритеты обеспечения электрическим током. Глава 2
включает в себя краткое руководство по проведению такой оценки.
Шаг 2. Определение возможного объема экономии электроэнергии. Снижение
энегопотребления самый быстрый и способ снижения затрат на электричество. Экономия
особенно важна, если на станции используются возобновляемые источники (ВИ).
Возможными вариантами экономии является замена не эффективных приборов (в
энергетическом смысле), внедрение бережного отношении к расходу электроэнергии и
т.д. Глава 2 описывает основных потребителей электроэнергии на радиостанции и
предложения по снижению энергопотребления.
Шаг 3. Выбор соответствующий энергетической системы и технологий. Основная
часть настоящего руководства посвящена описания основных типов технологий, которые
могут быть использованы на радиостанции для снижения затрат на электроэнергию и/или
увеличение мощности, качества, безопасности электроснабжения. Глава 3 описывает
основные типы энергосистем, их недостатки и преимущества. Главы 4, 5 и 6 посвящены
технологиям энергогенерации, а Глава 7 технологиям позволяющим хранить и
регулировать электроэнергию. Ниже приведены резюме этих глав.
Технологии энергогенерации. Технологии производства электроэнергии включают
генераторы на дизельном топливе и возобновляемые источники энергии, такие как
ветряные турбины, солнечные батареи и гидротурбины. Каждая из этих технологий не
обязательно может удовлетворять энергетические потребности станции (см. вставку 0.1).
13
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
В главе 4 описываются основные факторы которые
необходимо учитывать при оценке затрат и
Врезка 0.1
генерации энергии при помощи этих технологий. Это
может помочь оценить реальные затраты на них,
Хватит
ли
1
кВт
насколько такие системы могут служить источником
выработанного ветряной
для станции и для сравнения одной системы с
турбиной
для
другой.
передатчика, мощностью
Глава включает в себя примеры анализа затрат и
в 1 кВт?
производительности для двух типов возобновляемых
технологий (ветряные и солнечные). В завершении
На первый взгляд, можно
главы приведена резюмирующая таблица со
подумать, что 1 киловатт (1 кВт)
сравнением
основных
энергогенерирующих
ветровой турбины подойдет для
технологий на основе затрат и производительности.
питания передатчика 1 кВт. Но
В главе 5 рассматриваются возобновляемые
это далеко не так. Передатчик,
источники энергии (ВИЭ). В ней
описывается
который выдает сигнал 1 кВт,
строительство, необходимые природные ресурсы,
потребляет значительно больше,
объем
генерации
электроэнергии,
факторы,
чем 1 кВт энергии – до 3 кВт
снижающие генерацию, стандарты, промышленные и
для неэффективных устройств.
политические условия для ключевых ВИЭ
(солнечные батареи, ветровые и гидротурбины). Она
Рейтинг
ветровой
турбины
также включает информацию о двух новых
также вводит в заблуждение, так
технологиях (генерация на основе мускульной силы
как он применяется только в
животных и биогаза). Глава 6 описывает основные
идеальных условиях ветра. Во
особенности генерирующих установок, включая
время ветреного дня или бури.
подходы к снижению затрат на топливо для них.
В среднем, за день турбина с
Хранения энергии и методы регулирования.
номинальной выработкой в 1
Станции могут максимально и без потерь
кВт турбины, вырабатывает
использовать всю энергию, сохраняя её в батареях,
вряд ли больше чем 1/5 от
так что избыток энергии используется в случае
заявленного.
Если
станция
необходимости.
Контроль
заряда
батарей
работает 24 часа в сутки,
увеличивает
продолжительность
эксплуатации
турбины генерирует не более
батареи путем подачи электричества нужного
чем на одну десятую энергии
напряжения, также как и
инверторы
подают
достаточной для передатчика.
потребителям электричество соответствующего
напряжения. Электрорегулирующее оборудование
Это не значит, что ветряные
(например, источник бесперебойного питания или
турбины не следует применять,
ИБП)
сглаживает
нестабильность
в
но принимать во внимание эти
энергоснабжении,
переключая
на
аварийные
обстоятельства
нужно
источники питания, когда снабжение прекращается
обязательно.
Глава
4
внезапно. Эта технология позволяет защищать
приведены факторы, которые
электрооборудование
от
внезапных
скачков
нужно учитывать при оценке
напряжения, частоты и пр. Другой формой является
стоимости
и
защита
критических
нагрузок
станции
–
производительности
энергии
оборудования, важного для функционирования
производственных технологий
станции – от отключения или чрезмерного
использования источников электричества. Это
означает, что доступные источники могут поддерживать работу станции дольше, даже
если они истощены. Глава 7 дает резюме по этим технологиям.
14
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
Шаг 4. Долгосрочный план управления системой. Энерготехнологии требуют
инвестиций долгосрочного характера, срок окупаемости и цикл жизни которых может
составлять годы и даже десятилетия. Долгосрочное планирование необходимо, чтобы
гарантировать надежную работу оборудования до окончания номинального срока службы.
Рекомендуется, чтобы на каждой радиостанции были введены штатные единицы
«менеджера по энергетике» для планирования, контроля и управления задачами,
описанными в Главе 8. К ним относятся: техническое обслуживание; оценка; выявление и
реагирования на изменения нагрузки; надзор за расходованием энергии, подготовка
техников, операторов и пользователей, а также обмена опытом, знаниями и (в некоторых
случаях) энергомощностями с другими членами сообщества.
Шаг 5. Выбор и работа с провайдерами энерготехнологий для их планирования и
инсталляции. Поставщиками энерготехнологий могут быть физические лица и компании,
которые продают соответствующее оборудование и оказывают содействие в его
планировании, установке и обслуживании. Как и при оценке потребностей в этом случае
также важно провести оценку ноу-хау и технический потенциал, который понадобиться
станции для реализации энергопроекта. Энерготехнологии это долгосрочные инвестиции,
с высокой начальной стоимостью. В этой связи, хорошая начальная техническая оценка
может значительно повлиять на затраты и работоспособность системы в будущем.
Поэтому
крайне
важным
для
радиостанции
является
привлекать
высококвалифицированных провайдеров технологий и опытных независимых экспертов
на каждом из этапов, от оценки потребностей до разработки графиков технического
обслуживания. Глава 9 содержит рекомендации по выбору провайдера энерготехнологий
и продуктивной работе с ним.
Как использовать это руководство?
Это руководство не служит руководством типа «Сделай Сам» по производству, установке
и поддержанию энерготехнологий; и не дает простую формулу для принятия решения,
какая технология лучше всего подходит для данной станции. Каждая станция имеет
разные потребности в энергии, которые требуют различных решений. Данное руководство
не является заменой для квалифицированных экспертов или консультантов. Но оно
может помочь в принятии обоснованных решений и формулировании правильных
вопросов к специалистам.
Это руководство приводит резюме основных технологий для аккумулирования,
генерации, экономии и регулирования электроэнергии. В нем рассматриваются способы
защиты ценного электрооборудования, и описываются основные факторы, которые
следует учитывать при выборе между различными вариантами улучшения ситуации на
радиостанции в контексте обеспечения электричеством. Руководство представляет собой
информативный материал о рисках и преимуществах различных типов энерготехнологий,
о планировании и менеджменте в энергопроектах, о работе с поставщиками
электроэнергии и консультантами по достижению оптимальных решений для
радиостанции.
Руководство также включает в себя следующее:
Основные понятия в области энергетики и электричества (Глава 1). В этой главе
дается обзор основных понятий, связанных с энергией и электричеством, и используемые
единицы их измерения.
15
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
Примеры (Глава 10) описывают опыт радиостанций в Африке и других регионах,
которые приняли ряд энергетических технологий, особенно в возобновляемых.
Контактная информация для этих станций в Приложении D.2.
Политика в области энергетики и предпринимательства (глава 11) дает некоторую
информацию о малых энерготехнологиях в Африке, через описание местных
энергетических предприятий (в том числе, как построить энергетическое предприятие),
обобщение вклада, который правительственная политика может внести в их развитие.
ЧЗВ вставки разбросаны по всему тексту руководства и содержат ответы на часто
задаваемые вопросы об энергетическом менеджменте. Эти вопросы от "Как я могу
оценить долгосрочные расходы на топливо для дизель-генератор" (ЧЗВ 4.2, в главе 4) на
«Достаточен ли ветер в моем регионе, для работы ветровой турбины?" (ЧЗВ 5.2 Глава 5).
Список все вопросы и ответы появляется на стр. 10 этого руководства.
Краткие резюме расположены в начале ключевых разделов в главах, и резюмируют
основное содержание раздела. Они разработаны, чтобы дать краткое введение в основные
темы руководство для читателей, которые не хотят читать все руководство.
Формы (рабочие листы) (Приложение А) обеспечивают место для заполнения
связанных с энергообеспечением данных о станции. Они предназначены для расчетов,
необходимых для (например) оценки суточной нагрузки, или сравнения ежегодных
расходов на различные источники электроэнергии. Электронные версии таблиц доступны
по адресу www.cameco.org/publications.
Приложение B дает полу-техническую информацию, касающуюся рационального
использования электроэнергии, в том числе среднего потребления распространенного
оборудования для радиостанций, а также ветровой и солнечной карты для Африки.
Примеры спецификации (Приложение С) аннотированные примеры Технические
спецификации для двух энергетических технологий (солнечных батарей и ветряных
турбин).
В разделе Дополнительные ресурсы (Приложение D) перечислены компании,
физические лица, организации, литература, Интернет ресурсы и программное
обеспечение, которое может быть полезно по вопросам энергоменеджмента. Типы
ресурсов даны по секциям в Приложении D.2, а Приложение D.1 содержит информацию
о важных общих ресурсах.
16
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
1
Основы энергии и электричества
Для того чтобы мониторить, планировать и поддерживать энерготехнологии, необходимо
иметь представление о базовых понятиях энергии и электричества. Эта глава посвящена
краткому введению в энергию и электричество, а также некоторым способам их
измерения. Дальнейшие главы используют термины и единицы этой главы.
Краткое резюме
Электричество
и энергия
Вольтаж это энергия, получаемая или потребляемая компонентами
электрической цепи. Единица измерения Вольт (В).
Сила тока в электрической цепи это скорость, с которой в ней движется
поток электронов. Единица измерения Ампер (А).
Энергия есть способность выполнять физическую работу.
Мощность показывает уровень генерации или расхода энергии. Единица
измерения ватт или киловатт (кВт). 1 кВ равен 1000 Вт.
Киловатт-час (кВт/час) используется для измерения потребления энергии в
домохозяйствах и бизнесе. 1 кВт/ч это объем энергии эквивалентной
производимой или потребляемой энергии для обеспечения мощности в 1
кВт в течение 1 часа.
Мощность [кВт] = энергия [кВтч] ÷ время [часов]
Энергия [кВтч] = мощность [кВт] х время [часов]
Электрическая мощность [Вт] = напряжение [V] х ток [A]
Электричество
Цепи и электрические схемы
Электрическая схема (см.ниже) является схематичным Фотом как электричество передает
мощность электроприборам. В случае с Рис. 1.1, батарея питает свет и передатчик, а
переключатель позволяет выключать и включать электрический ток в цепи.
17
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
Рис 1.1.
Базовая электрическая
схема, включает в себя
батарею, переключатель и
передатчик. Когда
переключатель замкнут,
ток идут в указанном
направлении.
Последовательное и параллельное соединение
Электрические цепи, состоящие из единственного контура (как на Рис.1.1) называются
последовательными цепями; цепи, состоящие из нескольких контуров (как Рис.1.2)
называются параллельными цепями. Вольтаж и сила тока в таких цепях суммируются поразному. Например, если ряд батарей соединены последовательно, то их вольтаж будет
равен сумме вольтажа каждой батареи в цепи. Тот же самый ряд батарей соединенных
параллельно дадут вольтаж равный вольтажу одной батареи. Для силы тока ситуация
обратная: сила тока в последовательной цепи будет равной силе тока по всей цепи; в а при
параллельном соединении сила тока будет равна сумме сил в каждом контуре цепи.
Учитывая эти законы, можно сделать вывод, что батареи, солнечные панели и другие
компоненты электрической цепи могут быть проведены по-разному, для получения
различных значений вольтажа и силы тока.
Рис. 1.2
Параллельная цепь.
Предполагается, что каждая батарея
имеет одинаковое напряжение.
Так как батареи соединены
последовательно, напряжение в
лампочке равно напряжению одной
батареи. Но ток в основном цикле
представляет собой сумму токов в
каждом из отсеков.
Диаграмма: автор
18
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
Электрический ток
Электрический ток подобен течению реки или потоку – является уровнем выражающим
поток в соответствующей среде. В реке, количеством выражающим поток является объем
воды, а средой русло реки. В электрической цепи, количеством является количество
электронов, а средой электрический проводник (кабель, провод и т.д.). Единицей
измерения силы электрического тока является Ампер (А) – отражающий факт течения
электрического тока. Если в проводнике есть ток в 1 А это означает, что около 6
млрд.электронов движутся в каждой его точке, каждую секунду.
Вольтаж
Вольтаж это энергия, вырабатывая или потребляемая в электрической цепи, когда она
проходит через батарею (производство) или электроприбор (потребление). Единица
измерения Вольт (В). Широко распространенный вольтаж составляет 12 В в батареях и
110 или 220 В в сетях общего доступа.
Переменный ток
До этого при описании электрической цепи использовалась схема постоянного тока (ПоТ),
который не меняет своего направления. Переменный ток (ПеТ) меняет направление с
постоянным интервалом. Частота переменного тока величина, описывающая как часто
меняется направления тока. Единица измерения Герц. Волновая форма ПеТ
иллюстрирует, в какой закономерности меняется направление тока с течением времени.
Квадратная форма волны ПеТ резко меняет направление тока, тогда как синусоидальная
форма постепенно в соответствии с формой синусоиды. Модифицированная
синусоидальная форма является промежуточной между вышеназванными и меняет
направление отрывочно (см. Рис.1.3).
Рис.1.3 Четыре волновые формы,
варьирующиеся от
синусоидальной (А), до
прямоугольной формы (D). Две
промежуточные формы –
модифицированная
прямоугольная (С) и цифровая,
полученная из мелких итераций
(В). Когда кривая выше мелких
точек на графике, это означает,
что ток течет в одном
направлении, когда ниже, в
обратном. Диаграмма: автор
Преимущество ПеТ заключается в относительной простоте изменения его вольтажа. Это
обстоятельство является причиной широкой распространённости ПеТ в больших
распределительных сетях, в которых вольтаж должен повышаться при транспортировке
электроэнергии по высоковольтным кабелям и понижаться при обычном использовании.
19
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
В связи с более широкой распространенностью электросетей общего пользования с
переменным током, устройства и их комплектующие работающие на нем, а также их
сервис и ремонт, доступнее, чем для их аналогов на постоянном токе. С другой стороны,
солнечные панели и батареи генерируют постоянный ток, и конвертирование его в
переменный при помощи инверторов может потребовать значительных затрат энергии. В
особенности это актуально для инверторов, работающих на низких мощностях, что
встречается чаще всего (в Главе 7 изложена более подробная информация об инверторах).
Энергия и мощность
Энергия
В широком смысле, энергия есть способность выполнять физическую работу. Стандартная
единица измерения Джоуль (Дж), но в домашних хозяйствах и бизнесе более
распространенной единицей измерения энергии является киловатт-час (кВт/час) (см. ЧЗВ
1.1). Энергия может быть в разных формах, начиная от кинетической энергии снаряда или
движущейся воды до химической энергии из ископаемых видов топлива. По существу,
электрическая энергия это кинетическая энергия электронов, движущихся по проводам.
Эта энергия применяется в электрических цепях компьютеров, передатчиков и других
приборов; для света в лампах и тепла в электрических чайниках; для питания
электромоторов, которые двигают все, от вентиляторов в передатчиках до считывающих
головок в DVD или CD плейерах.
ЧЗВ 1.1
Что такое киловатт-час?
1 кВт/ч это количество энергии, потребляемое устройством мощностью 1
кВт при работе за 1 час. Это примерное количество энергии, которая будет
потреблена, если оставить включенной 20 Вт лампу на два дня или
компьютер на 3 часа. Важно отметить, что:
кВт/ч это единица измерения энергии, а не мощности, несмотря на наличие
единицы мощности (кВт). Наличие в кВт\ч единицы измерения времени
(час) придает соответствующий смысл этой единице. Приложение энергии, с
заданной мощностью и временем, дает фиксированный объем энергии.
Для устройства, потребляющего, как указано 2кВч, необязательно, что оно в
течение 1 часа потребляет 2 кВт энергии. Оно может потреблять в течение 1
часа 2 кВт, но оно также может потреблять 1кВт за 2 часа, или 4 кВт за
полчаса, и т.д., во всех этих случаях оно потребляет 2 кВт в целом.
Мощность
Мощность это уровень потребления или производства энергии. (Строго говоря, это
уровень конвертирования энергии из одной формы в другую, как, например, из
химической энергии батареи в электрическую энергию). Стандартная единица измерения
20
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
мощности Ватт (Вт). Устройство, которое производит 1 Вт мощности, производит 1
Джоуль энергии в секунду. 2 Вт – 2 Дж/сек, и т.д.
Мощность, генерируемая источником энергии (например, солнечная панель или дизельгенератор) часто называют выходной мощностью (иногда емкостью). Мощность, которая
может регулироваться с помощью специального устройства (например, инвертор или
регулятор вольтажа), без выключения прибора, часто называют
мощностью
регулирующего устройства. Мощность, которая потребляется при включении прибора,
называется потреблением.
Мощность отличается от энергии, но эти два понятия очень близки между собой. Связь
между ними обеспечивается за счет времени. Мощность это количество энергии,
потребляемое или генерируемое за единицу времени. В то же время, заданная мощность,
использованная в заданный промежуток времени дает определенный объем энергии.
Одинаковое количество энергии может быть сгенерировано или потреблено при разных
мощностях: энергия в аккумуляторной батарее может быть использована за несколько
часов или за несколько месяцев, в зависимости от интенсивности использования. В то же
время, мощность может производить разные объемы энергии, в зависимости от того,
насколько длительно она используется: 60 Вт лампа, оставленная включенной на ночь,
потребит больше энергии, чем аналогичная лампа, используемая только по вечерам.
Следующие формулы помогут конвертировать энергию в мощность и наоборот:
Мощность [кВт] = энергия [кВтч] ÷ время [часы]
Энергии [кВт/ч] = мощность [кВт] х время [часы]
Например, с помощью второй формулы: солнечная панель, работающая 5 часов в день, с
мощностью 0,5 кВт в течение в день генерирует 2,5 кВт/ч энергии в день.
Рис.1.4
Каждая панель Radio
Pacis’ (Уганда)
генерирует 1,8 кВт
электрической мощности
при ярчайшем солнце. В
течение дня, при самом
ярком солнце (длит.5
часов), она может
генерировать 9кВт/ч
энергии.
Фото: Cameco
21
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
Энергия и мощность в электрических цепях
Энергия из батарей зависит от вольтажа вокруг батареи и силы тока в цепи:
Мощность [Вт] = вольтаж [В] х сила тока [А]
Например, батарея в 24В с силой тока в 10А имеет мощность в 240 Вт. Мощность зависит
и от вольтажа и от силы тока – уменьшение или увеличение ведет к пропорциональному
изменению мощности.
Строго говоря, формула приведенная выше не вычисляет фактическую мощность (в Вт)
в цепи. Эта формула определяет относительную мощность (Воль-Ампер, или ВА). Для
переменного тока относительная мощность от 1,2 до 1,5 раза выше, чем фактическая
мощность (и наоборот, фактическая мощность ниже от 0,7 до 0,8 раза, чем
относительная). Например, генератор с относительной мощностью в 5000кВА имеет
фактическую мощность в 3500Вт. Это происходит в результате электрического феномена
под названием фактор мощности.
22
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
2
Энергосбережение и оценка
Первый шаг в улучшении энергетического менеджмента на станции должен состоять в
том, чтобы выяснить среднее ежедневное потребление энергии на станции. Оценкой
определяются основные энергетические нагрузки, и рассчитывается общий ежедневный
уровень потребления энергии. Кроме того, в ходе оценки можно выявить качественные
характеристики, временную динамику и вариативность энергопотребления. Это помогает
выяснить основные места энергопотерь на станции. Оценка позволяет выбрать
необходимые энергетические технологии для использования, описанные в Главах 3 – 6.
Второй шаг в улучшении энергообеспечения и наиболее легкий способ уменьшение затрат
на энергию – сокращение её потребления. Это означает, что необходимо выявить
наиболее типичные формы использования энергии и сделать их более эффективными –
как путем уменьшения потребления, так и путем замены энергопотребляющего
оборудования на более эффективные или перераспределения нагрузки в течение дня.
Эта глава резюмирует принципы энергосбережения и энергооценки, исходя из
особенностей энергопотребления и способов энергосбережения, применимых к основным
приборам, используемым на станции и потребляющих больше всего энергии.
Основы энергосбережение
Энергосбережение означает снижение ее потребления при сохранении способности
станции продолжать свою основную работу. Энергосбережение является особенно
важным, когда на станции применяются генераторы или возобновляемые источники
энергии, т.к. их использование более затратное, чем пользование электросетью общего
пользования. Уменьшение потребления энергии ведет к снижению затрат и далее к
снижению начальных и будущих расходов на энерготехнологии (см. Врезку 2.1).
Основные способы энергосбережения:
Уменьшение расходы энергии за счет бережливого использования оборудования. Этой
самый дешевый способ энергосбережения, который правда, требует долгой работы с
персоналом. Такие усилия могут быть улучшены за счет введения штатной единицы
«энерго-менеджера»
и
использования
перечня
задач
для
контроля
над
энергопотреблением на станции. Простейшие способы включают в себя выключение
освещения, электрических приборов, когда в них нет необходимости и закрытии дверей и
23
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
окон при использовании кондиционера. (Дополнительные способы приведены ниже, в
разделе «Ключевые энергетические нагрузки на станции»).
Замена неэффективных приборов на более совершенные. Энергоэффективные приборы
способны выполнять аналогичную работу, при меньшем потреблении энергии. Например,
ноутбуки могут выполнять практически такую же работу, что и настольные компьютеры
при меньших энергозатратах; компактные флуоресцентные лампы дают столько же света,
что и обычные лампы накаливания, с меньшим энергопотреблением. Энергосберегающее
оборудование иногда может требовать больших начальных затрат, но уменьшение счетов
за электроэнергию в будущем компенсирует их. (Приложение А.5 содержит форму для
расчета
срока
окупаемости
энергосберегающего
оборудования).
Сравнивая
энергопотребление различных устройств важно также учитывать и объем энергии,
который будет потреблен в течение срока эксплуатации (см. пример Врезка 2.2).
Врезка 2.1
Уменьшение затрат и энергосбережение
Ветровая и солнечная энергия, как правило, дороже, чем энергия из сетей
общего пользования. В результате, экономия энергии на станции
становиться еще более важной, при использовании этих «автономных»
источников. Например, система солнечной энергии стоит около $ 10.000 за
каждый кВт. В среднем, панели солнечных батарей в Африке поставлять
примерно 6 кВт/ч энергии в день для каждого установленного кВт. Так,
станции, использующие солнечную энергию, сохраняя, скажем, 3 кВт/ч в
день, может сэкономить примерно $5000 или половину от начальной
стоимости системы.
Рис. 2.5 в этой главе дает более подробную разбивку потенциальной
экономии средств за счет повышения энергоэффективности на станции.
Врезка 2.2
Стоимость
и
уровень
энергосбережения
энергоэффективного оборудования
Сравнивая
экономические
показатели
энергоэффективного
и
неэффективного оборудования, важно учитывать, что эффективное
оборудования приводит к уменьшению счетов за электроэнергию.
Соотношение цены и качества устройства, также зависит от срока его
24
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
службы.
Например, лампа накаливания на 100 Вт дает примерно столько же света,
что и компактные люминесцентные лампы (КЛЛ) в 15 Вт. Предполагая, что
лампы используются в течение 5 часов каждый день, КЛЛ экономит около
155 кВт/ч в год. Это соответствует примерно $ 75 ежегодной экономии для
каждой лампы, если используется генератор или солнечная энергия, и
примерно $8, если используется сеть общего пользования.* В обоих случаях
дополнительная начальная стоимость лампы КЛЛ быстро компенсируется за
счет экономии средств за счет энергоэффективности.
Этот анализ предполагает, что срок службы ламп аналогичный. На самом
деле, срок службы КЛЛ 10 раз дольше, чем у ламп накаливания. Этот
дополнительный срок, как правило, достаточен для оправдания более
высоких начальных затрат на приобретение КЛЛ, даже до учета экономии
по счетам за электроэнергию.
Приложение А.5 содержит форму для оценки срока окупаемости: Время,
необходимое
для
компенсации
дополнительных
затрат
на
энергоэффективное оборудование за счет энергосбережения.
В некоторых странах продажа ламп накаливания уже прекращена, поскольку
правительства стимулируют переход на КЛЛ. Другая еще более
эффективная технология, уже используемая в Азии и некоторых частях
Европы, так называемые светодиодные лампы (LED), еще не достигла
приемлемого уровня цена-качество для применения на радиостанциях.
Однако, эта ситуация может измениться в течение нескольких лет (см.
http://www.lightingafrica.org/news на эту тему).
Рис. 2.1 КЛЛ (слева) и лампа накаливания (справа).
Рисунки: allenergies.net, Cambridge Energy Alliance
* предположения по стоимости за кВт\час: для солнечных
панелей и генераторов $0,5; для сетей общего пользования
$0,05. Данные: Всемирный банк и National Renewble
Energy Laboratory [2].
Перераспределение энергонагрузки для удовлетворения потребностей. Энергия может
быть сбережена за счет работы в периоды, когда доступны более дешевые источники –
сети общего пользования. Это означает, что приборы, потребляющие наибольшее
количество энергии необходимо использовать в период, когда можно пользоваться сетями
общего доступа. Также, перераспределение нагрузки в течение дня приводит к снижению
пиковых нагрузок при использовании альтернативных источников энергии (снижая
нагрузку на них) и регулирующих приборов. (Стоимость инверторов, контролеров
зарядки, бесперебойных источников питания (БСП) и регуляторов вольтажа зависит от их
мощности).
25
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
Энергооценка: что это такое и почему это важно
Энергооценка – изучение особенностей использования электроэнергии на станции –
выполняет две функции. Она помогает определить резервы для сбережения энергии, а
также выбрать тип и мощность энерготехнологий. Энергооценка исключительно важна
для станций, которым необходимо использовать возобновляемые источники энергии т.к.
их стоимость (приобретения, в отличие от генераторов) зависит от начальной оценки
потребности в энергии. С другой стороны, основные затраты на генераторы (дизельные), в
виде расходов на топливо, не сильно зависит от начальной оценки потребности, т.к.
выработку можно регулировать по ходу работы. В любом случае, даже при использовании
генераторов нужно проводить энергооценку, т.к. слишком мощный генератор, работая не
на полную мощность, может не эффективно использовать топливо; слишком маленькие
генераторы могут вырабатывать недостаточное количество энергии.
Простейшая форма энергооценки может быть осуществлена за счет подсчета затрат
энергии на станции в обычный день. Ежедневное потребление большинства приборов
может быть рассчитано исходя из их установленной мощности и продолжительности
работы в течение дня:
Электроэнергия в день [кВт/день] = мощность [кВт] х время работы [часы/день].
Доступная мощность. Доступная ежедневная мощность складывается из мощности,
выдаваемой общедоступной электросетью, и собственными источниками энергии
(генераторами). Ее необходимо знать для выявления недостающей мощности (если есть).
Дневная динамика и пиковая нагрузка. Пиковая нагрузка это максимальный уровень
потребления энергии в течение дня. Информация о пиковой нагрузке важна ввиду того,
что большая часть энерготехнологий имеют ограничения по мощности, которую они
могут выдавать (не только в сумме за весь день). Сюда включаются и генерирующие
технологии, технологии хранения (батареи), регулирования (инверторы и контроллеры
заряда). Если в течение дня есть такие периоды, когда потребление слишком высокое,
станция может сберегать энергию, распределяя нагрузку в течение дня. Также важно
знать, есть ли совпадения между периодами, когда станция нуждается в энергии и
периодами, когда доступны общественные сети: это помогает определить каковы
необходимые объемы хранения энергии или дополнительного генерации.
Сезонные колебания и проектный месяц. Проектный месяц это месяц, когда уровень
нагрузки и снабжения является самым высоким, другими словами, месяц, в котором
тяжелее всего удовлетворять потребности станции. (Следовательно, проектный месяц
невозможно определить до тех пор, пока не будут доступны сведения о динамике
ежегодного потребления). Энерготехнологии должны быть спроектированы так, чтобы
удовлетворять нужды станции в проектный месяц.
Качество электроэнергии. Подразумевает под собой тип синусоидальной волны
(прямоугольная волна, модифицированная синусоидальная волна или синусоидальная
волна) необходим для станции, колебания в вольтаже и частоты, с которыми необходимо
26
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
будет работать оборудованию станции. Эти факторы влияют на качество инверторов и тип
регуляторов вольтажа, которые нужны станции.
Надежность и критические нагрузки. Некоторые приборы крайне важны для станции и
требуют экстра защиты работоспособности от возможных перебоев в питании.
Краткое резюме
Энергооценка
Энергооценка
–
изучение
электроэнергии на станции.
особенностей
использования
Она помогает определить резервы для сбережения энергии, а также
выбрать тип и мощность энерготехнологий.
Энергооценка исключительно важна для станций, которым
необходимо использовать возобновляемые источники энергии: после
установки их пользователи имеют небольшой выбор вариантов
мощности, з который уже заплатили.
Простейшая форма энергооценки может быть осуществлена за счет
подсчета затрат энергии на станции в обычный день. Приложение А.2
содержит форму для подсчета.
Продвинутая энергооценка может учитывать доступное снабжение,
критические нагрузки, будущие изменения в потреблении, удаление
станции, ежедневные и ежегодные изменения, качество снабжения.
Электроэнергия в день [кВт/день] = мощность [кВт] х время работы
[часы/день]
Среднее потребление может быть рассчитано с помощью таблиц в
Приложении В.1, установленной мощности и замеров с
использованием специальных приборов.
ЧЗВ 2.1
Как рассчитать энергопотребление оборудования
станции?
Простейшая форма энергооценки заключается в расчете ежедневной
нагрузки основных энергопотребляющих приборов и их
суммировании. Потребление может быть рассчитано следующими
способами:
Стандартные данные энергопотребления. Таблицы, отражающие
потребление ключевых приборов может дать первое приближение к
27
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
искомой цифре. Таблица в Приложении В.1 дана в качестве примера.
Энергопотребление может варьироваться в зависимости от типа и
состояния используемых устройств, поэтому эта таблица не заменяет
определение фактического потребления энергии оборудованием
станции.
Данные производителя. Большая часть электрических приборов и
устройств имеют эксплуатационные характеристики. Эти цифры
могут быть найдены на панели или маркировке на корпусе, в
руководстве по эксплуатации. Такие данные являются полезными при
определении
фактического
потребления.
Однако,
это
приблизительное значение от фактического потребления, но это
может быть и переоценка (в связи с тем, что производитель
ориентирован на безопасность), либо недооценка (из-за порчи или
неправильного использования оборудования).
Во многих случаях данные производителей являются достаточными
для оценки объема и типа энерготехнологий. Например, если
мощность монитора компьютера заявлена на уровне 30Вт, вполне
можно полагаться на эту цифру.
Прямые замеры. Можно использовать измерительные приборы для
прямого замера нагрузки и потребления. В этой ситуации могут быть
учтены недостатки в данных производителя. Однако, прямые замеры
требуют наличия соответствующего прибора и специалиста, для его
использования.
Будущие изменения. Новое оборудование, дополнительный персонал, увеличение
продолжительности вещания могут увеличить (иногда уменьшить) энергетические
запросы станции. Новые энерготехнологии должны быть организованы так, чтобы учесть
эти изменения, либо с каким-то избытком, либо с возможностью наращивания мощности
(возможность установки дополнительных солнечных панелей, например).
Самодостаточность. Станции с небольшим собственным оборудованием или
экспертизой, например, расположенные в отдаленных районах, более уязвимы в случае
неполадок. Проще говоря, оборудование, которое требует небольшого объема
обслуживания и сервиса крайне важны для таких станций. Также очень важны и
тематические тренинги для персонала.
Приложение А.5 включает вопросник
самооценки, с помощью которого можно
провести
оценку
среднедневного
потребления.
Рис. 2.2
Два источника информации для оценки
энергопотребления приборов. Маркировка
кондиционера (слева) и прибор для измерения
тока (справа).
Фото: САМЕСО, В.ВЕАМ
28
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
Ключевые энергетические нагрузки на радиостанции
Ниже приведены устройства, относящиеся к ключевым приборам, потребляющим
энергию на станции, и некоторые способы снижения потребления.
Передатчики
Передатчики потребляют большую часть энергии на станции (обычно от 20% до 60%), т.к.
уровень их энергопотребления относительно высок и они работают все время, пока
проходит вещание. Следовательно, эффективные передатчики могут существенно
сократить затраты.
Передатчики нормируются по количеству энергии, которые они передают, но обычно они
потребляют больше. Например, эффективный передатчик в 1кВт вряд ли потребляет
меньше чем 1,8 кВт – практически в два раза больше чем энергия трансмиссии. Не
эффективные передатчики могут потреблять гораздо больше ввиду энергопотерь,
связанных с плохой вентиляцией и теплопотерями от проводов и других комплектующих.
К примеру, передатчик плохого качества в 1кВт, может потреблять более 3кВт. Другими
словами, использование эффективного передатчика может сократить потребление
передатчика на треть, а расходы на электроэнергию всей станции на 10-20%.
Своевременное техническое обслуживание передатчиков может снизить потребление
электроэнергии. Радиаторы должны прочищаться каждые шесть месяцев, а внутренние
вентиляторы передатчика подлежать замене примерно раз в два года. Некоторые
радиостанции с целью уменьшения вероятности перегрева передатчика, используют
внешний вентилятор в передней части передатчика (см. Рис. 2.3). Так делать нельзя!
Внешние вентиляторы создают дополнительную проблему за счет того, что они вдувают
грязь и пыль в передатчик.
Некоторые современные, качественные передатчики могут функционировать в местах, где
температура достигает 40 градусов Цельсия, при условии, что передатчик не подвергается
воздействию прямых солнечных лучей. Температура в комнате, где находится передатчик,
может быть уменьшена при правильной естественной вентиляции. Если используется
искусственная вентиляция, то она должна быть расположена на выходе горячего воздуха
из внутренних вентиляторов передатчика и направлять его вне комнаты. В противном
случае горячий воздух из внутренних вентиляторов приведет к нагреву комнаты и
передатчика.
Высококачественный кабель между передатчиком и антенной экономит энергию за счет
снижения потерь энергии в виде теплоотдачи. Исследования в Нигерии, показали, что
станция, которая построила второй передатчик и башню, чтобы охватить дополнительную
аудиторию, могли бы спасти возвратить все инвестиции, просто установив антенные
кабели между передатчиком и антенной лучшего качества (толще). Станции могут
измерять силу сигнала антенны, для того, чтобы выяснить, сколько энергии от
передатчика на самом деле достигает антенны. Эти измерения не обязательно проводить
все часто во время срока службы передатчика, поэтому специалиста с соответствующим
оборудованием можно привлечь на разовой основе. Такие измерения наиболее актуальны
29
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
в начале работы станции или в случае, если слушатели жалуются на низкий уровень
сигнала.
Рис. 2.3
Не рекомендуется: Передатчик охлаждается внешним
вентилятором. Внешние вентиляторы вдувают пыль и
грязь в передатчик.
Фото: Jonathan Marks
Воздушные кондиционеры
Кондиционеры используют большое количество энергии, и любые инвестиции в
улучшение кондиционеров или теплоизоляция, скорее всего, окупятся в долгосрочной
перспективе за счет снижения расходов на электроэнергию. Плохое обслуживание
кондиционеров обычно приводит к энергопотерям. Эти потери можно избежать, если
принимать следующие меры:
Очистка наружного модуля от загораживания. Устройство должно привлекать воздух в
систему для того, чтобы иметь воздух для охлаждения внутри, но этот процесс затруднен,
если внешний модуль не может получить в достаточном количестве воздух снаружи.
Иногда, люди намеренно покрывают конденсаторы для защиты от стихий - но это не
является необходимым, так как эти устройства предназначены для наружной установки.
Обслуживание или замена фильтров на регулярной основе. Грязные фильтры
ограничивают поток воздуха и снижают эффективность. Одноразовые фильтры из
стекловолокна, как правило, подлежат замене примерно раз в месяц. Электростатические
или электронные фильтры нужно промывать раз в несколько месяцев.
Обеспечение сохранности всех внутренних панелей доступа, с везде закрученными
винтами. Очистка от газет и листьев с корпуса внешнего модуля.
Еще один способ снизить потребление кондиционеров для охлаждения станции с
помощью других средств, таких как:
Установка электронного оборудования вне зоны попадания прямых солнечных лучей.
Затенение внутренних помещений станции тентом или навесом.
30
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
Цвет наружных стен и крыши станции должен быть светлым (белый или серебристый).
Черный или коричневый цвет поглощает тепло гораздо быстрее.
Держать закрытыми окна и двери как можно дольше, когда кондиционер работает
(иначе холодный воздух из кондиционера, и энергия, используемая для его генерации,
теряется).
Использование вентилятора или вентиляторов для циркуляции холодного воздуха в
комнате (вентиляторы используют около десятой части энергии, потребляемой
кондиционерами).
Установка вентиляции для удаления горячего воздуха из помещений с оборудованием с
высоким потреблением энергии (особенно передатчиков).
Рис.2.4
Вентиляторы типа «Циклон» на
крыше радиостанции Voice of life,
в Уганде. Эти вентиляторы, в
комплексе с другими мерами,
минимизирующими
использование
электрооборудования для
охлаждения – означают, что
станция не нуждается в
кондиционерах, для снижения
энергопотребления. Глава 10
содержит больше информации о
радиостанции Radio Voice of Life.
Фото: CAMECO
Использование энергоэффективного освещения (люминесцентные, компактные
люминесцентные лампы или светодиоды), для уменьшения тепла от освещения. Около
90% энергии, потребляемой лампами накаливания, теряется в виде тепла – достаточно
всего несколько ламп накаливания в 100 Вт или галогенных ламп, чтобы достичь
существенного нагрева. (См. Врезку 2.2 для примера экономии средств, которые могут
возникнуть в результате энергоэффективного освещение.)
Компьютеры и принтеры
Компьютеры потребляют меньшее количество энергии, чем мощность передатчики и
кондиционеры, но их много, а постоянное их использование на некоторых станциях
означает, что они составляют значительную часть потребления энергии. Некоторые
способы уменьшить потребление компьютерами и принтерами:
Использование ноутбуков, а не настольных компьютеров (там, где это возможно,
учитывая требования к вычислительной мощности и емкости жесткого диска). Ноутбуки
используют около трети энергии настольных компьютеров. Они также обладают
преимуществами портативности, и их аккумуляторы обеспечивают резервное питание при
31
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
отключении основного источника. Однако следует отметить, что в некоторых случаях
ноутбуки не подходят по соображениям безопасности.
Использование энергосберегающие функции и режимы установленных в компьютерах,
таких как "сон", "выключения", "спящий", "приостановить" и "экран-затемнения".
Выключение компьютера, когда они не используются в течение длительного периода.
Используйте правило для настольных компьютеров, предполагающее выключение
монитора, если он не будет использоваться в течение 20 минут или более, и, чтобы весь
компьютер, если он не будет использоваться в течение 2 часов или более.
Замена ЭЛТ (электронно-лучевая трубка) мониторы на ЖК (жидкокристаллический
дисплей) мониторы. Мониторы с лучевой трубкой притягивает пыль, занимают много
места, и генерируют большое количество тепла, чем противодействуют охлаждению.
Некоторые станции сократили потребление электроэнергии до 30% своих кондиционеров
путем простой замены ЭЛТ-мониторов на более эффективные ЖК-дисплеи.
Рис.2.5 Жидкокристаллический монитор (ЖК) (слева) и старый монитор с лучевой трубкой (ЭЛТ) (справа)
Фото: Jonathan Marks
Не полагайтесь на экранные заставки - они не экономят энергию, и даже возможно
используют больше энергии, чем экран при нормальной работе. Современные LCD (Liquid
Crystal Display) экраны не требуют использования заставок на экране.
Ищите сертифицированное компьютерное оборудование Energy Star. Energy Star
(www.energystar.gov)
это
американская
программа,
которая
сертифицирует
энергоэффективность бытовой техники (в том числе компьютеров).
Обратите особое внимание на компьютеры, которые используются только время от
времени, например, необходимые в центре воспроизведения по соображениям
безопасности. Эти устройства могут потреблять много энергии, если они не оснащены
энергосбереющими (ЖК) мониторами и не настроенными энергосберегающими режими и
функциями.
32
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
Освещение
Энергоэффективное освещение и разумное использование освещения является
необходимым, как в экономическом и энергетическом смысле - особенно, если станция
вещает в ночное время. Многие формы освещения (в том числе свечи, керосиновые лампы
и лампы накаливания) изучают свет, за счет нагрева материала. Это неэффективная форма
освещения, поскольку основная часть энергии теряется в виде тепла: например, лампы
накаливания преобразуют в свет всего лишь около 10% энергии, которую потребляют и
остальное теряют в виде тепла.
ЧЗВ 2.2
Основные шаги на пути более
использования энергии на станции
эффективного
Установка
эффективного
передатчика.
Потребление
передатчиков составляют примерно 30-60% от потребления всей
станции. Хорошие, качественные передатчики могут быть на треть
эффективнее, модели худшего качества.
Измерение излучаемой энергии от антенны, для проверки
мощности передатчика, доходящей до антенны. Установка
качественных кабелей от передатчика до антенны, если это
необходимо.
Отключение приборов или выключение настенных выключателей,
когда они не используются длительное время, чтобы свести к
минимуму энергопотери. Удлинитель или сетевой фильтр может
облегчить отключение устройств.
Замена ламп накаливания на LED (Light Emitting Diode) или КЛЛ
(компактные люминесцентные) лампы. Они потребляют меньше
энергии, выделяют меньше тепла и дешевле в долгосрочной
перспективе.
Использование зонного или точечного
потолочного или общего освещения.
освещения
вместо
Замена настольных компьютеров ноутбуками (и ЭЛТ-экраны на
ЖК-экранами), где это возможно.
Закупка (нового) энергоэффективного оборудования.
Очистка электропроводки на станции (требуется обученный
электрик). Грязная проводка, с плохими кабелями, рассеивают
электроэнергию. Если кабель нагревается, это означает что он
слишком тонкий и теряет мощность - необходимо использовать
кабель с более широким сечением.
Вентиляция. В качестве альтернативы кондиционеру, надо оценить
адекватность установки циклон вентиляторов на крыше.
Изоляция. Хорошо изолированные стены и потолок могут
33
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
поддерживать помещение прохладным и одновременно улучшить
качество звука.
Замена одного или нескольких кондиционеров с вентиляторами и
поддерживать закрытыми окна и двери, когда они работают.
Ввести должность "менеджер по электричеству", который возьмет
на себя ответственность меря по энергосбрежению на станции и/или
назначить человека в каждой смене, который будет следить за этими
мерами.
Частично за счет устранения тепла, компактные люминесцентные (КЛЛ) дают в четыресемь раз больше света на ватт, чем лампы накаливания, со сроком службы до десяти раз
дольше. Светодиоды (LED) являются еще одним энергоэффективным источником света,
стоимость которых постепенно уменьшается. В общем, световой поток от светодиодов
ниже, чем у КЛЛ, хотя светодиодные технологии быстро совершенствуются.
Врезка 2.3
Пример: Энергосбережение
APM, Radio Ecole, радиостанция в Порто-Ново, Бенин, была заново
построена с нуля в 2007 году для улучшения охвата станции и
уменьшения потребления энергия от генераторов. На станции были
проведены следующие энергосберегающие мероприятия:
Старые дипольные антенны заменили на антенны с более высоким
коэффициентом
усиления. Антенным точкам в направлении
коммерческой столицы Котону, передается большая часть энергии,
т.к. это зона с максимальной потенциальной аудитории.
Качество кабелей антенны позволило 600 Вт передатчиком заменить
старый, который потреблял 1 кВт.
Для выравнивания модуляции (пики сглаживаются), между звуковым
микшером и передатчиком был установлен аудио процессор. Этот
прибор увеличивает громкость станции и улучшает сигнал на границе
области приема. В результате охват был улучшен при более низкой
мощности передатчика.
34
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
Кондиционер используется только при необходимости. Вентиляторы
обеспечивают достаточное охлаждение в офисах. Офисы на верхнем
этаже здания охлаждаются через воздуховоды. На крышах была
использована теплоотражающая краска. Деревянные панели в студии
поддерживают в помещениях прохладную температуру и улучшают
акустики.
Были куплены энергоэффективные компьютеры и мониторы, т.к.
использование ноутбуков невозможно из соображений безопасности.
Информация предоставлена Джонатаном Марксом.
Помимо инвестиций в более эффективные лампы, лучший способ сохранить энергию на
освещение просто выключать свет, когда он не нужен. Одним из способов является
использование датчиков движения вместо выключателей. Также важен подбор нужного
количества и типа освещения. Например, небольшой световой луч обеспечивает более
яркое освещение стола или книги, чем большая светлая комната, с меньшими
энергозатратами.
Радиоэлектроника
Микшеры, проигрыватели компакт-дисков, магнитофоны, телевизоры, копировальные и
другие электронные устройства могут совместно использовать значительное количество
энергии. Следующие меры могут уменьшить затраты на электроэнергию и снизить их
нагрузку:
Отсоедините устройства от розетки, когда оно не используются в течение длительного
времени (например, на ночь). Многие электрические устройства получают питание, даже
когда они находятся в "режиме ожидания". Эти потери можно легко избежать, отключив
устройства или обеспечивая их питания через сетевой фильтр или удлинитель, упростив
их отключение от сети.
Покупка энергоэффективного оборудования. Оно может стоить больше, чем
неэффективное оборудование, но в долгосрочной перспективе инвестиции окупятся за
счет снижения энергозатрат и более длительного срока службы. (Приложение A.5 может
быть использовано для оценки срока окупаемости эффективного оборудования).
Обслуживание оборудования и произведение своевременных замен. Старые, грязные и
сломанные устройства, как правило, менее эффективны.
Другие нагрузки энергии
Холодильник. Некоторые станции могут использовать холодильник для удобства
персонала станции. Есть два основных класса холодильники по принципу работы,
компрессорные и поглощающие. Компрессорные холодильники очень надежны и
обеспечивают высокий уровень контроля температуры, идеально подходят для хранения
35
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
чувствительных к температурным колебаниям веществ, таких как вакцины в медицинских
учреждениях. Однако, компрессорные холодильники являются дорогостоящими и
энергоемкими. Поглощающие холодильники используют пропана или керосин для
управления циклом поглощения, который поддерживает температуру низкой. Их
внутренняя температура относительно нестабильны, но достаточно для хранения
продуктов питания, а использование ископаемых видов топлива снижает нагрузку на
электроснабжение. На современных холодильниках сведения об энергопотреблении
отражается на этикетке.
Рис. 2.6
Radio Ecole APM, в Бенин.
Меры по снижению
энергопотребления на
станции включали также
использование
высококачественного
антенного кабеля, который
позволил заменить
передатчик мощность в 1
кВт на 600 Вт-ный. Врезка
2.3 содержит более
детальную информацию.
Фото: Jonathan Marks
Подогрев воды (например, для кухни). Наравне с приготовлением пищи и отоплением
помещений, энергия, используемая для нагрева воды, как правило, превышает потенциал,
имеющийся у небольших электрогенерирующих возобновляемых технологий. Обычно
проблему с нагреванием воды можно решить с помощью простых солнечных
водонагревателей
или
обогревательных
приборов
на
основе
ископаемого
топлива/биомасса.
Кухонная техника. Если на станции оборудована кухня, такие энергоемкие приборы, как
электрические тостеры, утюги и электрические чайники, устанавливать не следует.
Например, обычный электрический чайник во время работы требует почти столько же
энергии, что типичные 1 кВт передатчики. В то же время, учитывая, что чайники
работают недолго, общее суточное потребление энергии гораздо меньше, чем у
передатчика. Но рост энергопотребление на короткое время может поднять пиковую
нагрузку (например, максимальная потребляемая мощность) на станцию, задействовав
аккумуляторы и/или других энергетические технологии.
Семинары. В зависимости от удаленности станции и потребности в ремонте, они могут
быть полезны при использовании некоторых простых инструментов, таких как
электрические дрели, шлифовальные машины, ручные пилы. Проверка уровня
36
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
потребления таких приборов важна, т.к. они потребляют довольно много электричества,
хоть и не долго.
Потенциал энергосбережения: пример
Рис. 2.7 резюмирует потенциальную экономию энергии на примере средних радиостанции
(с 1 кВт передатчик, 4-мя компьютерами, 5 кондиционерами воздуха). Таблица
предполагает следующие размеры экономии:
Кондиционеры: доведя до эффективного уровня работу кондиционеров, изоляцию,
естественное охлаждение и 2 стоячих вентилятора означает, что для работы требуется на 1
кондиционер меньше.
Вентиляторы: 2 вентилятора потребляющие в 1,2 кВт/ч в день, заменяют кондиционер,
потребляющий 6,4 кВт/ч в день.
Передатчик: использован более эффективный передатчик.
Компьютеры: заменены на ноутбуки.
Освещение: лампы накаливания заменены на энергоэффективные, а время включенного
освещения сокращено на 25%.
Как показано на Рис.2.7, сокращение энергопотребления может составить треть, а в
денежном выражении экономия может составить около $6000 за год, если на станции
используются солнечные батареи или генераторы.
Примечание: это всего лишь пример. Энергопотребление на станции может варьироваться
в зависимости от конкретного потребления, размера и потенциала для энергосбережения,
а также в зависимости от стоимости электроэнергии.
До экономии
После экономии
%
эконом
ии
$/в
год,
при
общей
сети
$/в
год,
при
солне
чных
или
генера
торах
24
0,3
$146
$1,424
1,2
N/A
-$22
-$214
30
0,3
$274
$2670
10
2,6
0,8
$172
$1673
30
15
0,9
0
$0
$0
5
20
8
0,8
0
$0
$0
6
10
7,5
0,5
60
kWh/
день
0,9
$57
$561
36%
$627
$6114
Количество
Мощность,
Вт
Время
часов/
день
Энерги
я
кВт/ч/д
ень
Колич
ество
Мощн
ость,
Вт
Кондиционеры
5
800
8
32
4
750
8
Вентиляторы
0
0
0
0
2
60
10
Передатчик
1
3000
15
45
1
2000
15
Компьютеры
4
300
10
12
4
65
Микшер
2
30
15
0,9
2
СД +
магнитофоны
5
20
8
0,8
Освещение
6
60
10
41063
94
kWh/
день
Основные
потребители
ВСЕГО
Особенности
Время
часов/
день
Энерг
ия
кВт/ч/
день
37
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
3
Типы энергосистем
После того, на станции сокращено потребление энергоносителей, дальнейшее сбережение
- и увеличение объемов генерации - возможно путем использования энергетических
технологий.
Энерготехнология может обеспечить энергией станции, в местах, где сетей общего
пользования недостаточно или вообще нет. Также они могут быть использованы для
регулирования существующего энергоснабжения - будь то сеть общего пользования или
альтернативные источники - так, чтобы удовлетворить потребности станции и защитить
оборудование. Технологии хранения, такие как аккумуляторные батареи, могут сделать
энергоснабжение более надежными за счет сохранения избыточной энергии для
дальнейшего использования.
В последующих главах будут рассмотрены технологии генерации, хранения и
регулирования энергии (Главы 4 - 7). В этой главе рассматривается виды энергосистем,
которые могут подойти для использования на станции. Большинство систем содержа в
себе более одной энергетической технологии - например, солнечная энергосистема
состоит из солнечных панелей для генерации энергии, а также батареи для хранения и
контроллер заряда и инвертор для регулирования потока электричества.
Эта глава описывает плюсы и минусы семи наиболее распространенных видов
энергосистем, представлены на Рис. 3.1. Эти системы варьируются от простого
регулирования сети общественного доступа (Система 1), до гибридной системы, в которой
дополнительная энергия генерируется с использованием генератора и технологии
использования возобновляемых источников энергии или ВИЭ (Система 7).
Разумеется, что существует больше видов энергосистем, а те, что вошли в эту главу, были
выбраны, ввиду способности внести позитивные перемены в типичные африканские
радиостанции. Например, в главе рассматриваются системы хранения энергии
генерируемой дизель генераторами, но не генераторов на основе ВИЭ. Оба этих аспекта
важны, но они являются общими для энергосистем. Большое количество станций
используют генераторы, без сохранения энергии от них, и это хранение может
значительно увеличить эффективность генератора и, следовательно, использование
топлива, тогда как любая станции, которая использует ВИЭ, будет использовать батареи,
38
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
как само собой разумеющееся. В этой связи, видится более полезным, отразить аспекты
хранения электроэнергии от дизель-генераторов.
ЧЗВ 3.1
Как можно получить помощь в анализе и оценке различных
энергосистем?
Станции могут получить более глубокий анализ энергетических систем за
счет:
Энергодилеров и консультантов. Хорошие консультанты имеют
практический опыт работы с технологиями и могут найти оптимальное
решение для конкретных нужд станции. Эксперты должны всегда быть
востребованы для рекомендаций по оценке, системы проектирования,
закупки, монтажа и технического обслуживания энергетических технологий.
Глава 9 дает больше информации по работе с поставщиками энергетических
технологий.
Программные продукты для энергоанализа. В приложении D.2
перечислены некоторые бесплатно загружаемые программы, которые могут
выполнять сложные сравнения между различными вариантами обеспечения
энергией. Использование этих программ возможно только в том случае,
когда накоплены соответствующие данные, поэтому станция должна иметь
четкое представление о своих энергетических потребностях и
потенциальных решениях. Эти аналитические инструменты дополняют, но
не заменяют экспертные советы.
Простые рабочие листы. Приложение этого руководства включает в себя
несколько простых форм, которые могут быть использованы для сравнения
стоимости различных вариантов улучшения энергоснабжения и оценку
энергетических потребностей станции. Эти листы разработаны, чтобы
увидеть ситуацию в "первом приближении" и не являются заменой
консультации экспертов.
Системы 3-7 на Рис.3.1 могут быть использованы в комбинации с сетью общественного
пользования или без неё. Большая часть станций не имеет инструментов контроля над
общественной сетью. Если станция не имеет доступа к общественной сети, вряд ли она
сможет получить его в краткосрочной перспективе. Если станция имеет такой доступ, то
максимальное использование ее возможностей является наиболее привлекательным
вариантом долгосрочной стратегии развития энергоснабжения, для которой
альтернативные источники энергии и технологии должны выполнять стабилизирующую
роль (хранение, регулирование или дополнительные источники энергии); новые
источники энергии не должны заменять общественную сеть.
39
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
Типы энергосистем
Семь общих схем использования энерготехнологий на станции
Регулирование
Защищает
оборудование
Обеспечивает
критические
нагрузки
Увеличвает
мощность сети
Хранение
Сохраняет
избыточную
энергию для
дальнейшего
использования
Генерация
Используется для увеличения объема энергии
ВИЭ
Гибридные
системы
Один ВИЭ, без
дизель-генератора
6
Дизель генератор
с резервным ВИЭ
2
1
Регулирование
питания от
общественной
сети без
аккумуляторных
батарей
Регулирование
вольтажа, БИП
Хранение
электроэнергии из
сети
общественного
энергоснабжения
3
Хранение
электроэнергии из
генератора
4
5
Множественные
ВИЭ
7
ВИЭ с резервным
дизель
генератором
Тип системы 1. Регулирование питани от общественной сети без аккумулторных батарей.
Питание от общественной сети должно регулироваться дл защиты электронного
оборудования от перепадов напряжения и других сбоев. Для станции необходимо
использовать доступное электропитание без использования дорогих энегогенерирующих
технологий. (Глава 7 содержит больше информации о регулировании электропитания и
защите).
Этот вариант наиболее приемлем в случаях:
Стоимость использования сети общественного питания недорогая и она доступна,
т.е. доступна большую часть времени, когда требуется энергообеспечение станции (даже
если в это время наблюдаются перепады напряжения). Просто регулирование сети
общественного питания не приведет к возникновению дополнительной мощности дл
станции, когда сеть общественного питания не работает продолжительное время.
Альтернативные источники энергии не готовы к использованию. Если солнечные
панели или генераторы уже установлены, они могут питаться от батареи; в этом случае
хранение энергии и сети общественного питания в батареях является лучшим способом
регулирования и защиты, чем регултор вольтажа или беспребойный источник питания.
Тип системы 2. Хранение энергии из сетей общественного энергоснабжения. Батареи
используются для хранения из сети общественного энергоснабжения. Станция получает
стабильнео энергоснабжение от батарей не неся при этом никаких затрат, когда это
необходимо. Короткие перерывы в энергоснабжении могут быть легко сгажены за счет
40
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
переключения на использование батарей. Для станций, использующих оборудование с
переменным током, трудность представляет конвертация из переменного тока в
постоянный ток для последующего хранения в батареях, и наоборот из постоянного тока в
переменный, чтобы использовать его на станции. Это приводит к большим энергопотерям
относительно использования регуляторов дл выпрямления или выравнивания
энергоснабжения из общественной сети.
Этот вариант наиболее подходит:
Сеть общественнного энергоснабжения доступна не всегда, либо часто присходят
короткие отключения. Для реализации этого варианта среднйи объем снабжения из
общественной сети должен быть достаточным для покрытия средних ежедневных нужд
станции. Так как батареи не генерируют энергии, они лишь хранят ее для будущего
использования.
Тип системы 3. Хранение энергии генераторов. Этот вариант используется тогда, когда
на станции используются генераторы, а батареи дополняют систему для хранения энергии
из генераторов. Станция может иметь или не иметь возможности использовать
энергоснабжение из сети общественного питания. Эффект заключаетс я в том, чтобы
повысить эффективность генератора, так как в этом случае они могут работать на полную
мощность, заряжая батареи, а затем выключаться. Генераторам больше не нужно терять
энергию, работая неэффективно в режиме малых нагрузок. Также питание из батарей
может быть использовано, когда генераторы не работают ввиду поломок или дефицита
топлива. Инверторы батарей могут быть присоеденены к чувствительному оборудованию
без использования БИП. Или другого защитного оборудования (которое необходимо,
если питание из генератора подается напрямую на чувствительные приборы). Проблемы
этого варианта заключаются в том,ч то присходит энергопотери за счет инвертора
батарей, а также из выскокой стоимости батарей емксоть которых должна быть большой
для удовлетворения ежеденвных потребностей станции в энергии. Также, если батареи
заряжаются от генератора, они должны быть совместимы с режимом зарядки с выской
мощностью (это не касаетс батарей, которые изготовлены дл солнечных или ветрных
систем, т.к. они спроектирвоаны под меленную зарядку).
И последнее, батареи не могут выдавать выское напржение, необходимое для
одновременной работы таких приборов, как микроволнова печь, утюг, водной насос и др.
Этот вариант наиболе подходит в этих случаях:
Когда мощность генератора избыточна, и он часто работает неэфективно в режиме малых
нагрузок.
41
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
Рис. 3.2 Простейшая энергосистема на базе одного ВИЭ (тип системы 4). ВИЭ в виде солнечных панелей
подает ток на контроллер заряда, который регулирует ток на аккумуляторы. Контроллер также регулирует
подачу электричества на потребляющи приборы. (Глава 7 содержит больше информации об аккумуляторах,
инверторах и контроллерах заряда.) Диаграмма: автор
Врезка 3.1.
Пример: (Тип системы 4, без генератора или энергосистемы)
Радио Pikon Ane это отдаленная радиостанци в Индонезии, котора недавно
установила 9 кВт гидросистему. Станция не имеет других генераторов и
доступа к сети общественного энергоснабжения, для компенсации дефицита,
возникающего во время обмелени реки. Также станция не использует
батареи. Несмотря на то, что энергоснабжение периодически сбоит ввиду
уменьшения уровня воды, станция не испытывает трудностей, т.к. система в
9 кВт с запасом перекрывает потребности станции (которые состоят из
передатчика мощностью в 1кВт и др. Оборудования. Больша часть
гидроэнергии используетс местными домохозяйствами, церковью и школой.
Глава 10 содержит больше информации о гидросистеме на Радио Pikon Ane.
Информация предоставлена Media Development Loan Fund, Indonesian
Association for Media Development, KBR68H News Agency.
Низкая стоимость топлива или дефицит природных ресурсов (мало солнца или ветра),
делают генераторы более эффективными в смысле затрат относительно ВИЭ.
Тип системы 4. Использование ВИЭ без генераторов. ВИЭ используются без
генераторов см. Рис. 3.2. выше). Энергопотребности удовлетворяютс за счет ВИЭ
напрямую, (как в примере во Врезке 3.1.) или батарей (для солнечной и ветряной энергии).
42
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
В последнем случае батареи имет недостатки, описанные для Типа системы 3. ВИЭ могут
обеспечивать энергоснабжение без наличия энергоснабжения от сети общественного
доступа (как в примере во Врезке 3.1.) или комбинированно с энергоснабжением от сети
общественного энергоснабжения (как указано в примере во Врезке 3.2.).
Этот вариант наиболее подходит в случах:
Когда потребности небольшие и природные условия достаточны. Чем больше
потребности и беднее природные ресурсы, тем больше будут затраты на удовлетоврение
энергопотребности станции без использования генератора.
Топливо слишком дорогое и/или его слишком сложно купить.
Перебои в энергоснабжении нечасты и приемлемы для работы станции. Природные
явления часто непредсказуемы, и без резервного генератора станция может оказаться
обесточенной. В этой связи, ВИЭ, как правило, используются в комплексе с генератором
(как в системах 6 и 7), или в качестве дополнения (как в системе 5). На базе одного ВИЭ с
функциональным соединением может быть сформирована надежная система, при
условии, что его мощность подобрана правильно (см. Вставку 3.2).
Тип системы 5. Генерация нескольких ВИЭ. В этой системе два или более ВИЭ
используются для питания аккумуляторных батарей (см. Hис. 3.3, ниже). Этот вариант
предпочтительнее, при условии, что два ВИЭ дополняют друг друга. Например, если в
ветреный период года мало солнца (и наоборот), сочетание ветровой и солнечной энергии
часто является хорошим вариантом. Эта опция может использоваться с сетью
общественного энергоснабжения или без, с генератором или без.
Тип системы 6. Генератор, дополненный генерацией на базе ВИЭ в качестве резервного.
Такие системы гибридными (см. Рис 3.4, ниже). Энергия подается от генератора и одного
или нескольких возобновляемых источников энергии; станция может иметь или не иметь
соединения с общественной сетью энергоснабжения. Такая система довольно популярна,
т.к. в ней используются природные ресурсы (ветер и солнце), она надежна, и может быть
дешевой по сравнению с система только на ВИЭ или только на генераторе. Когда
генераторы на основе ВИЭ выполняют резервные функци, они используются только в
случае малых нагрузок (например, батареи заряженные при помощи солнечных панелей
для питания освещения в ночное время). В этом случае мощности генератора не
используются для заряда аккумуляторов и нужно только, чтобы они были достаточной
емкости, чтобы поддерживать освещение. Основная экономия происходит за счет не
использования избыточных мощностей генератора, в периоды, когда необходима
небольшая мощность генерации.
43
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
Врезка 3.2
Пример: (тип системы 4, с соединением к сети общественного
энергоснабжения)
Общинное радио Fadeco находится в отдаленном городке на северо-западе
Танзании. Большую часть времени станция использует общественное
энегоснабжение для питания 300 Вт передатчика и другого оборудования
студии. Однако, перебои в работе общественного энергоснабжения
случаются довольно часто и продолжительно – не менее 12-24 часов, два
раза в неделю. Для улучшения энергоснабжения станции установлены два
65 Вт солнечные батареи и аккумуляторов общнй емкостью 640 А/ч.
Система автоматически переключается от энергосистемы на питание от
батареи, при сбоях, и переключается обратно, когда оно нормализуется.
Станция иногда обесточивается, так как аккумуляторы и солнечные батареи
недостаточно большие, чтобы компенсировать все сбои в энергоснабжении.
Тем не менее, станция вещает дольше чем раньше. Кроме того, разряд
батарей (в отличие от отказов электросети) предсказуем, и станция может
информировать слушателей о проблемах задолго до того, когда вещание
прекращается. Глава 10 содержит более подробную информацию о
Солнечной системе на общинном радио Fadeco. Информация,
предоставляемая общинным радио Fadeco.
Рис.3.3 Система на базе двух ВИЭ, без генератора (тип системы 5). ВИЭ подает ток на аккумуляторы, после
чего он проходит через инвертор, когда включаются электроприборы. В этом примере ПоТ ток
конвертируется в ПеТ для использования его приборами на ПеТ. Диаграмма: Автор
44
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
Этот вариант наиболее приемлем, в случае:
Низкая стоимость топлива или дефицит природных ресурсов (мало солнца или ветра),
делают регулярное использование генераторов эффективным.
Существуют длительные периоды, когда нагрузка на станции легче, чем обычная
нагрузка.
Тип системы 7. Основная генерация за счет ВИЭ, дизель генератор в качестве резервного.
Такая система также является гибридной, в которой ВИЭ обладают такой достаточной
мощностью, средние ежедневные потребностис станции, а генератор используется время
от времени, когда нагрузка необычно высока или природные условия не позволяют
генерировать достаточно энергии (см. Рис. 3.4). Станция может иметь или не иметь
соединение с общественным энергоснабжением. Экономия достигается за счет
минимизации затрат на топливо и установки ВИЭ меньшей мощности, чем требуется для
удовлетворения пиковых нагрузок.
Этот вариант наиболее приемлем, в случае:
Затраты на топливо высоки, и / или природные условия являются подходящими.
Периоды, в течение которых, суммарная потребность станции больше, чем обычная
нагрузка на станцию достаточно редкие.
Примечание: 7-ой тип энергосистемы довольно распространен, и часто наиболее
оптимален для систем, которым необходимы дополнительные источники энергии.
Рис. 3.4 Возможная конфигурация гибридной системы (тип систем 6 или 7). Опциональные элементы
показаны более светлым цветом. Инверторы конвертируют постоянный ток из ВИЭ в переменный, который
может подаваться напрямую на электроприборы, минуя аккумуляторы. Инвертор батареи подает
переменный ток на электроприборы из батарей, генератора или сеть общественного энергоснабжения
(опционально). Диаграмма: автор
45
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
Врезка 3.3
Пример: (тип системы
энергоснабжения)
7,
с
сетью
общественного
Радио Pacis большая станция расположенна в окрестностях Аруа, Уганда.
Она оснащена двумя 2 кВт передатчиками, общей потребляемой
мощностью 10 кВт, а также восемью кондиционерами и 56 компьютерами в
офисах и интернет-кафе. Станция вещает круглосуточно, а сеть
общественного энергоснабжения включается в среднем на восемь часов в
день. В 2009 году на станции установили двадцать пять 5 кВт-ных
солнечных батарей, две дизельные электростанции и 5кА/часовые батареи.
Это гибридная система, в которой используются генераторы, когда
солнечные панели не генерируют энергию (в ночное время, к примеру).
Общественная сеть используется только, когда батареи разряжаются до
максимально допустимого уровеня (станция может работать от батарей
только в течение трех часов). С помощью этой системы станции экономит
около $ 3000 в месяц на затратах за электроэнергию из общественной сети.
Глава 10 содержит более подробную информацию о солнечной
энергосистеме на радио Pacis.
Информация: Радио Pacis
46
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
Оценка энергогенерирующих
технологий
4
Эта глава посвящена энергетическим системам, которые включают одну или несколько
энергогенерирующих технологий, таких как генератор, солнечные батареи, ветровые
турбины, или гидротурбины.
Целью этой главы является описание основных факторов, которые следует учитывать при
оценке стоимости и производительности этих систем, что помогает оценить, насколько
такие системы могут удовлетворять энергетические потребности станции в рамках
реалистичного бюджет и сравнивать разные систем. В конце главы приведены примеры
того, как анализировать вероятную стоимость и эффективность солнечной и ветровой
энергосистем. Сводная таблица показывает, какие факторы, определяющие стоимость и
приозводительность, необходимо учитывать при сравнении основных технологий
получения энергии.
Сколько энергии обеспечит технология?
Генерирующие технологии обычно имеют "официальные показатели" производства и
хранения энергии. Следующие факторы должны быть приняты во внимание при
толковании этих показателей.
А. Природные ресурсы. Технологии с использованием возобновляемых источников,
такие как солнечные батареи, ветряные турбины и гидро схемы базируются на природные
условия в месте их использования. Оценка условий - исследование размера, динамики, а
также наличие соответствующих природных условий, на участке является очень важным.
Оценка помогает выбрать соответствующую мощность: для
сайтов с большим
количеством солнечных дней (например) требуются меньше солнечных панелей для
производства такого же количества энергии, чем сайтов с умеренным количеством. Она
также помогают выбрать технологию: для “ветренных” сайтов (к примеру), ветровые
турбины могут быть более рентабельными, чем солнечные панели, а на сайтах с малым
количеством и интенсивностью ветров, солнечные панели, наоборот, могут быть более
приемлемыми.
47
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
Краткое резюме
Факторы для анализа при оценке
энергогенерирующих технологий
Объем генерации зависит в основном от:
А. Природные условия. ВИЭ в значительной степени зависят от силы и наличия
соответствующих природных условий.
B. Фиксированное время генерации в течение дня. Для технологий с заданной
мощности, длительность работы определяет объем произведенной энергии.
С. Понижающие факторы. Номинальная мощность технологии должна быть
понижена с учетом электрических и механических потерь и различий между
реальными условиями и тестами в реальных условиях.
Стоимость технологии зависит главным образом от:
А. Прочность. Чем дольше срок эксплуатации, тем реже нужно менять
оборудование.
B. Текущие расходы. Включая техническое обслуживание, запасные части
(особенно аккумуляторные батарей) и также топливо.
С. Первоначальные затраты. Включается стоимость генерирующего оборудования,
оборудования для хранения и регулирования, оценка ресурсов, подготовка кадров,
и другие расходы.
Другими
факторами,
которые
производительность являются:
влияют
на
стоимость
и
А. Местные условия промышленной политики. Промышленные или
государственные субсидии могут сделать более доступным оборудование высокого
качества.
В. Надежность техники. Технология, работает корректно, если оно отвечает
международным стандартам, проектируется и монтируется компетентными
специалистами и компаниями.
Условия, которые следует принимать во внимание при оценке:
Возможные долгосрочные изменения природных условий. Реки могут пересохнуть,
сделав невозможным использование гидрогенерации, в результате роста деревья, могут
затенить солнечные батареи.
Суточные и сезонные изменения природных условий. Генерация ветряных турбин и
солнечных панелей варьируется значительно в течение дня и года. В некоторых случаях
профессиональные консультанты могут быстро и легко оценить уровень природных
условий. Для изучения природных условий в целях применения солнечных панелей,
неспециалисты могут изучить показатели для области, солнечную карту в режиме онлайн.
Но для применения ветровой и гидрогенерации, может быть необходимой более
тщательная оценка условий. Чем большая эффективность требуется от энерготехнологии,
тем более важна точная оценка условий.
48
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
Рис.4.1 Рабочие на гидросистеме Radio Pikon Ane, в Индонезии. Для реализации такого проекта необходима
тщательная оценка природных условий. Фото: Indonesia Media Development Loan Fund
49
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
Компонент
Солнечные
панели
Уменьшаемые
показатели
Тестовые
стандарты
производителя
(ТСП)
Ветровая
турбина
(лопасти
и
электрогенерат
ор)
Оценки
производителя
сроков
эксплуатации
Гидротурбина
и
напорная
труба
Потенциальная
мощность
определяется
по формуле:
Мощность
=
течение
х
количество
турбин х g
Оценка
производителя
емкости
батарей
Батареи
Проводка
Размер
уменьшения (в
% от генерации)
20-30
10-30
50
5-10
(герметичные)
15-20
(затопленные)
(Н/Д)
Причина потерь
Примечание
Высокие
температуры
Пыль, грязь и тень
Непрямое
попадание солнца
Неточность данных
производителя
Турбулентность
и
вариативность
продукта
Энергия теряется из-за неточной
установки решетки, которая приводит
к неточному попаданию солнечных
лучей.
Фрикционные потери
в трубопроводе.
Механические
потери в турбине
Потери
энергии
вследствие
теплоотдачи в ходе
химической реакции
Теплопотери
5+
Инвертор
(Н/Д)
Теплопотери
10-20
Максимальная мощность турбины
требует существенного сокращения.
Как для «кривой мощности».
Потери к выпрямителе турбины
(до12%) могут быть не включены в
оценку производителя.
Эти снижающие факторы касаются
только потерь энергии в батареях.
Существуют другие причины потерь:
батареи могут быть разряженными
(20-60%) в зависимости от типа.
Потери энергии в проводке могут быть
выше для гидро и ветроустановок, т.к.
их
расположение
удалено
от
месторасположения станции.
10-20% потерь является типичным для
инверторов. В дополнении к этому в
целях безопасности, необходимо
закладывать эту величину на уровне
20-25%.
Рис.4.2. В этом руководстве описываются некоторые понижающие факторы. Эти цифры примерные и
предполагают, что калибровка технологий проведена верно, обслуживание и использование нормальные.
Потери из амортизации оборудования не включены.
Для более подробной информации см.
соответствующие разделы руководства. Информация: различные источники.
B. Распределение генерации по времени суток. Энерготехнологии, как правило,
оцениваются в точки зрения вырабатываемого напряжения. Но самым важным
показателем энергопотребления станции является распределение нагрузки в течение дня.
Технология, которая обеспечивает невысокое напряжение в течение многих часов в день
(например, гидро схема) в объеме может генерировать больше энергии в день, чем
технология, которая обеспечивает высокое напряжение в течение нескольких часов дня
(например, солнечные батареи).
С. Факторы ухудшения естественных условий. Оценки производителей той или иной
технологии, как правило, существенно выше, чем фактическая мощность, которая
обеспечивается технологией. Изменение естественных условий, потери, поломки, и общий
износ, могут снизить генерацию в кратко- и долгосрочной перспективе. Указанные
50
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
производителем продуктивность технологии, также должна быть уменьшена после оценки
объемов генерации и т.д. На Рис. 4.2 перечислены некоторые общие факторы снижения
продуктивности, описанные в данном руководстве. В реальной энергетической системе,
малые потери в ряде компонентов, может привести к большой общей потери. Например,
типичная солнечная система будет испытывать потери энергии в солнечных панелях (2030%), батареях (5-20%), подключении (5%) и инверторах (10-20%). В целом потери
энергии в такой системе легко могут вырасти до 45%. Если эти потери не учитываются
при планировании системы, станция будет иметь серьезный дефицит энергии, после ее
установки.
Какова будет стоимость технологии?
При сравнении затрат на технологии, важно учитывать все расходы, связанные с каждой
из технологий, включая эксплуатационные расходы, а также первоначальные затраты.
Анализ, который учитывает все расходы в течение срока службы, называют анализом
стоимости жизненного цикла (СЖЦ). Анализ СЖЦ особенно важен при сравнении затрат
на генератора с затратами на ВИЭ. Так как, при использовании ВИЭ, чаще всего,
первоначальные затраты высокие, эксплуатационные расходы низкие, в то время как
генераторы имеют низкую начальную стоимость и высокие эксплуатационные расходы.
При учете первоначальных расходов, генераторы обычно более рентабельные, но в
долгосрочной перспективе ситуация может измениться. ЧЗВ 4.1 содержит упрощенный
пример анализа СЖЦ для солнечных панелей и дизель генератора. Рис. 4.4 и 4.5 содержат
более реалистичные примеры СЖЦ анализа.
Приложение A.4 содержит форму для проведения сравнения между СЖЦ до трех
энергетических систем.
Когда рассчитывается стоимость энергетических технологий, как правило, первое, что
приходит на ум это первоначальные затраты. При анализе СЖЦ, долговечность и
эксплуатационные расходы так же важны - иногда даже больше, чем первоначальные
затраты.
А. Прочность. Долговечность технологии - длительность срока службы - имеет большое
влияние на общую стоимость. Проще говоря, чем короче время жизни технологии, тем
чаще будет требоваться замена. Расходы на замену технологий часто игнорируются,
поскольку они возникают в долгосрочной перспективе: комплекс хорошо построенных и
обслуживаемых солнечных панелей (например) обычно служит в течение 20 лет или
дольше.
B.Текущие расходы часто игнорируется или недооцениваются. Они включают в себя:
Техническое обслуживание. Все энергетические системы требуют регулярного
технического обслуживания. Для большинства систем, имеющих в своем составе батареи,
аккумуляторы и генераторы обслуживание имеет крайне важное значение для
работоспособности - не только функционирования, но и для ее экономической
эффективности (см. "Запасные части" ниже). ВИЭ относительно редко нуждаются в
обслуживании или мелком ремонте (за исключением, ГЭС). Однако, без обслуживания их
мощность и срок службы резко снизится.
51
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
ЧЗВ 4.1
Каким образом можно провести справедливую оценку
стоимости энергогенерирующих технологий?
Для корректного сравнения двух технологий, имеющих одинаковые
показатели, необходимо:
Определите все расходы на технологии в течение их срока эксплуатации.
Это называется Анализ затрат жизненного цикла (СЖЦ).
Выразить все расходы через одни единицы измерения и просуммировать.
Затраты часто выражаются в $/год или $/кВт/ч.
Их иногда называют приведенными расходами или амортизируемые
расходы.
Ниже приведен пример упрощенного сравнения для системы из солнечных
батарей и генератора на дизельном топливе. Все расходы выражены в
долларах в год (также может быть использован $ за кВт/час).
Предполагается, что оба варианта выдают одинаковый объем энергии, 5
кВт/ч в день. Некоторые простые арифметические действия показаны в
скобках.
1. Солнечные панели первоначальная стоимость: $ 14,000 за 25 лет жизни
Стоимость в год: $ 560 (14000 ÷ 25 = 560)
2. Солнечные панели стоимость обслуживания: 1% от капитальных затрат в
год
Стоимость в год: $ 140 (14000 х 0,01 = 140)
3. Солнечные панели замена стоимость: $ 2000 каждые 5 лет
Стоимость в год: $ 400 (2000 ÷ 5 = 400)
Солнечная стоимость панелей в год: $ 1100 (560 + 140 + 400 = 1100)
1. Генераторной установки первоначальная стоимость: $ 2000 за 10 лет
жизни
Стоимость в год: $ 200 (2,000 ÷ 10 = 200)
2. Расходы на техническое обслуживание генераторной установки: $ 0,1 за
кВт/ч
Стоимость в год: $ 183 (0,1 х 5 х 365 = 183)
3. Стоимость топлива: $ 0,67 за кВт/ч
Стоимость в год: $ 1 223 (0,67 х 5 х 365 = 1223)
Общая стоимость генераторной установки в год: $ 1.437 (200 + 183 + 1223 =
1606)
Этот анализ показывает более высокую стоимостную эффективность
солнечных батарей. Однако, это упрощенный пример для иллюстрации
метода, и его выводы не означают, что солнечные панели, в общем,
эффективнее, чем дизель генераторы. Рис. 4.4 и 4.5 содержат более
реалистичный анализ СЖЦ.
52
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
Для обслуживания необходимы:
Обученный персонал. Некоторое оборудование периодически требует осмотра
профессиональными техниками; абсолютно все оборудование требует периодического
осмотра людьми, прошедшими, по крайней мере, некоторые тренинги по тому, как
обнаруживать ошибки и поддерживать нормальную работу оборудования.
Дополнительное оборудование. Станция может потребоваться приобретение
инструментов, запасных частей и/или резервных технологий, чтобы поддерживать
электропитание во время обслуживания, требующего остановки энергооборудования.
Запасные
части
(особенно
для
аккумуляторных
батарей).
Стоимость
эксплуатационных расходов энергосистемы может значительно увеличиться, если ее
компоненты требуют замены на регулярной основе. Наиболее ярким примером являются
батареи, как показано на примере (глава 7 содержит больше информации о батареях). Есть
две важные причины необходимости регулярной замены батарей:
Хорошее обслуживание батарей является эффективным способом снижения
эксплуатационных расходов на энергосистемы. Плохо обслуживаемая свинцовокислотная батарея может нуждаться в замене раз в два-пять лет, а не раз в десять, более
чем в два раза укорачивая срок жизни батареи.
Надежность источников энергии питающих батареи оказывает существенное влияние на
стоимость системы. Чем больше недостаточно генерирующих источников энергии на
станции, тем больше энергии должны хранить батареи. При прочих равных условиях,
менее неустойчивый источник энергии требует меньшего количества аккумуляторов, и,
следовательно, меньших затрат каждый раз, при замене батарей. Надежность источников
энергии можно повысить за счет выбора надежного на базе ВИЭ, или дополнив систему с
ВИЭ дизель генератором (см. системы 5-7 в предыдущей главе).
Топливо. Стоимость топлива, используемая в генераторе, в течение всего срока
эксплуатации почти всегда больше, чем его первоначальная стоимость, часто в несколько
раз цены покупки. (ЧЗВ 4.2 приводит пример, в котором генератор работает в течение 6
часов в день, стоимость топлива превышает первоначальную стоимость генератора в
более чем 30 раз.) Действительно, многие радиостанции владеют дизель генераторами,
которые не могут запустить из-за высокой стоимости топлива. Как указано во введении,
цены на топливо, вероятно, еще больше возрастут в будущем.
С. Начальные расходы на создание технологии включают в себя:
Стоимость генерирующего оборудования. Ядром энергетической системы является
устройство приема энергии - будь то солнечная энергия, энергия ветра, энергия воды или
энергии топлива - и преобразования ее в электрическую энергию. Солнечные батареи,
ветряные турбины (в том числе башни), а также гидросистемы (турбина + строительные
работы) оцениваются от $2000 до $8000 за кВт номинальной мощности. Гидросистемы
располагаются в нижней части стоимостного диапазона, тогда как ветровые и солнечные
системы в средней и высшей. Стоимость этих технологий на каждый полезный кВт в день,
53
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
конечно, отличается от вышеуказанной стоимости кВт, и зависит от факторов, описанных
выше: имеющиеся природные условия, ежедневный режим, и ухудшающие факторы.
Также существует экономия на масштабе. Экономии за счет масштаба особенно ярко
выражены для ветровых турбин, так как небольшое увеличение диаметра лопастей
турбины или высоты турбины приводит к значительному увеличению выработанной
энергии.
ЧЗВ 4.2
Как оценить долгосрочные
дизельного генератора?
расходы
на
топливо
для
Электростанции на минеральном топливе требуют низких первоначальных
затрат по сравнению с ВИЭ, при высоких эксплуатационных расходах. За
время эксплуатации генератора, стоимость топлива - в том числе транспорта
- как правило, значительно превышает первоначальную стоимость
генератора. Долгосрочные расходы на топливо легче рассчитать, если
известны следующие параметры:
C = стоимость топлива на единицу объема ($ /литр, например)
T = среднее количество часов работы генератора в день (в среднем за год)
V = объем бака (в литрах, например)
H = часы работы на одном баке топлива
Ежегодные затраты на топливо: 365 х С х Г х В ÷ H
Например: По заявлению производителя, 3,5 кВт генератор работает на
полной мощности в течение 8,2 часов за счет бака 23 литров [3].
Предположим, что расходы на топливо $ 1.50/л, и генератор работает на
полную мощность в течение шести часов в день в среднем. Ежегодные
затраты на топливо составят $6142 (365 х 1,5 х 6 х 23 ÷ 8,2 = 9214). Таким
образом, генератор потребляет более $70,000 топлива в восемь лет.
Розничная цена этого генератора составляет $2249. Если генератор длится
уже восемь лет, его эксплуатационные расходы топлива будет более чем в
30 раз по сравнению с первоначальной стоимостью.
Примечания:
Этот расчет исключает путешествия, безопасность и эксплуатационные
расходы. Он также предполагает, что стоимость топлива постоянно в
течение долгого времени, когда на самом деле это, скорее всего, увеличится.
Приложение содержит таблицы для поиска ежегодные расходы на топливо
для генератора (Приложение А.3), а также для сравнения ежегодных
расходов на энергию до трех различных источников энергии (приложение
П.4).
Генерирующее оборудование обладает самой высокой начальной стоимостью в составе
энергосистемы (но не обязательно самой высокой стоимостью в долгосрочной
перспективе). Примеры в главе 7 и анализов ниже, предполагают, что их стоимость
обычно составляет около 2/3 от первоначальной стоимости системы, которая также
включает в себя батареи, контроллер заряда и инвертор. Компоненты, такие как крепления
54
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
и устройства слежения для солнечных панелей, башни для ветровых турбин, а также
строительных работ для схемы ГЭС, также должны быть учтены.
Оборудование для хранения и регулирования. Помимо генерирующего оборудования,
одной из самых высоких первоначальных стоимостей в энергетической системе, как
правило, обладают аккумуляторные батареи. Приведенные ниже примеры показывают,
что стоимость батарей составляет 10-20% от стоимости системы, которая включает в себя
ВИЭ.
Другие начальные затраты. Также необходимо принять во внимание следующие виды
начальных затрат:






Затраты международные и внутренние перевозки оборудования, включая налоги на
импорт.
Оценка ресурсов (если ее проводят платные консультанты).
Установка генерирующего оборудования и батарей.
Обучение персонала (это может быть компания, у которой приобретено
оборудование).
Обеспечение безопасности (могут быть включены в первоначальные и в
эксплуатационные расходы, например, забор вокруг солнечных панелей и оплата
труда охранника).
Страхование.
Другие факторы, влияющие на стоимость и производительность
технологии
А. Промышленная политика. Затраты на энергетические технологии зависят частично
от их доступности в местности, где расположена станция. Некоторые отрасли
промышленности, такие как солнечная энергетика, широко распространены в Африке, а с
оборудованием для других энерготехнологий есть трудности. Наличие местных
специалистов и оборудования может иметь большое значение не только для транспортных
расходов, но и для стоимости топлива, запасных частей и обслуживания. Некоторые
правительства поддерживают развитие определенных энергетических технологий за счет
субсидий, освобождения от таможенных пошлин и других налогов, либо через
неправительственные организации (см. Главу 11).
Рис.4.3 Плотник
работает над
лопастью турбины
в Мозамбике.
Местное
производство
часто легче
обслуживать и
использовать
ввиду наличия
соответствующих
специалистов.
Фото: The Clean
Energy Company
55
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
В. Надежность технологии. Предполагается, что большинство произведенного
энергетического оборудования отвечает международным стандартам по обеспечению
безопасности и качества. Оборудование, соответствующе международным стандартам,
вероятнее всего, будет работать дольше и энергоэффективнее. Стандарты удобны и для
потребителей, так за счет них,
потребители могут различать качественное не
качественное оборудование. Покупка оборудования отвечающего соответствующим
стандартам, будет способствовать тому, что дилеры будут поставлять больше
оборудования такого рода.
Эффективность энергосистемы зависит не только от качества компонентов, но и их
совместимости между собой. Например, система, оснащенная высококачественными
солнечными панелями, батареями и инвертором, будет работать плохо, если емкость
батарей не подходит для солнечных батарей. Поэтому необходимо привлекать высоко
квалицированных консультантов и поставщиков, с хорошей репутацией. Глава 9 содержит
рекомендации по выбору поставщиков оборудования и консультантов.
Примеры и анализ затрат
Ниже приведены примеры двух систем, полностью обеспечивающих энергией станцию.
Одна на основе ветровой турбины и другая на солнечных панелей. Цель приведения этих
примеров заключается в демонстрации относительных размеров затрат на различные
компоненты в ВИЭ системах и основных факторов, влияющих на стоимость компонентов
и общую стоимость.
Примечание: Целью не ставится сравнить стоимость солнечной энергии и энергии ветра.
Относительные преимущества солнечной и ветровой энергии на любой станции будут
зависеть от факторов, описанных выше. Но можно отметить, что:
Энергии ветра дает несколько меньше энергии за доллар, чем солнечные панели.
Генерация ветровой энергии предполагает высокую среднюю скорость ветра (5 м / с), что
редко встречается в Африке, в то время как солнечная генерация предполагает среднюю
длительность солнечного облучения (5,5 часа в день), которая распространена в Африке
(описано в Главе 5). Приведенные ниже примеры предназначены для относительно
небольших систем (около 7 кВт/ч в сутки). Но, стоимость каждого киловатт-часа энергии
ветра быстро уменьшается для больших систем, за счет эффекта масштаба, упомянутого
выше.
56
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
Пример 1. Система на солнечных панелях и батареях. В следующем примере
описывается система, расположенная в Сьерра-Леоне, которая включает солнечные
батареи с номинальной мощностью 2,63 кВт, аккумулятор, контроллер заряда, и инвертор.
Общая начальная стоимость системы составляет $28000.
Первоначальные
затраты
Солнечные панели (2,63
кВт)
Батареи (4,8 кАч, 24
глубокий цикл,
влажная)
Инвертор (3 кВт, 24 В)
Контроллер заряда
(60A, 24V, с * MMPT)
Солнечная панель
Батарейный блок
(деревянная)
Кабели для установки
Установка и труд
Транспортировка
материалов ***
Тренинги для
персонала (3 дня)
ТЕКУЩИЕ РАСХОДЫ
Общее обслуживание
замена батареи
ОБЩАЯ
СТОИМОСТЬ
Стоимость
($)
Стоимость в
год ($)
Стоимость за
кВт/ч (центов)**
В % от общей
стоимость
28,000
1,120
0.41
43%
15,200
610
0.22
23%
4,900
200
0.07
7%
3,000
120
0.04
5%
900
40
0.01
1%
1,500
60
0.02
2%
500
20
0.01
1%
500
800
20
30
0.01
0.01
1%
1%
500
20
0.01
1%
200
10
0.01
0,3%
37,300
7,000
30,400
1,490
280
1,220
0.55
0.10
0.45
57%
11%
46%
65,300
2,610
0.96
100%
Рис. 4,4
Анализа стоимости жизненного цикла системы на базе солнечного света. Основные показатели выделены.
Исходные данные: предложение по радиостанции от Африканской энергетической компании. Текущие
данные: анализ автора, основанный на предположениях в основном тексте ниже.
* Максимальная мощность точки трекера (см. главу 7, в разделе "контроллер заряда»).
** На основе ежедневного выхода энергии 7,43 кВтч; см. следующую страницу для расчета полезной
энергии в день.
*** Транспортные расходы могут быть значительно выше для удаленных станций.
Сколько энергии может производить с помощью технологии?
Предположения:
Среднее время солнечного излучения в день: 5,5 часа (это значение является общим для
африканского континента)
Показатели солнечных панелей при стандартных условиях испытаний: 2,63 кВт (15 х 175
Вт модули)
Номинальная энергия в день: 14,4 кВт/ч (на основе предыдущих двух предположений)
Солнечные батареи, потери: 25%
Аккумулятор, потери: 15%
57
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
Подключение, потери: 5%
Инвертор, потери: 15%
Результат:
После учета потерь (фактически может быть использовано) электрической энергии в день:
7.43 кВт
Стоимость технологии (оборудования)?
Предположения:
Срок службы солнечных батарей: 25 лет
Общее обслуживание: 1% от первоначальной стоимости в год
Срок службы батарей: 4 года минимум
Замена батареи (принимается равной первоначальной стоимости батарей): $ 4,900
Батареи достаточно для хранения энергии, необходимой в периоды снижения солнечного
излучения.
Аккумулятор - расходы не меняются с течением времени.
Ставка дисконтирования в этом анализе не учитывается.
Основные положения (подробнее см. рис 4.4, особенно выделенные цифры.)
Эксплуатационные расходы на систему больше, чем первоначальные затраты.
Самая дорогая единичная операция замена батарей, составляет почти половину (46%) от
общих затрат на время срока службы системы.
Солнечные панели вторая крупнейшая статья затрат, но они составляют только около
четверти (23%) от общих затрат за время срока службы системы.
Некоторые из наименее дорогостоящих компонентов (контроллер заряда и обучение
персонала) имеют большое влияние на стоимость самой дорогостоящей операции
(стоимость замены батареи). Таким образом, деньги, вложенные в хороший контроллер
заряда и тщательная подготовка персонала, скорее всего, окупится за счет снижения
общей стоимости системы.
58
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
Пример 2. Ветровые системы. В следующем примере ветровая система, расположенная
в Южной Африке, включающая ветровые турбины мощностью 3 кВт, 12 м башня,
аккумуляторные батареи, инвертор и контроллер заряда. Общая начальная стоимость
системы составляет $20700.
Первоначальные
затраты
Турбина (3 кВт) и
башня (12 м)
Контроллер заряда
Резистор
Батареи (16 х 102
А, глубокий цикл)
Инвертор (3 кВт,
синусоида)
Транспорт, кабели,
монтаж, труд*
ТЕКУЩИЕ
РАСХОДЫ
Общее
обслуживание
Замена лопастей
Замена батареи
ОБЩАЯ
СТОИМОСТЬ
Стоимость
($)
Стоимость в
год ($)
Стоимость за
кВт/ч (центов)**
В % от общей
стоимость
28,000
1,140
0.57
51%
12,500
690
0.35
31%
900
400
50
20
0.03
0.01
2%
1%
2,300
130
0.07
6%
1,500
80
0.04
4%
3,100
170
0.09
8%
20,100
1,120
0.56
49%
7,400
410
0.21
18%
4,300
8,400
240
470
0.12
0.24
11%
21%
40,800
2,260
1.14
100%
Рис. 4.5 Анализ стоимости жизненного цикла системы на базе солнечного света. Основные показатели
выделены. Исходные данные расчета стоимости: информация Solar Con, альтернативная энергетическая
компания в Южной Африке.
Текущие расходы: анализ автора, основаны на предположениях в основном тексте ниже.
* Эти расходы, как предполагается, составляют 15% от первоначальной стоимости системы.
** На основе оценки ежедневный объем энергии 5,4 кВт/ч, см. следующую страницу для расчета.
Сколько энергии может производить с помощью технологии?
Предположения:
Среднее скорость ветра на высоте 12 метров: 5,5 часа (это значение является общим для
африканского континента)
Напряжение: 24 В
Годовой объем производства энергии: 3400 кВт/ч (на основе данных производителя)
Номинальная энергия в день: 9,32 кВт/ч (на основе предыдущего предположения)
Турбина, потери: 15%
Аккумулятор, потери: 15%
Подключение, потери: 5%
Инвертор, потери: 15%
Результат:
59
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
После учета потерь (фактически может быть использовано) электрической энергии в день:
5.4 кВт
Сравнение номинальной и реальной мощностей:
Номинальная мощность турбины: 3 кВт (данные производителя)
Фактическая средняя выходная мощность: 0,23 кВт (5,4 кВт/ч в день (24 часа) Это
исключительно среднее значение мощности, с течением времени мощность будет
варьироваться вокруг этого значения).
Стоимость технологии (оборудования)?
Предположения:
Турбина, срок эксплуатации: 18 лет
Лопасти, срок эксплуатации: 8 лет
Стоимость восстановления лопастей: $ 1900 (включает лопасти и установки, а не
транспорт)
Срок службы батареи: 5 лет
Стоимость замены батареи (принимается равной первоначальной стоимости батарей): $
2,300
Расходы на техническое обслуживание: 2% от первоначальной стоимости в год
Емкости батарей достаточно для хранения энергии, необходимой в периоды низкой
скорости ветра.
Расходы на аккумулятор и лопасти не меняются с течением времени
Ставка дисконтирования в этом анализе не учитывается.
Основные моменты:
Замечания, высказанные в примере 1, о высокой стоимости запасных частей (в данном
случае батареи и лопасти) и низкая стоимость контроллера заряда, также учтены в этом
примере.
Номинальная мощность турбины (3 кВт) является очень низким показателем, который в
результате дает всего 0,23 кВт фактического количества полезной электрической энергии
(в среднем) для ветровой системы.
60
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
Рис.4.4
Фотоэлектрической
электростанции в
контейнере, Лира, Уганда,
временно вышли из строя.
Сами по себе, ВИЭ
нуждаются в
обслуживании и ремонте
относительно редко.
Однако, без обслуживания
их мощности и срок
службы будет быстро
снижаться.
Фото: CAMECO
61
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
Сводные данные по энергогенерирующим технологиям
Начальная
стоимость
Стоимость
обслуживания
и эксплуатации
Естественные
условия
Оценка
Надежность
энергоснабжени
я
Прочность
оборудовани
я
Солнечные
панели
с
батареями
Очень
высокая
Солнце,
широкодоступн
о в Африке
Легко
Высокая
при
хорошем
обслуживании
Ветряная
система
с
батареями
высокая
Очень низкая,
около 1% от
первоначально
й стоимости в
год **
Очень низкая,
около 2% от
первоначально
й стоимости в
год **
Ветер, доступно
в
некоторых
регионах
Африки, чаще
редко
Умеренно
Высокая
при
хорошем
обслуживании
ГЭС
с
батареями
высокая
Низкая
умеренная,
около 3% от
первоначально
й стоимости в
год **
Река, доступно в
конкретной
местности
Легко
сложно
(зависит
размера
системы
Умеренна
я
высокая
Низкая
Высокая
Нет
Сложно
Высокая
Очень высокая
Нет
Умеренно
Умеренная
Очень
высокая
Низкая
умеренная
Варьируется,
зависит от ВИЭ
Варьируется
, зависит от
ВИЭ
Очень высокая
20-30
лет
(солнечные
панели) 2-5
лет (батареи)
***
15-20
лет
(турбины) 510
лет
(лопасти) 2-5
лет (батареи)
***
30-40
лет
(работает
турбина) 8-10
лет
(подшипники
турбины) 2-5
лет (батареи)
***
25
000
рабочих
часов
1000-2000
час работы 510
лет
(батареи) ***
10
лет
(генератор)
Генераторна
я установка
(дизель)
Генераторна
я
установка
(бензин)
Гибридные
системы
(ВИЭ
+
генератор в
качестве
резервного)
-
–
от
Высокая
при
хорошем
обслуживании
Доступност
ь (эксперты
и
технологии)
Высокая
Умеренная
Низкая,
может быть
более
высокая в
горной
местности
Очень
высокая
Высокая
Умеренная
Рис. 4.5 Краткое изложение основных технологий производства энергии.
** Не включает расходы на содержание или замены батареи, инверторы, контроллеры заряда, или проводку.
*** Батареи, работающие значительно меньше, чем 10 лет, плохо обслуживались или использовались; или
низкого качества.
62
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
5
Возобновляемые источники
энергии (ВИЭ)
В этой главе описаны основные способы использования возобновляемых источников
энергии (ВИЭ), которые могут использоваться для выработки электроэнергии в домашних
хозяйствах, бизнесе или общины. ВИЭ это технологии, которые используют естественные
условия для выработки электроэнергии. При их использовании негативного воздействия
на окружающую среду почти не происходит, т.к. они не используют истощаемые ресурсы,
такие как ископаемые виды топлива, не производят вредных выбросов типа двуокиси
углерода. Основные ВИЭ для производства электроэнергии это солнечная энергия (также
известный как фотоэлектрические или PV ресурсы), энергия ветра и гидроэнергия. В этой
главе описывается особенности их конструирования, природных условий, объемы
производства электроэнергии, снижающие факторы, стандартов и правовых условий для
каждого из ВИЭ. Она также включает в себя информацию о трех новых технологиях
основанных на мускульной тяге животных, биогазе и топливе из ятрофы.
Примечание: В этой главе описываются компоненты, которые генерируют энергию. В ней
не описывается устройства накапливающие энергию и регулирующие потоки
электроэнергии в системе, таких как контроллеры заряда и регуляторы напряжения (эти
устройства рассматриваются в главе 7), и то, как эти компоненты могут быть объединены
в энергетических систем. Например, солнечные батареи могут быть использованы
совместно с ветровой турбиной, генератором или с общественным энергоснабжением. В
комплексе с ВИЭ, как правило, используются батареи, увеличивая их стоимость и
требования к обслуживанию. В Главе 3 описано несколько наиболее распространенных
способов, в которых энергетические технологии объединяются в системы.
Солнечная энергия (фотоэлектричество)
PV строительство
Основной единицей PV является фотоэлемент. Ячейка использует энергию солнца, чтобы
стимулировать поток электрического тока внутрь панели. Затем панели, соединяются
последовательно и/или параллельно, чтобы в зависимости от необходимости в мощности
и/или напряжения (Глава 1 содержит больше информации о последовательных и
параллельных схемах соединения). Фотоэлектрические модули являются "строительными
63
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
блоками" PV. Они состоят из набора фотоэлементов соединенных вместе, вместе с
металлическим каркасом и прозрачное покрытие для защиты уязвимых ячеек.
Краткое резюме
Фотоэлектричество
Солнечная энергия или PV — самый популярный вид ВИЭ, который
рассматривается в этом руководстве.
В Африке очень широко
распространена солнечная энергия, показатели которой (продуктивность)
можно относительно надежнее прогнозировать.
Фотоэлектричество требует высоких капитальных затрат относительно
генераторов, ветровых и гидротехнологий.
Солнечное излучение, измеряется в количестве солнечных часов или в кВт/ч
на м2 в день. Один солнце/час это количество энергии, поступающей от
солнечного излучения в течение одного часа. Солнечная карта отражает
среднее количество солнце/часов на сайте.
Расходы на техническое обслуживание для фотоэлектрических систем
являются относительно низкими, но важно, чтобы техническое
обслуживание оборудования осуществляется на регулярной основе,
особенно касательно поверхностей и батарей фотоэлектрических модулей.
Тень на небольшом участке массива панели может значительно снизить
производительность всего массива. Массивы должны быть расположены
так, чтобы ничто не могло загораживать их от попадания солнечных лучей.
Показатели фотоэлектрических модулей выражаются в пиковых ваттах, или
ПВ. Мощность, передаваемая модулями на батарею, как правило,
составляет, 20-30% от его номинальной мощности.
Модули объединяются в PV панели, которые готовы для использования в полевых
условиях. Модульная конструкция оборудования PV предполагает, что массивы легко
комбинируются, в зависимости от потребностей станции. Размеры существующего
массива PV увеличить нетрудно.
64
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
Рис.5.1
Конструкция
фотоэлектрической
установки.
Фотоэлементы в сочетании
дают модули, панели и
массивы.
Стоимость и мощность
оборудования обычно
дается с точки зрения
стоимости и мощности
фотоэлектрических
модулей.
Схема: автор
Солнечные панели могут быть трех типов: кремниевые монокристаллические,
поликристаллические и аморфные (или "тонкие пленки") клеток. Монокристаллические
ячейки чуть более эффективные и более дорогие, чем поликристаллические. Аморфные,
как правило, менее эффективны, ввиду ограниченного срока эксплуатации, но они
дешевле и проще в изготовлении, чем моно-или поликристаллические.
Ввиду низкой эффективности аморфных панелей, модулей из них должно быть больше,
чтобы выдавать аналогичную мощность поликристаллических или монокристаллических
панелей. Большие размеры таких панелей увеличивают стоимость транспортировки и
уязвимость к повреждению от ветра. В то же время, ворам труднее их украсть. Тот факт,
что аморфные модули занимают больше места, делает их менее пригодными для большей
части рынка, снижая их стоимость. Таким образом, аморфные модули могут быть
хорошим выбором в тех регионах, где пространство не является проблемой, например, в
сельских районах Африки.
65
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
Рис.5.2
Фотоэлектрические модули, состоящие из ячеек, объединены в 3 группы массива. Этот массив имеет
механизм регулировки, который виден под массивом.
Фото: CAMECO
Природные условия
Существует природные факторы, влияющие на объемы выработки электроэнергии,
массива солнечных панелей. Их следует учитывать при размещении и выборе размера
массива.
Солнечное излучение
Количество солнечной энергии, достигающей поверхности Земли является основным
фактором, определяющим объем генерации. Это также называют солнечным излучением.
Солнечная энергия измеряется (в кВт) на единицу площади (в м2) в день. Также
используется измерение в солнечных часах. Один солнце/час определяется как количество
солнечной энергии, достигающее поверхности Земли каждый час, когда солнце находится
в зените. Это эквивалентно 1 кВт/ч на каждый квадратный метр земной поверхности.
Говоря, что местность получает "пять солнечных часов в сутки", означает, что в течение 5
часов в день, солнечное излучение на местность полное. (Это не обязательно означает,
что местность получает полное солнечное излучение в течение пяти часов каждый день.
Это количество излучения может быть получено местностью в течение более длительного
времени солнечного сияния через тонкий слой облаков, например). Излучение, падающее
66
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
на местность, может широко варьироваться в зависимости от времени года, особенно в
период дождей и в сухой сезон (хотя, если облака во время сезона дождей
преимущественно возникают в ночное время, в дождливый сезон массива может
генерировать не немного меньше энергии, чем в остальное время). Солнечно излучение в
Африке составляет, как правило, от 4 до 7 кВт /ч/м2 в день (от 4 до 7 часов солнца в день).
Затемнение
Небольшая площадь затенения может иметь большое влияние на генерацию массива
солнечных панелей. Тень, упавшая на одну ячейку (в связи с падением листьев, например)
может отключить весь модуль. Таким образом, расположение деревьев, зданий, кабели и
другие препятствия важно учитывать при размещении массива. К "скрытым"
препятствиям можно отнести здания, которые возможно построят, растущие деревья, и
листья лиственных деревьев. Тень на сайте, конечно, зависит от положения солнца в небе
и существенно меняется в течение дня (в высоких широтах, зависит от времени года).
Угол падения солнечных лучей
Изменение положения солнца в течение дня (и, в высоких широтах, в течение года) влияет
непосредственно на попадание солнечных лучей на панели и, следовательно, объем
генерации. Также это влияет на особенности затенения массива в разное время дня и года.
Рис.5.3
Как правило, массива панелей должен быть наклонен под углом равным широте на сайте, и должен быть
направлена к солнцу на севере (в южном полушарии) или юг (в северном полушарии).
Схема: автор
Количество солнечных часов, которые получает район в течение дня может быть оценена
с помощью солнечной онлайн-карты региона. Приложение B.2 содержит солнечную
карту Африки, созданную с использованием популярных онлайн-данных, собранных
NASA. Приложение D.2 содержит ссылки на данные NASA, инструменты для оценки
влияния препятствий на затенение сайта, а также информацию о том, как найти
солнечный север или солнечной юг (солнечные север не совпадает, с истинным севером,
который определяется с помощью компаса, как и солнечный юг).
67
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
Как правило, солнечные батареи должны быть наклонены под углом равным широте
сайта, и должна быть направлена на «солнечный север» в южном полушарии и
«солнечный юг» в северном полушарии (как показано на Рис. 5.3). Крепления для
корректировки угла наклона используют электронные датчики для определения нужного
угла, и сохраняют оптимальный наклон массива в течение дня. Это сложные устройства,
которые легко ломаются и трудно ремонтируются, но если они установлены правильно и
используются соответствующим образом, то они могут значительно улучшить
производительность массива.
Производительность
Выходная мощность оборудования, как правило, выражается через пиковую мощность
или ваттность одного модуля (часто пишется как Wp). Эта мера является стандартной для
всех качественных марок и моделей солнечных панелей, так что очень легко сравнивать
их между собой. Wp это количество постоянного тока, который модуль будет
производить, когда он работает при максимальном солнечном излучении. Например, если
регион имеет 5 солнечных часов в день, 2 кВт массив будет производить 10 киловаттчасов энергии в день (5 часов х 2 кВт = 10 кВт). Модули имеют мощность от 50 Wp до 300
Wp.
Номинальная мощность модулей, для исключения выпадений от потерь должна
покрывать следующие негативные факторы:
Высокие температуры. Модули рассчитаны на стандартную температуру 25 ° C.
Особенно в Африке, рабочая температура модулей значительно выше, что приводит к
потерям в размере 10% или больше.
Грязь и пыль. Даже если регулярно фотоэлектрические модули чистить, они
покрываются тонким слоем грязи и пыли, которая собирается на их поверхности.
Данные производителя. Производители модулей не могут гарантировать, что модули
будут генерировать точно в соответствии с указанной ими номинальной мощностью, даже
при идеальных условиях. Значение фактической мощности может варьироваться +-5% от
номинальной.
Потери подключения. Номинальные показатели мощности относятся к модулям, а не
массивам. Небольшие потери могут происходить в проводке между модулями.
Корректность слежения. Даже при наличии отслеживающего положение солнца
устройства, массивы не всегда точно направлены к солнцу. Это означает, что массив
будет производить на 20-30% меньше номинального значения. Например, при
максимальном солнечном излучении модуль мощностью 100 Wp может произвести 70-80
Вт электрической энергии. После учета потерь в батареях и инверторах, типичный массив
обеспечивает лишь 50-60% от номинальной мощности. В ЧЗВ 3.1 показано, как оценить
объем номинальной мощности фотоэлектрических станций.
68
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
ЧЗВ 5.1
Сколько нужно солнечной
энергии,
чтобы
удовлетворить
фиксированные,
ежедневные потребности?
Номинальная
мощность
солнечной энергии, необходимой
для
достижения
заданных
мощностей можно оценить с
помощью солнечных часов в
области
(полученные
из
солнечной карты как, например, в
приложении В.2) и ежедневных
нагрузок станции (полученного из
энергетической
оценки,
как
описано в главе 2).
Потребляемая мощность [кВт пик]
= энергетической нагрузки [кВт /
ч в день] ÷ солнце часов в день ÷
0,55
0,55
является
понижающим
фактором, и предполагается, что
система включает батареи и
инверторы. Например, станции
потребляющей 15 кВт/ч и 5
солнечными часами в день,
потребуется примерно 5,5 кВт
пиковой мощности (15 ÷ 5 ÷ 0,55 =
5,45) для обслуживания нагрузки.
Другие факторы, которые влияют на
производительность
массива
солнечных
панелей:
Облачная
погода.
Два
различных
фотоэлектрических модуля могут иметь тот
же результат при максимальном солнечно
излучении (скажем, 100 Вт), и все же имеют
разную производительность при сокращении
излучения вдвое (скажем, 50 Вт против 90
Вт). При прочих равных условиях, тот,
который выдает больше мощности, при
ухудшенных условиях, в целом вероятнее
всего будет эффективнее.
Затенение. Некоторые модули специально
построены, чтобы быть менее уязвимыми изза тени. Эти модули разработаны так, чтобы
тень, упавшая на одну ячейку не снижает
производительность других ячеек.
Краткосрочная
упадок
мощность.
Мощность, генерируемая аморфной сеткой,
уменьшается в течение первых нескольких
месяцев
использования,
а
затем
стабилизируется. Номинальная мощность
аморфного модуля должна быть указана так
мощность,
которая
возникает
после
стабилизации.
Срок службы модулей длится от 20 до 40 лет,
если они хорошего качества и надлежащим
образом
обслуживаются.
Гарантия
составляет, как правило, от 10 до 25 лет. На
большинство
высококачественных
фотоэлектрических
модулей
действует
гарантия в течение пяти лет работы при 90%
эффективности или выше и 25 лет работы при 80% эффективности или выше. Это
снижение эффективности с течением времени является дополнительным фактором
понижения, в дополнение к рассмотренным выше.
Обслуживание
Низкие эксплуатационные расходы является одним из достоинств солнечных панелей.
Однако, эффективность не обслуживаемых массивов несколько ниже их оптимума.
Модули должны проверяться один раз в неделю, для исключения затенение из-за опавших
листьев, пыли или других препятствий. Поверхности модулей должны чиститься один раз
в месяц (или чаще по мере необходимости, например, в пустынных районах). Очистка
69
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
солнечного модуля очень легка, аналогична очистке окна, и может быть осуществлена с
помощью мягкой ткани, воды и мягкого моющего средства.
Электрические и механические связи в массиве PV следует ежегодно проверять на
герметичность и наличие коррозии. В идеале это надо проводить при помощи
квалифицированного специалиста или обученного персонала. Правильная установка
может сделать обслуживание легче, сохраняя модули от пыли, ветра и других
препятствий. Большие массивы уязвимы для сильных ветров. Наибольшая статья в
содержании фотоэлектрической системы, как правило, занимают батареи, которые
необходимы для того, чтобы энергия от массива была доступна даже тогда, когда солнце
не светит. Глава 7 содержит больше информации о времени работы аккумулятора
обслуживание.
Рис.5.4 Установленные на крыше солнечные модули «the Bishop’s House» в Лире, Уганда. Фото: CAMECO.
Безопасность
Модульная конструкция и высокая стоимость означает, что массивы являются
привлекательными для воров. Существует развитый вторичный рынок солнечных панелей
в различных регионах. Кроме этого, существуют также примеры использования их в
других целях, таких как кровельное покрытие или журнальные столики. (Кражи и
вандализм гораздо меньшая проблема для ветровых энергоустановок, чем солнечных. Это
связано с высотой, весом и риском поражения электрическим током при краже ветрового
оборудования, а также меньшим вторичным рынком).
70
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
Стандартные меры профилактики включают заборы, охранное освещение, камеры
наблюдения и сигнализацию (все эти меры требуют дополнительной энергии). Маленькие
солнечные могут быть расположены высоко над землей, что затруднить доступ к ним, но
это дорого для больших систем. Некоторые производители используют специальные
винты, которые можно открутить только с помощью специальных инструментов; более
простой метод может быть таким, приварить изнутри их металлические рамы. Методы
снижения стоимости для перепродажи ворованных панелей включают в себя нанесение
названия компании на задней панели, или нанесение микро-точками серийных номеров.
Стандарты
Международными стандартами для фотоэлектрических модулей является IEC 61215
(«Кристаллический кремний наземных фотоэлектрических (PV) модулей - Спецификация
и типы») и IEC 61646 («тонкопленочные фотоэлектрические наземные (PV) модули «Спецификация и типы ") . Модули, которые были протестированы в соответствии с
этими стандартами, скорее всего будут работать дольше и обеспечивают больше энергии,
чем не прошедшие сертификацию. Если модуль соответствует международным
стандартам проектирования и строительства, это должно быть четко обозначено на
изделии. Сертификация модулей обычно можно проверить, посмотрев на товар в
интернет-каталогах сертификационных органов (два таких каталога, перечисленны в
разделе Ресурсы в этой главе, в Приложении D.2). Примечание: фотоэлектрические
модули, которые можно купить на местном рынке в Африке дешевле, ниже качеством,
чем импортные!
Рынок и политика
Фотоэлектрическое оборудование являются наиболее доступным ВИЭ оборудованием в
Африке. Это делает покупку и обслуживание массивов проще, чем для других
технологий. Есть также много интернет-ресурсов, связанных с солнечными панелями, в
том числе на форумах и в каталогах, перечисленных в дальнейшем списке ресурсов для
этой главы, компаний. Недостатком является то, что производство фотоэлектрических
технологий пока не налажено на африканском континенте, увеличивая стоимость
международных перевозок и налогов на импорт. Для станций может быть дешевле
отремонтировать не работающее, старое оборудование, чем инвестировать в новое. Ряд
африканских компаний предлагают услуги по ремонту и техническому обслуживанию
эксплуатируемого оборудования (включая батареи и инверторы). См. Приложение D.2
для более подробной информации.
Ветровая энергетика
Устройство
Ветровые турбины состоят из лопастей, которые преобразуют энергию ветра в
механическую энергию вращая вал турбины (см. рис. 5.5). Вал связан с электрическим
генератором, который преобразует движение вала в переменный ток. Выпрямитель
преобразует переменный ток в постоянный ток для аккумулятора. Вал, генератор и
проводка генератора, как правило, расположены в гондоле с выпрямителем на земле.
Хвост турбины обеспечивает то, что лопасти остаются на ветру, а скольжение
подшипников позволяет лопастям поворачивать их башни или полюса. Тросы
поддерживают башню в устойчивом состоянии при сильном ветре. Высота турбины
71
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
измеряется как расстояние от хаба до земли (часто называют высотой хаба). Диаметром
лопастей называют диаметр, который охватывается ими, когда они вращаются. Ветровые
турбины отличаются друг от друга по высоте хаба и диаметром лопастей. Для большей
части потребностей радиостанций достаточно микро-турбины (с ротором диаметром
менее 3 метров и мощностью от 50 Вт до 2 кВт) и малые турбины (ротор диаметром от 3
до 12 метров и мощностью 2 кВт до 40 кВт).
Краткое резюме
Ветровые турбины
При хороших условиях, ветровые турбины могут быть более рентабельным,
чем массивы фотоэлементов. Условия в Африке больше подходят для
солнечной энергетики, чем для ветровой, но в отдельных районах, условия
идеально подходят для ветровых турбин. Производительность ветровых
турбин очень чувствительна к местному климату и топографии. Поэтому
необходимо осуществить детальную оценку природных условий, прежде
чем принимать решение об инвестициях.
По сравнению с солнечными панелями, производительность ветровых
турбин является менее стабильной и трудно предсказуемой. По этой
причине при использовании ветровых турбин, необходимо приобретать
аккумуляторы большей емкости, чем для солнечных массивов, в результате
чего стоимость ветровой системы увеличивается.
Сведения производителей ветровых турбин следует использовать с
осторожностью. Таблица, с долгосрочными прогнозами производительности
турбины для различных средних скоростей ветра являются самыми
надежными сведениями.
Техническое обслуживание ветровых турбин является важным, и в основном
состоит в выявлении неисправностей и быстрой реакции на них, а также
поддержании батарей турбины.
Турбины менее широко распространены в Африке, чем массивы солнечных
панелей, но наличие местного производства снижает себестоимость турбин,
делая их более доступными и подходящими к местным условиям.
72
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
Рис.5.5 Ветровая турбина, установленная на мачту(слева) и турбина(справа). Схема автора.
Турбины также различаются по своей плотности. Плотность является соотношение между
площадью охвата лопастями и площадью самих лопастей. Лопасти с высокой плотностью,
как правило, не используются в целях производства электроэнергии. Вертикально осевые
турбины (где лопасти вращаться вокруг вертикальной оси) встречаются гораздо реже, чем
горизонтального типа.
Ветровые турбины работают за счет лобового сопротивления или лифта. Лобовое
сопротивление действует прямо на лопасти, как рука толкает дверь. Принцип лифта более
тонкий, здесь лопасти имеют изогнутую верхнюю поверхность, в результате чего разница
в давлении воздуха между верхней и нижней поверхностей крыла приводит в движение
лопасти, при прохождении ветра через них, как крыло самолета.
Лобовое сопротивление работает в направлении ветра, а лифт работает перпендикулярно
направлению ветра. Большинство турбин подходит для выработки электроэнергии на
питание от лифта.
Природные условия
Производительность ветровой турбины очень чувствительна к природным условиям.
Удвоение солнечного облучения массива солнечных панелей увеличивает его мощность
примерно в два раза. С другой стороны, удвоение скорости ветра теоретически,
увеличивает мощность ветряных турбин примерно в восемь раз. Это делает оценку
условий особенно важной в случае ветровых турбин: 25% погрешность при оценке
ветровых ресурсов может означать, что турбина обеспечивает только половину
ожидаемой энергии.
Также важным является изменение скорости ветра на участке в течение дня и года. Это не
является серьезной проблемой, когда ветровые турбины подключены к сети (как это часто
бывает в Европе). Тем не менее, трудности возникают, когда турбины используется для
73
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
зарядки батареи: чем более беспорядочна скорость ветра на сайте, тем большая емкость
необходима, и тем выше стоимость батарей (это важно, учитывая высокую стоимость
замены батареи, как описано в Главе 4).
Долгосрочные изменения скорости ветра на сайте также оказывает существенное влияние
на
энергетический
потенциал
ветровой
турбины
(описано
в
разделе
«Производительность» ниже).
Ветровые ресурсы (или "ветровой режим") на сайте также чувствителен к местным
условиям. Скорость ветра зависит от географии, высоты, климата и физических
препятствий в этой области. Рядом стоящие здания и деревья могут вызвать
турбулентность, что снижает выход турбины и увеличивает нагрузку на механические
части. Как правило, хаб турбины должен быть не менее 9 метров (30 футов) над всеми
препятствиями, которые находятся в пределах 90 метров (300 футов) от основания башни.
Наиболее надежным методом оценки ветровых ресурсов является анемометр (как
показано на рис. 5.6). Использование анемометров сравнительно дешевле по сравнению с
затратами на ветровые турбины. А современные методы сбора данных позволяют легко
записывать и анализировать данные из таких устройств.
ЧЗВ 5.2
Достаточно ли ветра в моем регионе, для работы ветровой
турбины?
Обычно, в качестве скорости ветра принимают его среднюю скорость на 9 м
выше уровня земли. Скорость ветра ниже 4 м/с (14 км / ч), как правило,
слишком мала для обеспечения рентабельности ветровых турбин, скорость
ветра от 4 до 5 м / с (от 14 до 18 км / ч) означает, что следует рассмотреть
возможность использование ветровых турбин. Если скорость ветра выше 5
м/с (18 км/ч), то эффективность использования ветровой турбины может
быть приемлемой с высокой долей вероятности.
Карта ветров в Приложении В.3 может быть использована для оценки
общего потенциала ветра в регионах на африканском континенте. Карта
показывает, что большей части Центральной Африки (ДРК, Камерун и
прилегающие районы) ветра слабые, как и в южных районах Западной
Африки (в том числе Кот-д'Ивуар, Гана, и большая часть Нигерии). От
умеренного до сильного, ветер дует на восточном побережье Африки,
особенно в Сомали, Танзании и Мозамбике; в Сахаре и некоторых странах
Юга-Запада (включая Намибию и Анголу) ветры тоже дуют сильно.
Карта ветров в Приложении В.3 не учитывается топология и рельеф,
поэтому нужно проводить обследования непосредственно на местности.
Анемометры устанавливают на вершине башни на несколько месяцев для определения
размера и изменения скорости ветра и турбулентности. Для надежного результата
74
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
анемометр должен быть расположен в том же месте и на той же высоте, предназначенной
турбины.
Более простым и дешевым методом является наблюдение за колебанием деревьев в
районе предполагаемой постройки турбины. Эти сведения могут быть получены от
местных жителей. Данные о ветре, собранные на метеорологических станциях также
могут оказаться полезными. Однако они могут дать не подходящую информацию, так как
анемометры часто помещаются 10 м над землей, ниже, чем в большинстве ветряных
турбин, и эти данные иногда собираются в местах, непригодных для турбин, таких как
аэропорты.
Производительность
Помимо ветровых ресурсов, ключевым фактором, определяющим производительность
ветрогенератора является диаметр его лопастей (иногда измеряется охват лопастей). Чем
больше заметаемая площадь лопасти турбины, тем больше энергии ветра преобразуется в
электрическую энергию. При прочих равных условиях, удвоение диаметра лопасти
увеличит мощность в четыре раза.
Мощность турбины чувствительна к высоте турбины. Для турбины в 1 кВт или меньше
высота от 20 до 25 метров (от 60 до 80 футов) является типичной. Для больших турбин,
или при наличии высоких препятствий в этом районе инвестиции в постройку башни до
35 метров (120 футов) также можно рассмотреть. Высота ветровых турбин над уровнем
моря, имеет небольшой отрицательное влияние на производительность, в связи с
разреженностью воздуха на больших высотах. Этот эффект уменьшает мощность турбины
примерно на 5% за каждые 1000 м над уровнем моря.
Необходимо соблюдать осторожность при интерпретации сведений дилеров и
производителей о мощности турбины. Существует три вида общепринятых показателей
(примеры каждого из них можно найти в форме для ветровых турбин в Приложении C).
Рис.5.6 Анемометр, состоящий из
портативного
анализатора
данных.
установлено на башне.
Фото: Richard Paul Russel Ltd.
флюгера и
Устройство
75
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
Номинальная мощность или максимальную мощность. Турбины обычно рекламирует
называя единственную цифру, описывающую ее максимальную мощность, например
«800Вт» или «1кВт». Скорость ветра, необходимая для производства такого количества
энергии обычно очень близка к оптимальной для турбины, редко бывает на сайтах.
Указанная мощность дает очень приблизительное представление о мощности одной
турбины, которую сложно сравнивать с другими.
«Ни что не скажет вам больше о потенциале ветровой турбины, чем диаметр ротора», Paul
Gipe, гуру в области малых турбин, США
Кривая мощности. Это график или таблица, показывающая мощность турбины в разных
диапазонах скорости ветра. Преимуществом является данные о мощности турбины для
реальных скоростей ветра. Тем не менее, кривая мощности дает мощность турбины с
постоянной скоростью, а не на средних скоростях. Если кривая мощности показывает, что
турбина обеспечивает 500 Вт при постоянной скорости ветра 6 м / с, турбина может
поставлять 1000 Вт и более, в среднем, на участке со средней скоростью ветра 6 м /с.
Долгосрочная
генерация.
Многие
производители
предоставляют
таблицу,
показывающую сколько энергии турбина будет генерировать в течение месяца или года, в
диапазоне средних (не постоянных) скоростей ветра. Эти данные с поправкой на
отклонения от средней скорости ветра являются самыми надежными показателями
эффективности турбины. Они могут быть использованы, чтобы найти средний
ежедневный объем энергии турбины.
Долгосрочные данные о генерации обычно превышают фактические значения, которые
будет генерировать турбина. Обычно нужно уменьшать этот показатель на 10% с учетом
турбулентности, изменчивости, а также других факторов, которые влияют на
производительность. В целом, требования производителя по выпуску турбин следует
рассматривать с осторожностью, они могут переоценивать производительности турбины
на 20 или 30%. Объем генерируемой турбиной энергии может быть оценен с помощью
диаметра лопастей турбины и средней скорости ветра на площадке (см. ЧЗВ 5.3 и
Приложение В.4).
Потери в генераторе турбины, как правило, учитываются в данных фирмы-производителя.
Тем не менее, существуют потери в выпрямителе (около 3% для 48 В турбин, и около 12%
для 12В турбин), а в спецификациях обычно не ясно, учтены ли эти потери. Что касается
массивов солнечных панелей, дальнейшие потери возникают в батареях, инверторах и
кабелях. Как правило, эти потери составляют 20-30%, но они могут быть больше, если
турбина расположена на удалении от места потребления электроэнергии (если турбина на
соседнем холме, например).
Полезный срок турбины зависит от скорости и турбулентности ветра, а также
агрессивности внешней среды (пыль песок и т.п.). Срок службы лопастей может длиться
до 10 лет, в хороших и трех или менее лет в тяжелых. Другие компоненты гондолы,
включая электронику, также уязвимы. Скорость поворота турбины может быть вычислена
из скорости вращения (RPM или, как правило указывается в спецификации турбины) и
диаметра. Скорость не должна превышать 80 м/с.
76
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
Следующие особенности турбин также имеют отношение к их производительности:
Скорость ветра для запуска. Скорость ветра, которая необходима, чтобы начать вращать
незагруженные лопасти, т.е. те, которые не соединены с электрогенератором.
Рис.5.7 Ветряная турбина (с дополнительным модулем из солнечной панели) на удаленной ферме вблизи
города Badplaas в Южной Африке. Фото: Solar Con Energy. Южная Африка.
77
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
Скорость ветра для генерации. Скорость ветра, при которой турбина начинает
генерировать электроэнергию.
Скорость ветра для сложения. Скорость ветра, при котором лопасти турбины
разворачиваются от ветра, для предотвращения поломки.
Максимальная допустимая скорость ветра. Скорость ветра, выше которой оборудование
ломается.
Обслуживание
Техническое обслуживание ветровых турбин несколько дороже, чем фотоэлектрических
систем в связи с наличием движущихся частей турбины. Наиболее эффективным является
применение ранней диагностики и устранение неисправностей. Диагностику можно легко
провести исходя из звука турбины. Большинство современных турбин издает довольно
низкий звук, похожий на шипение, более высокие и громкие звуки, свист признак того,
что некоторые детали работают неправильно. Чем раньше обнаруживается неисправность
и начинается ремонт, тем больше вероятности, что турбина будет восстановлена
полностью. Текущее техническое обслуживание включает в себя смазку движущихся
частей, болтов и проверка электрических соединений, проверка поддержки оттяжек для
надлежащего напряжения, а также изучение компонентов на наличие коррозии. Такие
обследования необходимо проделывать несколько раз в год. Турбинам, оснащенным
коробкой передач требуется значительно больше ухода. Но такие турбины редко
производятся для устройств менее 10 кВт.
Стандарты
Международная
электротехническая
комиссия
(МЭК)
публикует
стандарты
проектирования, строительства, безопасности и производительности для ветровых турбин.
Соответствующий стандарт IEC 61400-2, "Требования для малых ветровых турбин". Этот
стандарт становится актуален как таких стран, как Великобритания, которая вводит
независимые центры тестирования для малых турбин. Однако, несмотря на то, чо
большинство продающихся в Африке турбин не прошли независимую проверку, многие
из них хорошего качества, а показатели не сильно отличаются от заявленных.
Рынок и информация о правовых условиях
В Африке меньше дилеров ветровых турбин, чем дилеров солнечных панелей.
Преимуществом ветровых турбин является то, что большая часть - за исключением
некоторых магнитов и электроники - может быть изготовлена и собрана в Африке. Малые
турбины произведенные локально, как правило, дешевле импортных машин. Это
обстоятельство также позволяет производителям делать небольшие изменения в процессе
производства, в целях их адаптации к местным условиям. Можно также изготовить
самому простую турбину из подручных материалов. Тем не менее, самостоятельное
изготовление турбин требует много времени, энтузиазма, навыков механика, и хорошо
оборудованной мастерской.
78
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
Рис.5.8 Работник готовит часть турбины в мастерской в Мозамбике. Ветровые турбины могут быть
изготовлены вручную из подручных материалов. Фото: The Clean Energy Company
Гидроэнергия
Устройство
Краткое резюме
Гидроэнергия
Гидроэнергетика преобразует кинетическую энергию движущейся или
падающей воды в электрическую энергию.
Из-за длительного срока службы и непрерывной генерации, ГЭС может
быть очень эффективным в долгосрочной перспективе.
Гидроэнергетика требует значительных строительных работ, под контролем
опытных специалистов, регулярного трудоемкого обслуживания.
Использование местной рабочей силы и материалов позволяет снизить
стоимость проекта ГЭС. Профессиональная съемка местности и
гидрологическая оценка крайне необходимы – каждая местность отличается,
и гидро-схемы дорого менять после установки.
Потенциальная мощность гидростанции определяется высотой плотины
(м) и скорости потока (в м3/с) схемы. Механические потери означают, что
фактическая мощность системы составляет около 50% своей
потенциальной мощи.
79
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
Мини ГЭС от нескольких сотен ватт до 5 кВт, это наиболее подходящий класс
гидросистем для радиостанций. Мини ГЭС (5 кВт до 100 кВт), также могут быть
использованы для обслуживания крупных станций или небольшой общины.
Рис 5.9 отражает типичную схему мини ГЭС. Плотина и водохранилище направляет воды
реки в искусственный канал. Вода собирается в накопительном бассейне и подается под
давлением через напорный трубопровод, проходя через турбину, обратно в реку. Турбина
преобразует энергию воды в энергию вращения вала. Вал приводит в действие
электрический генератор, который преобразует механическую энергию вала в
переменный ток (и, реже, постоянный ток). В электрогенерирующих системах, контроллер
нагрузки используется для обеспечения нужных качеств переменного тока. Контроллеры
нагрузки прибавляют или изымают избыточную мощность для компенсации изменений в
потоке. Электронные регуляторы нагрузки сегодня являются нормой, т.к. более
эффективны и требуют меньше ухода, чем старые гидравлические контроллеры. Резкое
увеличение напряжения - такое, как при нагреве воды или зарядке аккумулятора - часто
используется для поглощения избыточной энергии от турбины. Батареи могут быть
использованы для хранения всей энергии от турбины, но это менее типично для
гидротурбин, чем для солнечных панелей или ветровых турбин, так как гидротурбина дает
более стабильную генерацию энергии.
Потенциал реки или ручья для организации ГЭС определяется по перепаду высоты и
скоростью потока. Расход - объем воды (обычно в м3 в секунду), который может быть
захвачен на входе плотины и передан вниз через напорный трубопровод. Перепад вертикальная высоты от турбины до точки, где вода поступает в напорный трубопровод.
Низкие участки с малым перепадом высот и соответственно большим потоком воды.
Высокие участки возникают на крутых склонах, где небольшое количество воды проходит
через большой перепад высот.
80
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
Рис.5.10 Два типа турбин: импульсная (слева) и реактивная (справа). Фото: взято из реального проекта.
Импульсные и реактивные типы турбин являются основными видами турбин.
Импульсные турбины направлять струю воды на набор ножей или ведер, которые
свободно вращаются. С другой стороны, реактивные турбины имеют лопасти, полностью
погружены в воду. Реактивные турбины обычно используются на низких участках, а
импульсные турбины на высоких.
Речные гидротурбины это турбины, которые погружены в воду. Так как они не зависят от
искусственных каналов или затворов, речные турбины не требует обширных
строительных работ, которые сопровождают традиционные гидросистемы. Тем не менее,
они менее эффективны и имеют более низкий срок эксплуатации в связи с напряжением
неконтролируемый потоком воды в системе. Речные турбины относительно новое
явление, и не так доступны, как обычные гидротурбины, но они относятся к
перспективным технологиям, которая вызывают коммерческий интерес.
Природные ресурсы
Оценка ресурсов особенно важно для гидросистем, потому что они не являются
модульными. Для увеличения выходной мощности гидросистемы необходимо обновить
напорный трубопровод, а для этого требуются строительные работы, который гораздо
дороже и сложнее, чем наращивание еще одного модуля в массиве солнечных панелей или
возведение ветровой турбины. Кроме того, при правильной эксплуатации гидросистемы
предназначены для на срок до 50 лет.
Оценки условий для гидросистем гораздо более сложная и ресурсоемкая чем для ветровых
и солнечных систем. Необходимые для оценки данные - данные о ежегодных объемах
осадков – могут быть получены от метеорологов или департаментов ирригации в
правительстве. Тем не менее, профессиональная съемка сайта должна проводиться для
определения перепада высот и расхода воды на участке. Исследование сайта дает оценку
силы, которая может быть приложена к турбине, а также помогает выбрать
соответствующий тип и размер турбины. Сезонные колебания в скорости потока должны
быть приняты во внимание, а объем данных должны быть собран по крайней мере, за один
81
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
полный год, где это возможно. Мини ГЭС мощностью менее 5 кВт, как правило, не
требуют такой тщательной оценки ресурсов.
Рис.5.11 Река и канал микро ГЭС в Кении. Вода, затекающая в канал слева, генерирует 18кВт
электроэнергии, достаточной для питания 200 домашних хозяйств в окрестности. Фото: взято из реального
проекта
Другими факторами для учета на сайте является легкость установки затвора и расстояние
турбины от места потребления электроэнергии (увеличение расстояния приводит к
потерям электроэнергии, и, возможно, требует постройки дорогостоящих высоковольтных
линий электропередач и трансформатора). Также необходимо учесть интересы жителей
выше и ниже по течению, а также экологические аспекты отвлечения воды.
Производительность
Потенциальная мощность ГЭС можно найти по следующей формуле:
Потенциальная мощность [кВт] = расход [м3 / с] х головы [м] х g
g - постоянная 9,81 м2/c.
Например, река с расходом 0,16 м3 / с и перепадом высоты в 10 м будет иметь
потенциальную мощность 15,7 кВт (10 х 0,16 х 9,81 = 15,7).
Потенциальная мощность должна быть понижена на 50% для учета потерь на трение в
напорном трубопроводе и неэффективность турбины (маленькие турбины редко имеют
КПД более 80%). Это не учитывая потери в батареях и инверторах (если они
используются). Также могут возникнуть некоторые потери при транспортировке, если
турбина находится на удалении от места, где электроэнергия используется.
82
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
Т.к. гидро-системы обеспечивают мощность постоянно, они могут генерировать большие
объемы энергии в день, даже работая на малой мощности. Например, 125 Вт
гидросистемы может генерировать 3 кВт/ч в день. В отличие от 125 Wp
фотоэлектрических модулей, которые вряд ли смогут сгенерировать более 900 Вт (0,9
кВт) в день, даже в середине лета в горячей части Африки.
Гидротурбины, как ветровые турбины, поставляются с расчитанной кривой мощности,
описывающей производительность оборудования для различных уровней природных
условий. Разница в том, что кривые для ГЭС зависят от двух переменных (перепад высот
и расход воды), а не только одной (скорость ветра для ВЭУ). Кроме того, относительно
небольшие суточные колебания в потоке воды не приводит к большим несоответствиям
между мощностью при среднем течении и при постоянном потоке (как отмечено в разделе
ветряных турбин, для которых это несоответствие может быть высоким). Тем не менее,
сезонные колебания воды должны быть приняты во внимание при оценке
производительности гидротурбины.
Как отмечалось выше, потери при строительстве и в самой турбина составляют 50% от
теоретической выходной мощности турбины. Поэтому потребители должны уточнять у
поставщика турбины, учтены ли эти потери при расчете кривой мощности. Номинальная
выходная мощность турбины, не должна превышать 80% от потенциальной мощности
(как по формуле выше).
При идеальном обслуживании и природных условиях, высокого качества гидросистемы в том числе турбины, линий электропередач и строительных работ – срок ее эксплуатации
может составить 50 лет. Тем не менее, 30 лет, является более типичным сроком.
Некоторые компоненты могут нуждаться в замене более регулярно, особенно
подшипники турбины (они обычно не служат более десяти лет).
Стоимость ГЭС может быть минимизирована за счет:
Использования полиэтилена высокой плотности (пластик) для затворов, где это
возможно.
Использование существующей инфраструктуры, типа - канал, который используется в
ирригационной системе.
Использование насосов, турбин (PAT). В некоторых случаях стандартный насос может
быть использован "в обратном направлении", как турбины. Это уменьшает расходы, время
доставки, упрощает установку и обслуживание.
Использование двигателей в качестве генераторов. Как и в предыдущем случае,
двигатели могут работать "наоборот" и используются в качестве электрических
генераторов. Насосы, как правило, приобретаются вместе с двигателями, а в комплексе их
можно использовать в качестве турбины/генератора.
83
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
Обслуживание
Обслуживание гидро-схем состоит, главным образом, из осмотра водного канала и
шлюзов, чтобы сохранять их свободными от обломков. Эти осмотры могут быть
необходимы так часто как один раз в неделю, в зависимости от местных условий.
Например, некоторые реки становятся заиленными и полными песка после проливных
дождей, требуя трудоемкой очистки шлюзов и канала. Турбина должна быть исследована
ежегодно компетентным техником, чтобы гарантировать, что все работает правильно. Чем
раньше неисправности в турбине обнаружены и отремонтированы, тем дольше срок
использования турбины.
Рынок и информация о политике
Стоимость ГЭС может быть уменьшена за счет использования местных ресурсов, любых,
какие возможны. Можно использовать труд местного сообщества и подручные материалы
в этих целях. Использование насосов, в качестве турбин, как описано выше, может также
уменьшить затраты. Так как центробежные водные насосы доступны на местах, этот
выбор поможет избежать необходимость импорта оборудования; и так как насосы знакомая технология для местного технического персонала, это оборудование может
обслуживаться усилиями местных техников, в случае возникновения проблем.
Переделанные насосы вообще менее эффективны, чем специальные гидротурбины, но в
некоторых случаях они могут быть лучшим выбором. Точно так же и двигателями можно
управлять "в обратную сторону", и использовать как генераторы; насосы обычно
покупаются с приспособленным двигателем, и в целом это может использоваться в
качестве турбины/генераторной установки.
Новые технологии
Ветер, солнечная энергия и энергия воды - доказанные технологии, которые уже
используются успешно для производства электричества в ряде мест в Африке и во всем
мире. Эта секция описывает три многообещающих технологии, которые использовались в
экспериментальных программах, но не были полностью опробованы и доказаны в
крупном масштабе. В будущем они могут стать более значимыми как возобновляемые
источники электричества.
Энергия, получаемая с помощью животных
Системы, основанные на использовании мускульной тяги животных, состоят из
электрического генератора, с приводом от животных (обычно корова, бык, вол, или
лошадь). Животное запрягается в устройство с металлическим ручками, которые
управляют набором передач, установленными внутри рамки. Генератор переменного тока
преобразовывает движение в системе передач в переменный ток, который может
использоваться непосредственно на станции или может быть сохрAneно в батареях. В
отличие от энергии ветра или солнечной энергии, продукция энергосистем,
использующих мускульную тягу животных, предсказуема и может быть постоянной в
течение года, в зависимости от наличия животных.
84
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
Краткое резюме
Энергия, получаемая с
помощью животных
Системы, работающие с помощью животных, используют мускульную тягу
животных, чтобы произвести электричество.
Эти системы имеют низкие эксплуатационные расходы и подходят для
сельских районов, у которых нет свободного доступа к специальным
знаниям и оборудованию.
В отличие от других возобновляемых источников энергии, таких как энергия
ветра и солнечная энергия, продукция систем, работающих с помощью
животных, не зависит непосредственно от климата или географии на
месте - но это действительно зависит от наличия и возможности
использования животных.
Стоимость животных зависит от того, есть ли уже у станции в наличие животные, и
используются ли они обычно в других целях. Должны быть приняты во внимание другие
издержки постоянной потребности станции в наличии фермерских животных.
Затраты на обслуживание таких систем низки. Главное требование к обслуживанию –
необходимость ухода за животными, наряду с регулярными проверками механических
деталей и электроарматуры.
PETRA (Production d’Electricite Par Traction Animal, или Производство энегрии с помощью
животных) является системой, использующей мускульную тягу животных, разработанной
для радиостанций, которые в настоящее время являются пилотными в Африке (см.
Приложение D.2 для получения дополнительной информации о PETRA).
Биогаз
Биогаз - газ, произведенный в процессе брожения органического вещества в отсутствие
кислорода. Завод биогаза может преобразовать навоз, растительное вещество, и другие
отходы от сельского хозяйства и скотобоен в горючий газ, обычно метан.
«Сердце» завода по производству биогаза - систематизатор, контейнер, где происходит
процесс брожения. На небольших заводах систематизатор часто строится под землей, с
использованием кирпичей или цемента.
85
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
Краткое резюме
Биогаз
Биогаз - газ, произведенный в результате разложения органического
вещества – обычно навоза или нечистот – в отсутствие кислорода.
Биогаз может использоваться вместо твердого топлива в электростанции,
но нуждается в переработке, чтобы удалить примеси.
Потребность в регулярных поставках органического вещества может
сделать заводы по производству биогаза более затратными по сравнению с
другими технологиями производства электричества.
Большие животноводческие хозяйства, сельскохозяйственные заводы,
скотобойни, и рынки - потенциальные источники материала для заводов по
производству биогаза.
Органическое вещество подается в систематизатор, и получившийся биогаз далее
собиратеся в верхней части контейнера.
Биогаз может использоваться через прямое сгорание (в лампах или печах, например) или
как топливо для производства электричества. В теории большинство двигателей,
первоначально предназначенных для автомобилей, грузовиков, судов или постоянного
использования, могут работать на биогазе. Главное препятствие поколению
электричества, использующему биогаз, являются примеси в газе. В частности, зеленоватожелтое содержание газа должно быть сохранeно настолько низким насколько возможно,
чтобы избежать повреждения генератора.
Усовершенствованный процесс брожения или методы фильтрации также необходимы,
чтобы максимизировать количество метана в газе. Как только биогаз должным образом
очищен, относительно просто использовать его для генератора электричества,
разработанного изначально для дизельного топлива, но работающем на очищенном
биогазе. Это не требует каких-либо ноу-хау или усилий для управления генератором,
работающем на дизеле.
Стабильность электричества из завода биогаза настолько надежна, насколько надежен
процесс поставки органического вещества для производства биогаза. Сбор этого вещества
и поставка его для завода по производству биогаза могут отнимать много времени и быть
энергоемкими. С этой точки зрения, биогаз как источник электричества является наиболее
приемлемым для станций, которые расположены близко к надежным источникам
соответствующего материала, такого как большие животноводческие хозяйства,
86
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
скотобойни, сельскохозяйственные области, или коммунальные учреждения - как рынки,
где ежедневно накапливаются отходы растительного и животного происхождения.
Некоторые видят заводы по производству биогаза – для прямого его сгорания в печах или
лампах − как многообещающее решение проблем энергетической бедности и
сверхэксплуатации лесистых местностей. С 2010 планируется ввести десятки тысяч
заводов по производству биогаза с этой целью в Эфиопии, Руанде и Танзании в течение
следующих нескольких лет (дополнительную информацию см. Приложении D.2). В
Африке, как и в других развивающихся странах, использование биогаза для того, чтобы
произвести электричество встречается относительно редко и ограничено несколькими
пилотными заводами. Например, экспериментальные проекты находятся на стадии
реализации в Кении, чтобы увидеть, жизнеспособно ли производство электричества от
биогаза на крупномасштабных заводах.
Масло ятрофы
Масло ятрофы - растительное масло, произведенное из семян растения ятрофа, которое
может выжить на суходолах и неплодородных землях. Ятрофа - одно из немногих
зерновых культур − включая сахарный тростник и масличную пальму − у которых есть
потенциал для производства электричества. Когда семена ятрофы перемалываются,
получающаяся масличная масса может быть обработана, чтобы произвести
высококачественный биодизель, который может использоваться в приспособленном для
этого дизельном генераторе. Остаток от процесса перемалывания (также известный как
жом) может быть обработан и использоваться в качестве топливного источника для
электрозаводов или как удобрение. Преимущество ятрофы состоит в том, что это растение
может выращиваться на неплодородной земле, где другие зерновые культуры не могут
расти. Оно также эффективно при предотвращении эрозии почвы, и их листья
используются как обогащающая почву мульча. Растения ядовиты для животных (так же
как для людей) и по этой причине эффективны как “живая изгородь”, чтобы содержать
животных.
Краткое резюме
Масло ятрофы
Масло ятрофы добывается из семян растения ятрофа.
Ятрофа – устойчивая культура, которая может расти на неплодородных
землях. В дополнение к тому, что из него можно получать масло, растение
помогает предотвратить эрозию почвы и может использоваться для «живой
ограды» для домашнего скота.
Обычный дизельный генератор не приспособлен для работы на масле из
ятрофы, но он может быть приспособлен для работы и на масле, и на
дизельном топливе.
Масло ятрофы - многообещающий топливный источник, но еще не был
апробирован в крупных масштабах в Африке.
87
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
Неудобство в том, что ятрофа потребляет много воды, и то, что она может конкурировать
с другими продовольственными зерновыми культурами, если будет использоваться в
крупном масштабе.
Обычный дизельный генератор не приспособлен для использования масла ятрофы. Есть
специальные генераторы, работающие как на масле ятрофы, так и на обычном дизеле, но
они дорогостоящие и не так легкодоступны в Африке. Обычный дизельный генератор
может быть приспособлен для использования маслы ятрофы, но приспособление это
сложный процесс, который обычно осуществляется в специализированном
конверсионном центре, а таких лишь несколько в Африке. Непрофессиональное,
любительское приспособление дизельных генераторов для использования масла ятрофы
не рекомендуется.
Масло ятрофы набирает популярность в последние годы, и много иностранных компаний
вложили капитал в плантации ятрофы в Африке и в других местностях, с целью продажи
масла для топлива. Успешное использование масла ятрофы в Африке практикуется лишь в
ряде мест, но еще не доказано в крупном масштабе.
Рисунок. 5.12
Специальный
генератор, который
может работать и на
бензине, и на масле
ятрофы. Обычный
дизельный генератор
может быть
приспособлен для
использования маслы
ятрофы, но это
требует участия
профессиональных
техников .
Фото: Energiebau,
CAMECO
88
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
6
Генераторы
Генераторные
установки,
которые
используют двигатель
внутреннего сгорания и электрический генератор для выработки электроэнергии,
являются наиболее распрострAneнным источником
электричества в Африке, в
значительной
степени потому,
что
они легкодоступны,
имеют
относительно
низкие начальные затраты и обеспечивают электричеством по необходимости (пока
топливо доступно). Тем не менее, эксплуатационные расходы высоки в связи
с высокой стоимостью топлива. Регулярное техническое обслуживание и надлежащее
использование генераторов может помочь сократить эти расходы.
Краткое резюме
Генераторы
Генераторные установки состоят из двигателя внутреннего сгорания,
работающем на газе или жидком топливе, а также электрического
генератора. Жидкое топливо это дизельное топливо, бензин, пропан,
биодизель, и биогаз.
Генераторные установки являются популярным источником энергии в
Африке из-за
их
низкой
первоначальной
стоимости и
способности обеспечивать питание по необходимости (пока топливо
доступно).
Расходы на приобретение, хранeние и транспортировку топлива означают,
что генераторы имеют очень высокие эксплуатационные расходы по
сравнению с большинством технологий использования возобновляемых
источников энергии.
Неэффективность
низких
нагрузок
влияет
на
тенденцию использования большего объема топлива при работе на низкой
мощности (менее
половины генератора от номинальной
мощности).
Это является
основной
причиной высоких эксплуатационных
расходов для электростанций.
Задачи обслуживания включают в себя проверку масла и охлаждающей
жидкости, замены масляного фильтра. Генераторные установки, которые
используются регулярно, должен осматривать, по крайней мере, один раз в
год профессионал.
89
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
Устройство
Генераторные установки состоят из двигателя внутреннего сгорания, на базе жидкого
или газообразного топлива, что приводит в действие электрический генератор.
Двигатель преобразует топливо
в
механическую
энергию,
которую генератор преобразует в переменный электрический ток. Механику иногда
относят к головной части двигателя и блоку цилиндров. Последний блок из
металла содержит цилиндры двигателя. Предыдущий блок находится над блоком
двигателя и управляет воздухом и топливом, что приводит в движение цилиндры. Ниже
перечислены
основные виды генераторов,
классифицированных
по
топливу,
используемому в них.
Рис. 6.1
Один из двух дизельных генераторов на 70 кВт в
Радио-Pacis, Уганда. Глава 10 содержит
больше информации о Радио-Pacis и
энергетической технологии.
Фото: CAMECO
Рис. 6.2
Портативный 3 кВт-ный генератор (слева) и открытый
генератор на 10 кВт (справа).
Фото: Yamaha, Lister Petter
Дизельные генераторы являются более дорогостоящими, чем бензиновые генераторы, но
имеют более длительный срок службы, более высокую экономию топлива и производят
меньше шума.
Бензиновые генераторы также широко используются в Африке. Они дешевле, чем
дизельные генераторы и имеют меньшие размеры. Они работают на более высоких
90
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
скоростях, чем дизельные генераторы (в основном около 3600 оборотов в минуту). В
результате, они имеют короткий срок службы и низкую эффективность использования
топлива. Если нагрузка очень мала, их лучше использовать в экстренных случаях, с
объемом
работы
не
более,
чем
около
400-600 часов
в
год.
Пропановые генераторы тише, чище и безопаснее, чем дизельные и бензиновые.
Они хорошо подходят для использования в гибридной системе с солнечными
батареями или энергии
ветра, хотя они
не
идеальны в
качестве
основного
источника энергии.
Врезка 6.1
Многофункциональная платформа – универсальный
генератор
Многофункциональная
платформа
(MFP)
является
генератором,
разработанным, чтобы выполнить много различных задач одновременно.
Механическая энергия платформы может использоваться для мельницы, для
початкоочистителей, и водных насосов; или быть преобразованным в
электричество для освещения, охлаждения, или зарядки батареи.
Преимущество MFP состоит в том, что это - источник энергии все-в-одном.
Она может быть легко транспортирована в сельские районы, и члены
сообщества могут обучаться самостоятельно его использовать и
обслуживать.
MFP использовалась в ходе реализации программ развития в ГAne и Мали.
При реализации последних программ, организации, основанные на базе
сообществ – особенно женские группы – поощрялись для закупки MFP для
своих деревень по уменьшенной стоимости. MFP коммерчески не так
доступна, и она подходит для использования всей деревеней, а не
отдельными пользователями, такими как радиостанции. Однако, некоторые
радиостанции могут быть в состоянии использовать энергию из MFP,
установленных в их деревнях.
Биодизельный генератор работает на растительном масле или животном жире. Масло
растения ятрофа - перспективное топливо в Африке (см.’ Глава 5, для получения
дополнительной информации о масле ятрофы).
Биогаз может также использоваться в генераторах, если его переработать, чтобы удалить
примеси и увеличить содержание метана в нем (см.’ Глава 5, для получения
дополнительной информации о биогазе).
Стоимость и производительность
Генераторные установки оцениваются согласно их мощности, напряжению, и топливной
экономичности. Напряжение обычно 120 V или 240 V переменного тока. "Маленькие"
генераторы для использования вне общей страновой электросети колеблются от 1 000 Вт
до 10 кВт. Типичные начальные затраты для дизельного генератора в этом диапазоне
91
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
составляют от 800$ до 1 000$ за номинальный кВт. Начальная стоимость бензинового
генератора является примерно вполовину меньше, чем стоимость дизельного генератора.
Расчетные параметры генератора часто даются в вольт-амперах (VA), а не в ваттах (W).
Это связано с тем, что фактическая мощность генератора зависит от электрического
явления, названного коэффициентом мощности (кратко описано в Главе 1). Коэффициент
мощности означает, что для нагрузки переменного тока фактическая мощность генератора
обычно меньше, чем полная мощность на коэффициент от 0.7 до 0.8.
Топливная эффективность дизельного генератора, как правило, от 2,5 до 3,0 кВт на литр,
когда у него большая нагрузка. Расход топлива уменьшается при низких нагрузках, а
легкие нагрузки - на 40% или меньше, чем номинальная мощность, могут привести к
повреждению генератора,
к
тому
же
они
являются неэффективными.
Как правило, генератор не должен работать менее чем наполовину его номинальной
мощности, и чем больше рабочей мощности, тем более эффективным оно будет. Когда
это возможно, генераторы должны использоваться в течение короткого периода на
высоких уровнях мощности, а не в течение длительного времени на более низких
уровнях мощности.
Длительность ресурса генератора зависит от его типа и от своевременной замены
запчастей. Для дизельного генератора основная часть может нуждаться в замене после
8000 часов работы (около 3, 5 лет при ежедневной нагрузке – по 6 часов), и блок
цилиндров – после 16000 часов работы (около 7 лет при ежеденвной нагрузке по 6 часов).
Ресурс бензиновых генераторов значительно короче, чем у дизельных.
ЧЗВ 6.1
Как я могу снизить затраты на топливо генератора?
Ниже приведены некоторые меры, которые могут быть пригодны для
станций, заинтересованых
в
снижении затрат
на
топливо.
Использование генераторов при высокой мощности там, где это возможно они значительно менее эффективны при малой мощности. Одним из
вариантов является
использование генератора для
зарядки батарей.
Несмотря
на первоначальную
стоимость батареи, в
долгосрочной
перспективе это может быть дешевле, чем с помощью генератора при малой
мощности в течение длительного времени.
Внимание: многие батареи (в том числе большинство солнечных батарей) не
предназначены
для быстрой
зарядки от генератора.
Выбор хороших
аккумуляторов важен при зарядке от генератора.
Небольшие генераторы являются более предпочтительными, чем
один большой генератор. Прежняя система может обслуживать большие
нагрузки путем объединения небольших генераторов, и малые нагрузки за
счет
отключения
одного
или
нескольких генераторов
и
эксплуатации других при высокой мощности. С другой стороны, один
большой генератор может обслуживать большие нагрузки, но может
92
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
обслужить небольшие нагрузки, работая
следовательно, низкой эффективности).
на
малой
мощности
(и,
Если генератор используется
в
качестве аварийного
питания,
небольшой генератор может
быть
достаточен, если он
используется
только для питания критических нагрузок (например, компьютеров и
передатчика), а не для несущественных нагрузок (например, кондиционеры).
Использование ВЭТ от заряда батарей в то время, когда общая нагрузка
станции невелика (например, если свет горит ночью, в то время как
выключен
передатчик). Это
позволит экономить
энергию,
не
используя генератор на малых нагрузках, для которых генератор является
неэффективным.
Организовать обучение одного или нескольких сотрудников, чтобы они
могли выполнять ежедневные и еженедельные задачи по обслуживанию
оборудования. Оплатить услуги профессионального специалиста для оценки
состояния генератора и капитального ремонта, если это необходимо.
Выигрыш в эффективности
работы
оборудования может
компенсировать затраты на оплату механика.
Обслуживание
Генераторные установки требуют регулярного технического обслуживания больше, чем
батареи и технологии использования возобновляемых источников энергии, хотя
требования к техническому обслуживанию меньше, если генераторы используются в
качестве резервных,
а
не основных источников
питания.
Для электростанций,
использующих в качестве основного источника питания
топливо, масла, охлаждающие жидкости, необходима ежедневная проверка на
герметичность. Уровень масла и охлаждающей жидкости должен проверяться раз в
неделю. Генератор должен быть тщательно осмотрен специалистами на ежемесячной,
полугодовой или
годовой
основе (в
зависимости от
того,
насколько
часто используется генератор). Наконец, моторное масло и масляный фильтр необходимо
менять примерно через каждые 1000 часов работы (или после 6 месяцев работы, при
ежедневной нагрузке по 6 часов).
93
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
Хранeние и регулирование
электричества
7
Для энергогенерирующих технологий для обеспечения доступности и надежности
электричества,
как
правило, необходимо
ее
хранeние
и
регулирование
Хранeние необходимо, поскольку сроки энергоснабжения как правило, не совпадают со
сроками энергетической нагрузки, аккумуляторы накапливают энергию, так что она
может быть собрана, когда природа (или наличие общедоступной электросети) позволяют
это, и
энергия
потребляется,
когда
пользователи в
ней
нуждаются.
Преобразователи и контроллеры заряда ведут учет электрической энергии, которая входит
и
выходит
из аккумуляторных
батарей, они
гарантируют,
что правильный тип и количество электричества проходит через батареи и электрические
нагрузки. Электрическое регулирование включает в себя решение проблем с перебоями в
подаче электроэнергии и колебаний, которые являются серьезной проблемой в Африке, и
в этой главе перечислены некоторые техники и стратегии, которые станции могут
использовать
для
защиты оборудования от
этих
недостатков. Регулирование
также помогает справиться с критическими нагрузками – это нагрузки, у которых самая
большая потребность в непрерывном высококачественном электричестве - и, чтобы
оградить эти нагрузки от потерь мощности в других частях системы.
Батареи
Устройство
Батареи преобразуют химическую энергию своих активных веществ в электрическую
энергию, которая течет через терминалы в виде постоянного тока. Типичная свинцовокислотная батарея состоит из ряда элементов (рис. 7.1), каждый из которых содержит
набор положительных и отрицательных пластин (электроды), разделенных сепаратором и
погруженных в кислотный раствор (электролит). Пластина включает решетку из
неактивного материала, которая хранит активное вещество. Каждая клетка помещена
в корпус батареи из резины или пластика. Активные вещества в батарее - паста на
поверхности пластин и химических веществ в электролите (как правило, серная кислота).
94
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
Рис. 7.1
Одна из клеток батареи. Это
заполненная клетка, т.е. залитая
жидким электролитом. Клетки с
нежидким электролитом работают
так же, как и заполненные клетки
(см. Ниже “Связанные
электролиты”).
Диаграмма: автор
Когда батарея подключена к электрической нагрузке, серная кислота вступает в реакцию с
пластинами для управления электроэнергией через нагрузку. Эта реакция приводит к
превращению части серной кислоты в твердый сульфат, который накапливается на
пластине батареи, и батарея, таким образом, разряжается. Когда батарея заряжена
происходит обратный процесс, сульфат превращается обратно в серную кислоту.
Состояние заряда аккумулятора соответствует количеству серной кислоты, которое не
было преобразовано в сульфат. Емкость аккумулятора определяется количеством
активного вещества в нем. Газообразование происходит, когда батареи продолжают
заряжаться вследствие превращения всего сульфата в серную кислоту, в результате чего
батарея образует водород и кислород. Саморазряд происходит внутри батареи, даже если
аккумулятор не подключен к электрической нагрузке.
Батареи различаются в завивисмости от химических веществ, используемых в пластинах,
и электролитов, количества, плотности их пластин, и от того, закрыты ли они или нет.
Эти факторы определяют, насколько глубоко они могут быть разряжены (их глубокий
цикл исполнения), их допустимую перегрузку и недозагрузку, скорость их саморазрядки
и сколько они требуют обслуживания. Основные виды батарей, подходящих для
радиостанций это:
Наполненные, глубокого цикла, свинцово-кислотные батареи. Они имеют жидкие
электролиты и толстые свинцово-сурьмяные пластины, что делает их надежными при
высоких температурах, и обеспечивает им хороший глубокий цикл работы. Недостатком
является то, что они имеют высокий уровень саморазрядки и подвержены
газообразованию, по этой причине они нуждаются в регулярном обслуживании (в том
числе необходим доступ к дистиллированной воде или чистой дождевой воде).
Наполненные клетки также называют мокрыми клетками или вентилируемыми клетками
(так как электролит и газы могут выходить через отверстия в корпусе батареи).
95
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
Связанные электролиты. В этих аккумуляторах электролит собирается определенным
образом, и батарея запечатывается. Два основных типа это гелевые батареи и батареи с
адсорбирующим
матовым стекловолокном. Они часто рекламируется как не
нуждающиеся в обслуживании. Недостатком является то, что если они запечатаны, то
невозможно пополнить электролит, в случае выхода газа. Они должны использоваться
только с качественным контроллером заряда, который включает температурную
компенсацию. У них более короткий срок службы, чем у хорошо обслуживаемых
наполненных батарей, но более длительный срок службы, чем у наполненных батарей,
которые плохо обслуживаются. Эти батареи также известны как запечатанные или VLRA
(герметизированные свинцово-кислотные) батареи.
SLI-батареи (starting (запуск), lighting (освещение) и ignition (зажигание)) . SLIбатареи, такие как автомобильные аккумуляторы, разработаны, чтобы давать большой
ток в течение короткого периода, и имеют низкие показатели глубокого
циклирования. Они дешевле, чем батареи глубокого циклирования, особенно в
развивающихся странах, но имеют короткий срок службы при работе с
генератором или ВЭТ.
Стационарные батареи. Часто встречается в источниках бесперебойного питания
(ИБП), эти батареи предназначены для нечастого использования и имеют низкие
эксплуатационные расходы. В них есть свинцово-кальциевые пластины, которые имеют
минимальное газовыделение и низкую скорость саморазряда. Тем не менее, они работают
плохо, если они неоднократно разряжались более, чем на 25%.
Рис. 7.2
Две наполненные
свинцово-кислотные батареи.
Батаре справа оснащена
цилиндрическим “рекомбинационным колпаком”.
Устройство присоединено к вентилю батареи,
где захватываются выделяемые газы из батареи,
и автоматически рекомбинируются их с электролитами.
Фото: CAMECO
Рис. 7.3
Связанный электролит,
или батарея "без обслуживания".
В отличие от наполненных и
вентелируемых батарей,
батареи “без обслуживания”
запечатаны и не содержат
жидкий электролит.
Фото: CAMECO
96
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
Производительность
Батареи оцениваются согласно их напряжению и емкости.
Напряжение является мерой скорости, с которой батарея может поставлять энергию при
нагрузке. Номинальное
напряжение одной
свинцово-кислотной ячейки составляет
2 В. Соединение ячейки в серии повышает напряжение. В свинцово-кислотных баттареях
в 24В, например, соединены 12 свинцово-кислотных элемента. Напряжение аккумулятора
варьируется в зависимости от состояния заряда и типа тока.
Емкость есть мера для количества заряда батареи, который она содержит. Как
правило, измеряется в Ампер-часах (Ач). Один Ач доставляет ток в 1А в течение 1
часа. Например, аккумулятор, рассчитанный на 500 А, может обеспечить 5 А тока в
течение 100 часов, 50 А в течение 10 часов, и так далее. Ампер-час не является мерой
энергии аккумулятора
(см. ЧЗВ 7.1
о том,
как
преобразовать амперчасы в ватты или киловатты).
Батареи, которые разряжаются медленно, доставляют больше энергии, чем батареи с
быстрой разрядкой. Емкость аккумулятора также зависит от возраста батареи, батареи в
конце ее номинального
срока
службы
имеют
около
80%
от
своей
первоначальной емкости.
Емкость батареи, которая необходима для станции, зависит от надежности используемого
источника энергии: чем больше частота и продолжительность отключений источника
энергии, тем больше требуется запаса энергии. Для системы, которая опирается
на технологии использования возобновляемых источников энергии, установленная
мощность батареи должна быть примерно в пять раз больше энергии, которая
должна использоваться
ежеденвно. Есть
три
причины для
этого большого дерейтингового фактора.
Максимальная
глубина разрядки. Стандартное глубокое циклирование батареи
должно
сбрасываться более
чем
на
20-30% на
регулярной
основе,
редкими разрядками до 50%.
не
с
Резервная энергия. Станции, которые сильно зависят от возобновляемых источников
энергии, таких как солнечные батареи или ветровой энергии должны хранить запас
энергии на два-три дня в случае длительных периодов без солнца или ветра.
Эффективность зарядки. Процесс хранeния энергии в батареи не эффективен: часть
энергии, поставляемой в батарею, теряется в виде нагревания батареи. Для свинцовокислотных
аккумуляторных
батарей
потери
составляют
около
5-10% от
поставляемой энергии. Для наполненных
батарей этот
показатель немного
выше,
около 15-20%.
ЧЗВ 7.1 описывает, как подсчитать необходимый потенциал батареи, если известно
сколько составляет расход энергии ежедевно.
97
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
Срок службы батареи указывается с учетом периода цикла или времени, прежде чем
емкость батареи и напряжение упадет ниже определенного процента от ее
первоначального уровня. Циклы представляют
собой
суммарный
поток энергии
через батарею, например, разрядка батареи пять раз по 20% это один цикл.
Float life
- “Плавающий” срок службы показывает, как долго аккумулятор,
подключенный к системе будет продолжать действовать в случае, если он не
используется или используется лишь иногда. Данный показатель не очень хорош для
определения долговечности батарей, используемых с генераторами и ВИЭ, так как
они часто разряжаются.
ЧЗВ 7.1
Какой потенциал батарей необходим для моей станции?
Следующая формула может быть использована для расчета емкости батареи
для нужд станции, когда известен желаемый ежедневный объем энергии
аккумулятора.
Производительность [Вт] = суточная производительность батареи [Вт] х
дней автономии [день] / (максимальный уровень разряда х эффективность
разряда).
"Максимальный уровень разразряда" это выражение пропорции объема, до
которого батаери могут быть безопасно разряжены. Как правило, это около
0,5 (то есть батареи должны быть разряжены не более чем на 50%).
"Эффективность разряда» выражает количество энергии аккумулятора,
которую он принял к количеству энергии, которую он отдал, как правило,
это соотношение от 0,7 до 0,9 (т.е. аккумулятор выдает от 70% из 90%
принятой энергии). Для ВЭТ системы, емкость батареи должна быть
примерно в пять раз больше энергии, которую необходимо извлекать из
батареи каждый день. Например, если станция планирует извлекать 5 кВт в
день от батареи, емкость батареи должна быть примерно 25 кВт.
Следующая формула преобразует кВт/ч в ампер-часы для выбора
аккумулятора:
C = E/V
Е - энергия аккумулятора (в ваттах), V - номинальное напряжение батареи
(в В), С - емкость (в ампер-часах). V, как правило, 24 или 48 В.
Например, 24 В- ые системы с мощностью 25 кВт/ч соответствует
общей мощностьи в 1040 ампер-часов (25 000 Вт/24 В).
98
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
Срок службы аккумулятора зависит от типа используемого аккумулятора, температуры,
частоты и глубины разряда, среднего состояния зарядки и методов зарядки.
Глубоко циклированные наполненные батареи могут использоваться до 10 лет, если они
имеют высокое качество и хорошо обслуживаются. Тем не менее, их срок службы будет
значительно короче, если они плохо обслуживаются или плохо используются. По мере
повышения температуры электрохимическая активность аккумулятора возрастает, а при
понижении падает. Поэтому при увеличении температуры окружающей среды емкость
аккумулятора увеличивается, а при понижении температуры - уменьшается. При сильном
повышении температуры увеличивается скорость коррозии пластин, из-за чего
уменьшается срок их службы. Особенно это касается эксплуатации герметизированных
аккумуляторов (повышение температуры аккумуляторов во время эксплуатации на
каждые 10 градусов °С приводит к сокращению срока службы батареи в два раза).
Еще одним важным фактором является то, что у батарей возникают проблемы при запуске
мощных тепло-производительных устройств, таких, как микроволновая печь, утюг
водяной насос, или электрически насос. Кондиционеры также лучше питать от
генератора или общей электросети, а не от батарей.
Предупреждение: производители батарей часто не оценивают скорость работы батареи в
зависимости от условий заряда и разряда при использовании батарей, связанных с ВЭТ
или генераторами, активности и регулярности использования. Потребитель вправе
попросить продавцов батарей об оценке их работы в условиях, при которых
осуществляется их эксплуатация на местах.
Рис. 7.4
Место хранeния
батарей
в Radio Pacis в Уганде.
Это большое
хранилище содержит
200 батарей,
каждая на 2Вт и
250 Ач,
дающих в
совокупности
50 кАч.
Фото: CAMECO
99
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
ЧЗВ 7.2
Каковы основные причины неисправности аккумулятора и
как их можно устранить?
Глубокая разрядка. Каждый раз, когда аккумулятор сильно разряжен,
некоторая часть активных веществ попадает на пластины и выпадает на дно
батареи, ослабляя батарею.
Решение. Правильно измеряйте заряд аккумулятора и блока питания,
используйте контроллер заряда (см. Главу 6. о контроллере заряда).
Низкий заряд. Сульфат остается на пластинах аккумулятора, когда он не
полностью заряжен. Со временем этот сульфат твердеет и не может быть
удален при перезарядке. Кроме того, иногда газы смешиваются с
электролитом, и это останавливает стратификацию (накопление кислоты в
нижней части батареи).
Решение. Правильно измеряйте заряд аккумулятора и блока питания,
используйте контроллер заряда (см. Главу 6. о контроллере заряда). Не
отключайте батареи от зарядного устройства во время нахождения
аккумулятора в разряженном состоянии. Проверяйте батареи на состояние
заряда в "темные дни" или в периоды малой мощности. Применяйте
выравнивания заряда (см. "Контроллер заряда" ниже) несколько раз в год.
Чрезмерное выделение газов. Некоторое газообразование хорошо для
батареи. Но слишком много газа смещает активное вещество с пластин,
сокращая срок службы батареи.
Решение. Правильно измеряйте заряд аккумулятора и блока питания,
используйте контроллер заряда (см. Главу 6. о контроллере заряда).
Низкий уровень электролита. Сульфат скапливается на пластинах в
большем количестве, если к пластины есть доступ воздуха. Если уровень
электролита остается низким, сульфат может затвердеть и будет невозможно
его удалить с помощью подзарядки.
Решение. Пополните ячейки водой (не кислотой), когда уровень
электролита падает. Это не следует делать во время разрядки: уровень
электролита всегда падает немного, когда ячейки разряжены.
Непоследовательность заряда. Если ячейки значительно различаются по
своему состоянию заряда, сульфатация и расслоение может еще более
100
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
ослабить эти ячейки и в целом производительность батареи падает.
Решение. Проверйте состояние заряда каждой ячейки раз в месяц.
Применяйте выравнивание заряда, если некоторые ячейки значительно
слабее, чем другие. Не используйте батареи одного типа или марки с
батареями другого типа или марки.
Саморазрядка. Свинцово-кислотные аккумуляторные батареи разряжаются
сами по себе, даже если они не используются, что делает их
восприимчивыми к сульфатации, если они не перезаряжаются.
Решение. Храните батареи в прохладном месте, когда они не используются,
перезаряжайте батареи каждые шесть месяцев. Проверьте степень заряда
аккумулятора перед покупкой, так как батареи порой до продажи не
используются в течение длительного времени. Если они недозаряжены, они
могут также иметь устойчивую сульфатацию или расслоение.
Загрязненный электролит. Примеси в электролите могут создать короткое
замыкание внутри аккумуляторной батареи.
Решение. Используйте дистиллированную воду для пополнения
электролита. Чистая дождевая вода является приемлемой, но не идеальной.
Коррозия. Высокие температуры ускоряют коррозию пластин и клемм
батареи.
Решение. Храните аккумулятор в прохладном месте, если это возможно.
Очищайте клеммы аккумулятора раз в месяц или чаще, если это
необходимо, для удаления коррозийного налета.
Обслуживание
Обслуживание важно для наполненных свинцово-кислотных батарей, особенно в жарком
климате. Обслуживание батареи занимает примерно два часа в неделю и должно быть
выполнено обученным техником или кем-то, кто был проинструктирован специалистом
по обслуживанию аккумулторов. Полный срок эксплуатации батареи может также быть
расширен за счет правильного измерения заряда батареи и электропитания, и при
использовании хорошего контроллера заряда (см. "Контроллер заряда" ниже).
Безопасность
Батареи потенциально очень опасны, и пользователи должны знать о трех главных
опасностях:
Серная кислота в электролите (в наполненных батареях) является едкой. Защитная
одежда, в дополнение к защите ног и глаз важна, при работе с батареями.
101
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
У батарей есть способность производства тока высокого напряжения. Если
металлический объект случайно помещен через клеммы батареи, через этот объект может
пойти ток высокого напряжения. Присутствие ненужных металлических объектов
(например, драгоценности) должно быть минимизировано, у инструментов должны быть
изолированы металлические ручки.
Рис. 7.5
Батареи представляют потенциальную опасность,
и должны быть маркированы таким образом,
как это сделано на Radio Pacis,
Уганда.
Фото: CAMECO
Опасность взрыва вследствие генерирования газоов - водорода и кислорода. Во
время процессаа заряда, особенно перезарядки, некоторые батареи, включая большинство
батарей, используемых в системах солнечной энергии, могут генерировать потенциально
взрывчатую смесь газа - водорода и кислорода. Чтобы снизить риск взрыва, используется
вентиляция, чтобы предотвратить накапливание этих газов, потенциальные источники
воспламенения (то есть цепи, которые могут произвести искры или дуги) должны быть
устранeны из приложения батареи.
Инверторы (преобразователи)
Инверторы преобразовывают поток ПоТ в поток ПеТ (Глава 1 кратко описывает ПоТ и
ПеТ). Они часто используются, чтобы преобразовать поток ПеТ из аккумуляторов,
солнечных батарей, или ветряного двигателя в поток ПоТ для использования в приборах
на станции. Инверторы используют трансформаторы, чтобы увеличить низкое
напряжение от батареи или ВЭТ до высокого напряжения, требуемого для студии.
Некоторые инверторы могут также действовать "наоборот" как ректификаторы,
преобразовывая поток ПоТ из генераторов, ветряных двигателей, или ГЭС в поток ПеТ
для хранeния в аккумуляторной батареи.
102
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
Рис. 7.6
Инвертор на Radio Voice of
Life в Уганде.
Два белых объекта
и черный объект –
инверторы 1кВт солнечной
батареи.
Синий объект в верхней части –
котроллер.
Фото: CAMECO
Калибровка. Инверторы обычно измеряются согласно их максимальной непрерывной
выходной мощности. Большинство инверторов могут обращатьс со значительно большей
мощностью, чем их номинальный размер в течение коротких промежутков времени; это
полезно для случайных нагрузок, таких как запуск двигателя. Это хорошая идея - купить
инвертор, который мощность котрого оценивается приблизительно на 25 % выше, чем
объем нагрузок, для которых он будет работать, для случаев, если эти нагрузки
увеличатся. Производительность инвертора зависит от температуры и обычно
уменьшается приблизительно на 1 % для каждой дополнительной степени температуры
выше 25°C. Этот эффект должен быть принят во внимание, при оценке и определении
местонахождения инвертора, и инверторы не должны быть расположены под прямым
солнечным светом.
Эффективность. Эффективность инвертора это процент от входящей энергии и энергии,
которая возможна на выходе работы инвертора. Обычно хороший показатель это более
чем 90%, когда устройство работает в рамках его максимальной непрерывной мощности,
но этот же показатель хуже при низкой мощности. Средняя эффективность значительно
различается в инверторах и может быть важным критерием выбора. В целом,
эффективность инвертора составляет примерно 80-90%; эти потери должны быть приняты
во внимание, при измерении электропитания. Инверторы могут сохранять энергию, даже
когда они не испытывают нагрузку. Чтобы минимизировать траты, у некоторых
инверторов есть функция “спящего режима”, которая сохраняет энергию в несколько Ватт
в отсутствие нагрузок.
Формы исходящей волны. У волны потока ПеТ есть три главных формы: прямоугольная
волна, измененная синусоидальная волна, и чистая синусоидальная волна. Инвертор
прямоугольной волны наименее дорог и дает самый низкий результат по качеству. Он
103
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
подходит только для нагрузок, имеющих сопротивление, таких как нагреватели с
сопротивлением и лампы накаливания. Измененные синусоидальные волны являются
промежуточными по стоимости и качеству между прямоугольной волной и чистой
синусоидальной волной. Наиболее распространeнные в домохозяйствах и другие рабочие
приборы могут работать на измененных синусоидальных волнах. Для высококачественной
производительности радиооборудования, таким как микшеры, CD-плееры и передатчики,
станциям надо управлять чистыми синусоидальными волнами. Возможно и управление
измененными синусоидальными волнами потока ПеТ, но это несколько исказит звук и
может сократить срок службы оборудования с чувствительной электроникой.
Однако, для такого оборудования не подходят потоки прямоугольной волны.
Параллельный инвертор может работать одновременно с генератором. При
переключении параллельного инвертора можно использовать или инвертор, или
генератор, но не оба одновременно.
Дополнительные функции. Инверторы могут быть с дополнительными функциями,
такими как зарядка батареи, отключение при перепадах напряжения, автоматический
запуск и остановка резервного генератора, и контроллер заряда MPPT (Maximum Power
Point Tracker, см. “Контроллер заряда” ниже).
Рис. 7.7
Инверторы и контроллеры
заряда могут быть
расположены в одном оборудовании,
как это сделано
в девайсе от B.BEAM.
Фото: CAMECO
104
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
Контроллеры заряда
Контроллеры
заряда регулируют
поток тока
от источника
энергии в
батарее. Хорошие контроллеры заряда значительно
продлевают
срок
службы
батареи и способствуют
оптимальному
использованию мощности. Аккумуляторы
не должны устанавливаться без контроллера заряда. Это особенно важно для
радиостанций, где батареи используются часто и активно, и расходы при
повреждениях батарей высоки.
Основные функции контроллера заряда:
A. Защита от перегрузки. Перегрузка возникает, когда питание батареи слишком
большое или нагрузка слишком мала. Слишком много заряда вызывает чрезмерное
выделение газов, потери электролитов, внутреннее нагревание, и ускоренную коррозию
батареи.
Контроллер заряда отключает питание, когда обнаруживает, что напряжение батареи
слишком высоко, и вновь подключает, когда некоторая часть заряда была удалена из
аккумуляторной батареи. Серийный контроллер просто отключает источник энергии от
батареи. Контроллер отклонений "шунтирует" избыточную поставку нагрузки, таких как
вода или отопление помещений. Серийные контроллеры подходят для солнечных
батарей, но ветряным и гидротурбинам требуются контроллеры отклонений, чтобы они
всегда работали под нагрузкой (без нагрузки турбина может работать на слишком
высокой скорости, что может привести к повреждению машины).
Б. Защита от низкого заряда. Батареи слабо заряжаются, когда мощность стабильно
низкая или нагрузки неизменно высокие. Слишком низкий заряд батареи вызывает
сульфатацию (пластины батареи
постоянно покрыты сульфатом) и расслоение
(концентрированные формы кислоты в нижней части батареи, что значительно ускоряет
коррозию). Отключения при низком заряде (LVD) это вольтаж батареи, при котором
контроллер отключает батарею от электрической нагрузки. Как только батарея
подключается к напряжению (LRV), восстанавливается нагрузка в батарее. Критические
нагрузки могут запитываться непосредственно от аккумуляторной батареи, так что они
при продолжении получения питания даже при несущественных нагрузках (при
подключении к контроллеру) отключаются контроллером. В таких случаях
должны использоваться определенные тревожные сигналы для того, чтобы критические
нагрузки не слишком разряжали аккумулятор.
С. Контроль скорости заряда. Большинство контроллеров регулируют скорость заряда
батареи,
регулируя ток,
поставляемого
аккумулятором. Чем
больше входящее
напряжение, тем быстрее она заряжается, чем более высокое состояние заряда
аккумулятора, тем больше напряжение, необходимое для его дальнейшей зарядки.
Контроллер заряда может работать в одном или нескольких из следующих режимов:
Основной заряд или полный заряд
заряжает батарею до уровня напряжения,
когда начинается газообразование и напряжение повышается; батарея заряжена на 8090%. Большинство зарядных устройств могут работать в этом режиме.
105
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
Поддерживающий заряд (также называемый подзаряд) держит батарею на полной
мощности, когда она полностью заряжена, но используется нечасто в течение некоторого
периода. Поддерживающий
заряд
предназначен
для
того,
чтобы
сбалансировать саморазряд батареи. Если использовать для увеличения заряда, то это
происходит очень медленно - слишком медленно для батареи в активной системе offgrid
(cистема offgrid – не имеющая прямого подключения к сети общего
электроснабжения). Двухступенчатый
и
трехступенчатый заряды
включают поддерживающий
заряд. Так
называемые
«капельные
зарядные
устройства» работают только в этом режиме и не предназначены для автономных систем.
Пополнение заряда (также
называемый
сужающим
или
поглощающим
зарядом) осторожно доводит батарею до
полного
заряда
до
90%. Пополняющий заряд батарей доводит их до полной мощности быстрее, чем это
может
сделать
поддерживающий заряд.
Трехступенчатые зарядные
устройства
могут работать в этом режиме.
Выравнивание заряда обеспечивает высокое
напряжение для
батареи,
когда она
находится
на
полной
или почти
полной
мощности,
в
результате перезаряда и газообразования. Он используется периодически в наполняемых
аккумуляторах (не запечатанных), чтобы удалить различия заряда между ячейками
и смешать электролиты. Режим выравнивания может быть активирован автоматически
(примерно раз в месяц) или вручную (если оператор обнаруживает, что одна или
несколько ячеек батареи имеют чрезмерно низкий уровень заряда).
Рис. 7.8
Котроллер заряда,
который может работать
в системах ВЭТ
Фото: Xantrax/
Schneider Electric
106
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
Дополнительные функции. Следующие
подключены к контроллеру заряда.
функции
могут
быть
дополнительно
Компенсация температуры должна быть, в случае, если батарея постоянно находится в
среде с температурой выше 30 С или ниже 20 С. Это происходит, потому что батарея при
высокой температуре нуждается в меньшем вольтаже для достижения полного заряда (и
наоборот - при низкой температуре). Без температурной компенсации в условиях горячего
климата контроллер заряда будет перегружать батарею.
Понижающий трансформатор обеспечивает эффективную работу контроллера заряда
при зарядке аккумулятора с помощью высокого напряжения.
Состояние индикатора заряда - полезная функция. Цифровые дисплеи удобны, только
если отображаемые числа являются значимыми для пользователей. По этой причине
простые индикаторы, такие как ряд цветных лампочек, могут быть более удобными, чем
цифровой дисплей.
Электрическая защита – защита от молний и сверхтоков. Молниезащита на инверторе
не предотвратит нагрузку от молнии, которая ударит непосредственно по инвертору,
также как и по вышке антенны. Предохранители могут предотвратить перегрузку во время
скачков напряжения.
Кабели для подключения аккумуляторной батареи к инвертору
должны
соотвествовать рекомендациям производителя; слишком тонкий или слишком длинный
кабель повлияет на переоценку инвертором уровня напряжения аккумулятора и разрядку
батареи.
Maximum Power Point Tracking (MMPT) – функция, которая увеличивает
производительность солнечных панeлей посредством сохранeния электротока и вольтажа
на оптимальном уровне. MMPT менее эффективен в теплом климате, чем в холодном. Но
даже в услвоиях теплого климата он может значительно повысить производительность
солнечных панeлей.
Настройки контроллера заряда . Хорошие контроллеры заряда обычно имеют
настраиваемые параметры, например, настройку на напряжение, при котором нагрузка
отключается или количество часов, для которых применяется пополнение заряда . Они
должны быть установлены опытным специалистом и должны быть адаптированы к
энергоподаче и аккумулятору.
Размер. Основной параметр оценки контроллера заряда – это его ток. Контроллер заряда в
20 А может принять максимум 20 А от источника питания. Так как природные ресурсы,
как солнце, ветер, вода непредсказуемы, контроллер должен быть рассчитан так, чтобы
он мог работать значительно больше, чем номинальный или средний поток от солнечных
батарей, ветряных турбин, или гидротурбин. Например, контроллеры для солнечных
107
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
батарей должны быть достаточно большими для обработки 1,4 раза номинального тока в
массе на пиковой мощности: воздействие облаков и воды может повысить солнечное
излучение выше нормы - 1 кВт на м2.
Электрическая защита
Электронное оборудование чувствительно к изменениям напряжения, тока и частоты
электроснабжения. Чрезмерные колебания, внезапные перебои с электроснабжением, и
скачки напряжения могут серьезно повредить чувствительное оборудование, такое как
компьютеры, микшеры, и передатчики. Защита оборудования от этих проблем можно
экономить энергию за счет поддержания эффективности оборудования, чтобы
максимально использовать имеющиеся мощности. Следующие устройства, как правило,
используются для обеспечения такой защиты:
ИБП (источник бесперебойного питания)
Основная функция ИБП - обеспечение краткосрочного резервного питания (как правило,
от нескольких минут до получаса) при пропадании напряжения в электроснабжении. ИБП
обычно используется для чувствительного оборудования, такого как персональный
компьютер, передатчик, или микшер. ИБП определяется в соответствии с мощностью,
которую он может выдержать, как правило, измеряется в ВА (вольт-ампер). ВА –
показывает какова полная мощность ИБП. Из-за эффекта, называемого коэффициент
мощности (кратко описано в Главе 1), фактическая мощность ИБП может поддерживать
несколько меньше, чем полная мощность. Из-за этого фактора и риска превышения
номинальной мощности ИБП, потребители должны проконсультироваться с техническим
специалистом или дилером, чтобы выбрать необходимый размер ИБП. Время действия
батарей ИБП также имеет важное значение, лучший размер батареи зависит от того,
насколько типичны перебои с подачей электроэнергии на станции. Станции должны также
проверить, что время реакции ИБП (время, необходимое для восстановления энергии,
когда основной источник не работает) является достаточно коротким, чтобы избежать
повреждения оборудования, которое обслуживает ИБП.
ИБП бывают разного уровня по сложности (и стоимости):
Офлайн или резервный источник питания является простейшим видом ИБП. Эти
устройства бездействуют, пока не отключается основной источник питания, а затем
переходят к своему внутренниму резервному питанию (обычно батарее).
Линейно-интерактивный ИБП переключается на резервный источник питания при
отключении основного источника, но он также регулирует напряжение питания от
основного источника, используя свои батареи для "заполнения" провалов в питающей
сети. Это позволяет лучше использовать основной источник, чем резервные ИБП, но, при
непрерывном питании от батареи, требуется его частая зарядка и замена батарей по
необходимости.
Онлайн ИБП регулирует основное электроснабжение, преобразуя его из переменного
тока в постоянный, и обратно. Эта система дает более плавный выход и обеспечивает
более эффективное использование своих батарей, чем линейно-интерактивный ИБП.
108
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
Регулятор вольтажа
Регулятор напряжения сглаживает основной источник питания, но не обеспечивает
резервное питание. Колебания в снабжении менее заметны, чем при отключении или
перебоях, но они приводят как минимум к таким же повреждениям оборудования.
Преимущество регулятора напряжения перед ИБП в том, что он не включает батареи, что
делает его выгоднее по Ваттам, но более возможным ситуацию, когда станция остAneтся
без мощности, когда основного источника питания недостаточно. Регуляторы также более
устойчивы к значительным колебаниям.
Регуляторы, как правило, применяются непосредственно в сетях общего доступа, их
приборы присоединены к сети (в том числе ИБП) и хуже защищены от колебаний
электросети. В какой-то степени функции регулятора напряжения накладываются на
линейно-интерактивные ИБП или онлайн-ИБП, и станция, оснащення хорошим
регулятором напряжения может нуждаться только в ИБП, работающих в автономном
режиме или ИБП, работающих в режиме ожидания.
Батареи
Батареи могут выполнять аналогичную функцию регулятора напряжения, используя
колебания мощности в сети общего доступа и обеспечивая надежное питание переменного
тока для нагрузок станции.
Преимущество батарей перед регулятором напряжение в том, что входящая энергия
может быть использована на станции, когда это необходимо, а не только при ее
получении. Это полезно, если есть периоды, в течение дня, когда станция работает, но
сеть общего доступа систематически отключается. Следует отметить, что батареи также
являются более дорогими, чем регулятор, не так долговечны, и (возможно, за
исключением технического обслуживания батарей) требуют больше ухода.
Дополнительные затраты и усилия по хрAneнию энергии в батареях сводятся к
минимуму, если станция уже использует батареи для хрAneния энергии из других
источников энергии (таких, как генератор, солнечные батареи или ветряные генераторы).
Врезка 7.1
Пример: Радио Faraja, Танзания
Молния представляет собой угрозу для Радио Faraja, расположенной в зоне
Великих
озер Танзании. Разряды
молнии приводят
к
дорогостоящему ущербу, особенно для передатчика. Станция установила
систему молниезащиты (рис. 7.9 на следующей странице), куда входит
чистый медный стержень в верхней части вышки 60-метровой антенны, 400
м2 сети кабелей в основании башни, и четырех ям каждая глубиной в 1,5 м,
109
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
в каждой из которых установлен медный стержень заземления.
Кабель, используемый для заземления башни, из меди толщиной в 16-мм,
передатчик и основной источник питания также защищены системой
заземления, как и вышка антенны. Станции также используют регуляторы
напряжения, чтобы защитить и студийное оборудование, и передатчик.
После того как была установлена система заземления, ущерб от молний был
значительно сокращен. Разряды молнии попадают все меньше, и ее
слабые удары не вызывают повреждение всего оборудования станции.
Информация представлена Радио Faraja.
Молниезащита и система заземления
Заземление – процесс, при котором опасное или нежелательное электричество
нейтрализуется за счет ее физического соединения с землей. Защитное оборудование
неэффективно, если у станции нет хорошей системы заземления.
Ключевые составляющие хорошей системы заземления:
Рис. 7.9
Система заземления
для молниезащиты.
Диаграмма
показывает
молниеприемник
в верхушке башни
60-метровой
антенны,
сеть заземления в
основании
башни, и медные
кабели,
которые напрямую
направляют
ток в землю.
Диаграмма: автор
110
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
Глубина и ширина ямы, в которую зафиксированы провода для заземления.
Большой кабель для заземления, который может выдержать ток высокого напряжения.
Хорошо организованная проводка внутри станции.
Связанное заземление, то есть должна быть одна точка заземления для всей станции, а
не различные точки для различных устройств или различных студий.
Защита критических нагрузок
Критическими нагрузками считаются потребление наиболее важных девайсов и приборов
на станции. Хорошо разработанная энергетическая система будет гарантировать,
что критические нагрузки имеют мощность, даже если не хватает мощности для
всех нагрузок на станции. Есть целый ряд способов защиты критически важных нагрузок.
Отключайте некритические нагрузки, когда источник питания слабый. Это самый
простой и дешевый вариант. Он также является трудоемким вариантом, так как он
требует наличия одного или нескольких сотрудников, следящих за уровнем питания
и отключения вручную некритической нагрузки, когда она слишком мала. Это работает
лучше всего, если питание идет от батареи или от генератора, так как периоды низкого
уровня топлива или низкого заряда батареи во многих случаях являются более
предсказуемыми и редкими, чем сбои в сети общего доступа.
Использование функции отключения контроллера заряда при низком напряжении.
Контроллеры заряда отключают питание, когда уровень заярда батарей становится
низким. Критически важные для станции приборы, подключенные напрямую к
аккумуляторным батареям, могут продолжать получать питание, даже после того, как
приборы, получающие питание через контроллер заряда обесточены.
Независимый источник
питания. В
этом
случае критические
нагрузки
всегда распределяются на другие источники энергии - обычно это различные батареи –
для некритических нагрузок. По крайней мере, это защищает критические
нагрузки от неосторожного
использования некритических нагрузок
(например,
подключение энергоемких приборов в розетки). Кроме того, критический источник
питания может быть негабаритным, чтобы было меньше шансов, что он будет
порежден. (Эта
опция
может
быть дорогостоящей,
если критическая нагрузка пропорционально больше общей нагрузки станции).
Резервный источник питания (ИБП). ИБП опирается на свой собственный источник
питания только тогда, когда у основного источника перебои в работе. Строго говоря,
это краткосрочный вариант: ИБП
предназначены
для
обеспечения
резервного
питания только на время, чтобы безопасно завершить работу оборудования.
111
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
Долгосрочное
управление
энерготехнологиями
8
Энергетические технологии являются долгосрочными инвестициями, со сроком
эксплуатации, который исчисляется годами и даже десятилетиями .Долгосрочное
планирование необходимо,
чтобы гарантировать,
что
оборудование остается
в
эффективном
состоянии
до конца срока
службы. Рекомендуется,
чтобы каждая
станция имела в распоряжении
"энергетического менеджера» для планирования
и контроля задач, описанных в этой главе.
A. Обслуживание
Система для обслуживания энергетических технологий имеет решающее значение
для успешного управления энергопотреблением. Задачи по обслуживанию большинства
энергетических технологий небольшие, но очень важно, чтобы они решались с
регулярной проверкой, с использованием правильных инструментов.
Задачи по обслуживанию, а также вопросы, связанные с ними, включают в себя:
Система отчетности по неисправностям. Кто сообщает о них, как они сообщили, и
кому они сообщают?
Замена поломанных и изношенных компонентов. Есть ли бюджет на запасные части
и компоненты, и каково приемлемое время простоя станции без энергии?
Поддержание на местах необходимое количество и ассортимент запчастей, тестового
оборудования и др. Кто заказывает детали или материалы, кто поставляет запасные
части, и как эти части доставляются (особенно в отдаленные районы)?
Переработка и утилизация старого
оборудования. Какие
компоненты
энергосистемы содержат токсичные химические вещества, и какие из них представляют
ценность, даже если они больше не работают в энергетической системе? Кто будет
продавать или распоряжаться этими компонентами, и где?
112
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
B. Оценка
Это хорошая идея, чтобы оборудование осматривалось раз в неделю или около
того, после его установки на станции, чтобы гарантировать, что оно функционирует в
соответствии с рейтингом
производителя и является устойчивым. Некоторые
станции вписали необходимость таких оценок в договора о приемке оборудования
для компаний-поставщиков. Если необходимая техническая экспертиза возможна, стоит
осуществлять оценку состояния оборудования на годовой или полугодовой основе. Это
может помочь выявить недостатки, прежде чем они станут разрушительными, а также для
оказания помощи другим потребителям – чтобы сделать выбор между хорошей и
плохой продукцией.
С. Реагирование на изменения энергии
Включает в себя выявление и реагирование на изменения в энергетической
нагрузке. Новое оборудование, новые сотрудники, и больше эфирного времени может
увеличить спрос на энергию станции и может потребовать расширения генерирующего
оборудования, или дополнительные меры по экономии энергии, или и того, и другого.
D. Контроль экономии энергии
Инициативы по энергосбережению, особенно те, которые требуют изменений в поведении
сотрудников, должны находиться под наблюдением. Кроме того, новые способы
экономии энергии могут потребовать изменения в оборудовании, архитектуре и составе
сотрудников станции. Глава 2 содержит больше информации по энергосбережению на
одной из радиостанций.
Е. Обучение техников, операторов и пользователей
Обучение сотрудников по техническому обслуживанию и ремонту энергетических
технологий может сэкономить время и деньги в долгосрочной перспективе. Многие
важные задачи по обслуживанию - проверка уровня электролита в батарее, смазки
генератора, очистка солнечных панeлей, и так далее - могут быть выполнены
сотрудниками с минимальной подготовкой (от нескольких часов до нескольких недель)
по
содержанию оборудования. Кроме
того,
подготовка
кадров
в
области
энергоэффективности может гарантировать, что имеющаяся энергия используется с умом.
Основные виды подготовки:
Основные операции и техническое обслуживание. Некоторые тренинги такого рода
должны проводиться, когда устанавливается
новая технология. Это должно быть
ориентировано для тех специалистов, кто имеет опыт в сохранeнии технологий,
желательно профессионал/эксперт. В идеале подготовка проводится на месте, для тех, кто
имеет опыт и понимание местных условий. Расширенное обслуживание, возможно
усилиями обученного технического сотрудника станции. Данный тренинг позволит
станции устранять сбои и неисправности, выполнить годовую или полугодовую проверку
113
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
оборудования, а также оценить эффективность работы оборудования. Некоторые
энергетические компании могут выполнять эту услугу за отдельную плату, особенно для
солнечных энергетических систем. Удаленным станциям может оказаться проще и
дешевле доучить до высокой квалификации своего радиотехника, или местного механика,
или электрика, для решения этих задач.
Производство и строительство энергетических технологий, возможно
путем
преобразования существующих технологий (например, водяные насосы в гидротурбины)
или построения нового
оборудования
(например, ветряные
турбины). Учебные
курсы и семинары такого рода имеются в некоторых общинах в Африке, как правило, это
профессиональная подготовка для людей, которые намерены работать для малого
бизнеса, производства. Некоторые
сотрудники
станции и
техники
могут
принять участие в такого рода обучении, для того, чтобы понять технологию, или с тем,
чтобы
сделать оборудование
(например, ветряные
турбины) для
себя.
Повышение энергоэффективности - курс об этом для персонала станции. Это
поможет сотрудникам более эффективно использовать имеющуюся энергию, поможет им
в понимании работы энергоэффективного оборудования и поведенияв работе с ним. Это
может также помочь директору станции в управлениии энергопотребностей станции.
При выборе курса, должны быть рассмотрены следующие факторы:
Местные знания. Обучение наиболее эффективно, когда оно осуществляется на
станции для тех, кто имеет опыт и понимание местных условий. Технологии “Ноухау”, “Могу-сделать это”, “Понимание того, как работает технология” – все это полезно,
но цель обучения, как правило, направлена для поддержания и обслуживания техники
на ежедневной
основе. Для
этой
цели,
практические
занятия предпочтительнее теоретических знаний.
Рис. 8.1. Ученики
наблюдают
как мастер строит
часть ветряного
двигателя.
Возможности
обучения
ранжируются
от основной работы
и обслуживание к
изготовлению
технологий.
Фото: Clean Energy
Company
114
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
Удаленность станции. Удаленные станции должны обучать как можно больше местных
специалистов. Это снижает стоимость и сроки обслуживания, чем в случае приглашения
неместных специалистов.
Повышение квалификации может быть необходимо ежегодно или несколько раз в год для
обучения новых сотрудников и обновления знаний сотрудников, особенно для станций,
которые имеют высокую текучесть кадров и технических специалистов. Повышение
квалификации может
проводиться
для
долгосрочных
сотрудников,
которые получили хорошее начальное обучение и имеют опыт практический опыт в
обслуживании оборудования станции.
Врезка 8.1
Тематические исследования: профессиональная подготовка в
области энергетики
На радио Pikon Ane, удаленной
станции в
Индонезии, гидросистема
обслуживается
местным
техником. Он
узнал основы
обслуживания гидроэнергетики, сопровождая команду компании, которая
строила там мини-ГЭС, и они объяснили ему, что и как они делали.
Réseau Etoile, сеть станций в Гаити, получили финансирование, чтобы
техники от каждой станции прошли 10 неделный интенсивный курс по
управлению энергией.
Национальные
и
международные
координаторы
Réseau Etoile, и консультант по
энергетике
(гн Герд Зейттер)
от
немецкой компании BEGECA,
были вовлечены
в учебный
курс.
Радио Fadeco в Танзании использует солнечную систему энергии. Директор
программ на
станции получил элементарную
подготовку в
области
возобновляемой энергии, в том числе прошел курс в Центре альтернативных
технологий (CAT) в Уэльсе, Великобритания. Он также закончил курс
лекций по системе солнечных установок, организованных Институтом
Карадеи по обучению солнечным технологиям в Танзания. Он передал свои
знания
другим
сотрудникам станции в
виде
дополнительной
профессиональной подготовки. Более подробную информацию о каждой из
этих станций можно найти в тематических исследованиях в главе 10.
115
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
F. Обмен опытом, знаниями и энергией
Радиостанции могут обмениваться опытом и знаниями в области энергетических
технологий с другими станциями и другими группами в обществе. Также есть
возможность поделиться с рядом учреждений энергией, вырабатываемой на станции .
Обмен
опытом. Станции,
которым еще
предстоит
внедрить
энергетические
технологии, могут получить выгоду от контактов, извлеченных уроков от станций,
которые имеют опыт работы с этими технологиями. Информация, которая может быть
передана коллегам, включает в себя опыт работы с дилерами, материалы учебных курсов,
с
видами
энергетических
систем и
технологий,
процедурами
принятия
решений, или стилем
долгосрочного
управления
технологиями. Так же, как использование опыта по оказанию помощи другим станциям в
принятии сових собственных решений, обмен информацией о дилерах и их продуктах
может повлиять на этих дилеров - сделать их более ответственными за результат их
работы.
Следующие факторы могут помочь станциям для обмена опытом:
Радиосеть. Использование существующих линий связи между станциями, может быть
наиболее эффективным
способом
использования знаний,
полученных станциями,
которые уже использовали энергетические технологий. Это включает в себя радиосеть на
международном
уровне (например, сеть
Всемирной
ассоциации общественных
радиовещательных организаций, AMARC), а также национальные общинные радиосети,
например, в Бенине, Буркина-Фасо, Гане, Либерии, Мозамбике, ЮАР и других странах.
Она также включает в себя радиосети и ассоциации, организованные в соответствии
с определенными критериями или тематикой, например, VOX сети (Associacao Mundial
das Radios de Inspiracao Christa de Expressao Portuguesa), ассоциация христианских
радиостанций, расположенных в португалоязычных странах.
Интернет форумы. Интернет форумы для обсуждения энергетических технологий, и,
особенно, технологии
использования
возобновляемых
источников, были
созданы для групп и отдельных лиц, которые заинтересованы в технологиях и хотели
бы узнать о них больше.
К их числу относятся темы по определенным технологиям (например, о
солнечных форумах мощности), а также общие форумы и форумы, разработанные
специально для африканских пользователей, а также тех, кто живет в США,
Великобритании или
глобальных пользователей.
Некоторые
из
этих форумов перечислены в приложении D.2.
Обмен оценкой. Большинство станций не имеют достаточного опыта, чтобы выбрать
размер установки, характер эксплуатации и обслуживания энергетических технологий.
Стоимость использования внешних экспертов для выполнения этих задач может быть
уменьшена, если станции будут использовать один и тот же набор людей или компаний,
чтобы выполнять оценку. В частности, сеть радиостанций может использовать
116
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
свуободных техников (или пул техников), этот вариант является достаточно мобильным,
чтобы обслужить все станции в сети, в том числе и реагировать на чрезвычайные просьбы
об оказании технической помощи.
Обмен энергией. Станции, которые производят избыток энергии могут поделиться этой
энергией с другими членами сообщества, либо использовать для конкретной
задачи (например, мобильные зарядки телефона), либо для целей расположенных рядом
учреждений
(если соседнее здание базируется на питании от батареи станции,
например) . Энергия может также использоваться на месте для Интернет- кафе
или пунктов общественного питания. Станции могут также использовать энергию для
других учреждениий, например, в медицинском центре или школе (см. также вставку 8.2).
Врезка 8.2
Пример: Обмен энергией
Радио Pikon Аne это станция в Аниэлма, отдаленной деревне в провинции
Папуа в Индонезии. Станция недавно
установили 9
кВт-ные
гидротурбины для
питания 1
кВт-ный
передатчик и
студийное
оборудование.
Гидросхема была осознанно сверхгабаритна для нужд станции, так
что другие местности могут также извлечь выгоду из этого проекта. В
результате около
20 домов, одна
церковь, одна
школа и
офис старосты деревни
могут
быть
обеспечены электричеством.
Электричество от гидросхемы станции вырабатывалось
больше
нужд
станции, и это имеет выгоды для местного населения. Наряду с
предоставлением
дешевой
электроэнергии,
проект ГЭС укрепляет
связи между общинами и радиостанцией: община была включена в процесс
принятия решений о строительстве и эксплуатации системы микро-ГЭС, что
обеспечивало чувство
совместной
собственности
и ответственности
за проект. Тот факт, что ГЭС является возобновляемым источником энергии,
который не наносит вреда окружающей среде, был также очень важным для
местного
населения, ведщего
натуральное
хозяйство.
Информация,
представлена
Кредитным
Фондом
развития
СМИ (MDLF), Индонезийская ассоциация по развитию медиа (PPM), и
агентство новостей KBR68H. Глава 10 содержит больше информации о
системе гидроэлектростанций на радио Pikon Аnе.
117
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
9
Ведение дел с провайдерами
энерготехнологий
Поставщиками энергетических технологий являются физические лица и компании,
которые продают энергетические технологии и предоставляют услуги в области
планирования, установки и обслуживания оборудования. Для осуществления
энергетического проекта одинаковую важность имеют как оценка энергетических
потребностей станции, так и оценка возможных ноу-хау и проведение технической
экспертизы станции. Энерготехнологии это долгосрочные инвестиции с высокими
первоначальными затратами, где правильная экспертиза может сыграть большую роль для
затрат и производительности. Настоятельно рекомендуется, чтобы станция
привлекала только профессиональных консультантов на каждом этапе внедрения
энергетических технологий, от оценки стоимости разработки до графика
технического обслуживания. Этот раздел содержит рекомендации по выбору
поставщика энергетических технологий и продуктивной работе с ним до завершения
проекта.
А. Выбор поставщика энергетических технологий. Продажа, планирование и установка
оборудования энергетического оборудования достаточно большой рынок, в котором
участвуют много компания и частных лиц. Помимо стоимости и качества
предоставляемой продукции, дополнительными критериями для выбора поставщика
могут следующие параметры:
Опыт работы с такого типа и мощности оборудованием, которые требуются для
станции. Если необходимо организовать энергетическую систему на базе солнечной
энергии будет предпочтительнее компания, которая имеет небольшой опыт в установке
солнечных панелей, но специализируется на солнечных тепловых установках и
электропроводке. Установка гибридных системами требует опыта работы с различными
системами, начиная от полностью автономных систем на солнечно энергии, системы
соединенные с сетью общественного энергоснабжения требуют навыков работы с
автономными системами и т.д.
Длительность работы компании с соответствующими технологиями. Чем больше
опыта, тем лучше.
118
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
Опыт работы в области расположения станции. Компании, которые знакомы с местной
спецификой, будет применять этот опыт при консультировании. Иностранные компании
могут восполнить этот пробел, посетив соответствующий район. (см. ЧЗВ 9.1 для более
подробной информации по сравнению местных и иностранных компаний).
ЧЗВ 9.1
Кого следует
компанию?
выбирать:
иностранную
или
местную
Необходимо учесть следующие факторы при выборе между местным и
иностранным поставщиком энерготехнологий («иностранный» может
значить - из другой страны Африки или другой страны вне Африки).
Транспортные расходы и налоги на импорт. Международная
транспортировка и таможенная очистка могут оказаться слишком дорогими
для громоздкого оборудования. Доставка издалека может затянуться.
Связанные обязательства. Гарантия на оборудования может перестать
действовать при использовании его в Африке.
Опыт работы на местном рынке. Компания, знакомая с местными
условиями будет учитывать их при работе.
Рыночные условия. Иностранные рынки энерготехнологий могут более
продвинутыми, чем местный, что обуславливает их более низкую стоимость
и качество.
Долгосрочное обслуживание. Иностранные компании могут быть более
ограничены в предоставлении услуг по обслуживанию оборудования.
Способность компании дать беспристрастную и квалифицированную оценку о
технологиях, которые лучше всего применить на станции. Компания, имеющая опыт
работы только с солнечной энергией вряд ли сможет квалифицированно сравнить ее
преимущества по сравнению с ветровой энергией. Качественная консультация должна
включать в себя сравнение минимум двух и более типов источников энергии (по
стоимости и производительности). Если такой оценки нет, то станция может привлечь
других консультантов, специализирующихся на других типах технологий и в дальнейшем
сравнить их советы между собой.
119
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
Отзывы клиентов. Получение отзывов от предыдущих клиентов является лучшей
оценкой работы компании. Очень ценными являются независимые оценки работы
компании, например, когда независимый специалист сравнил фактические данные работы
оборудования с декларируемыми компаний параметрами.
В. Работа с поставщиком энергетических технологий. Если на станции уже
применяются энергетические технологий, то ответственная за это компания должна
провести следующие мероприятия до и/или после установки.
Посещение местности. Сложно оценить потребности станции, не посетив ее. Компания
или человек, которые консультирует станцию на предмет выбора типа и мощности
технологии должны основываться на данных, собранных во время посещения сайта.
Обучение и консультации по эксплуатации и техническому обслуживанию. В идеале
компания должна провести обучение радиотехника или других сотрудников по
правильному использованию оборудования. По крайней мере, оборудование должно
дополняться письменным руководством по эксплуатации от дилера или производителя.
Технические данные и руководство пользователя. Эти документы обычно содержат
советы по безопасности, техническому обслуживанию и поддержанию условий работы
оборудования. Эти сведения также полезны для техников, занимающихся обслуживанием
оборудования в течение срока эксплуатации.
Гарантия. Гарантия на оборудование предоставляется не всегда, но желательно
согласовать этот вопрос с компанией, хотя это может повлиять на стоимость. Условия
гарантии должны быть уточнены до покупки, включая: условия замены при отказе
оборудования, что считать за отказ оборудования, какие доказательства должен
предоставить клиент, чтобы подтвердить выход из строя?
Информация о стандартах. Предполагается, что большинство производителей
энергетических технологий, сертифицированы по международным стандартам
безопасности и качества. Технологии, которые соответствует международным стандартам,
вероятнее всего, будут служить больше и эффективнее. Поставщики технологий должны
предоставить соответствующие, подтверждающие сертификацию, документы.
Информация о полной стоимости. Использование энерготехнологий включает в себя
наличие «скрытых затрат» на такие компоненты как, инверторы, аккумуляторы, кабели,
контроллеры и запасные части. Компания, поставляющие «основные» части оборудования
(солнечные панели, турбины и пр.) должны также предоставить информацию о «скрытых»
компонентах. Глава 4 содержит больше информации о стоимости компонентов
энергетических технологий, а также формы для анализа затрат на базе ветровой и
солнечной энергии.
120
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
ЧЗВ 9.2
Что
можно
сделать
для
улучшения
качественных энергетических технологий?
доступности
Приобретать продукты с лучшим соотношением цена-качество. Вполне
возможно, что их цена не будет самой низкой, но в долгосрочной
перспективе от них ожидается высокая отдача за каждый вложенный доллар.
Покупка продукции высокого качества стимулирует дилеров поставлять
такие товары. (Глава 4 содержит более подробную информацию о факторах,
которые необходимо учитывать при оценке генерирующих энергетических
технологий).
Настаивайте на предоставлении гарантии или сертификата, где это
возможно. Это помогает потребителям идентифицировать качество
продукции. Дилеры могут не предоставить их, до тех пор пока клиенты не
попросят их об этом.
Оценивайте дилеров, оценивая их продукцию. Достаточно провести
профессиональную проверку один раз в год, чтобы оценить
производительность оборудования. Дилеры, скорее всего, будут продавать
продукцию хорошего качества, если потребители могут различать ее
качество.
Обмениваться опытом. Дилеры, вероятнее всего, реализуют продукцию
хорошего качества, если клиенты обмениваются между собой опытом
работы с той или иной компанией.
121
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
Примеры
10
Эта глава посвящена примерам общинных радиостанций, расположенные в Африке и
других континентах, которые применяют одну или несколько энергетических технологий.
Примеры иллюстрируют возможные выгоды от их применения, а также опыт полученный
станциями за это время. Один примеров (Haiti’s Reseau Etoile) показывает сложность и
высокую затратность поставки энергооборудования большому количеству станций в
рамках одного проекта. контактные данные станций приведены в Приложении D.2.
1. Радиостанция Voice of Life (Уганда)
Характеристики станции
Расположение
Аруа, 500км от Кампалы, столицы Уганды
Время вещания
16 часов в день, 7 дней в неделю
Потребляемая мощность
1600Вт: 500Вт передатчик (фактическое потребление 1000Вт
Общественное энергоснаб.
16 часов в день
Установленные технологии
1000Вт массив солнечных панелей, батареи
Стоимость технологий
$4000 (примерно) за массив, инвертор, зарядное устройство ( в 1997 году)
Предыстория
Радиостанция Voice of Life была создана в Аруа в 1997 году, в партнерстве с Here is Life.
DIGUNA (Die Gute Nachricht für Africa) несет ответственность за технические аспекты
работы станции. Voice of Life была первая радиостанция в регионе Западного Нила.
Целевая аудитория станции - местные сообщества (в основном мусульмане), живущие в
северной части Аруа до границы с Суданом (80 км). Станция вещает на пяти языках, 16
часов в сутки, 7 дней в неделю, имеет около 20 сотрудников.
Станция имеет одну эфирную и одну
продакшн студии. Основное устройство,
потребляющее энергию передатчик. В период с 1997 по 2008 гг., станция работала с 250
Вт FM-передатчиком (фактическое потребление энергии 600-700 Вт), до замены на 500 Вт
FM-передатчик (фактическое потребление энергии 1000 Вт). Кроме того, на станции
работает 17-дюймовый ноутбук, различные CD, MD и ленточные устройства, несколько
122
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
световых энергосберегающих лампы, спутниковый приемник, а также другие мелкие
предметы. При включенном оборудовании станция потребляет около 1,6 кВт.
Энерготехнологии
Здание и студии станции были разработаны под управлением DIGUNA. Во главу угла
была поставлена энергоэффективность. В студии нет кондиционера, количество
электронного оборудования сведено к минимуму, чтобы уменьшить потребность в
искусственном охлаждении. Система вентиляции "Циклон" расположенная на крыше
циркулирует прохладный воздух на станции, за счет ориентированных север или северовосток окон, сведен к минимуму солнечный нагрев. Электронное оборудование на
станции было выбрано так, чтобы оно выдерживало высокие температуры, что уменьшает
необходимость в кондиционировании воздуха.
Рис.10.1 Эфирная студия радио Voice of Life. Фото: CAMECO
Станция использует систему солнечных батарей с самого начала своей работы.
Солнечные панели (производства Siemens, Германия), установлены на крыше здания
студии и имеют максимальную мощность 1 кВт. Когда станция работала с меньшим 250
Вт передатчик, солнечных панелей и батарей было достаточно, чтобы снабжать энергией
все потребностей станции. С большим передатчиком, солнечных панелей служат в
качестве резервного источника питания; при полностью заряженных батареях энергии в
них хватает на три-четыре часа работы станции.
Voice of Life использует 8 запечатанных («необслуживаемых») 12В батарей, емкостью 12
Ач. За время работы станции, срок службы обслуживаемых и необслуживаемых батарей
был одинаковым. Батареи, установленные в 1997 году, продолжали работать десять лет,
прежде чем они должны быть заменены. Станция приобрела новые элементы питания на
местном рынке в Кампале, а на опыт их применения показал, что они не хуже чем батареи
из Европы.
123
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
Рис.10.2 Передатчик (500Вт) и батареи на радио
Voice of Life. Восемь батарей емкость 200 Ач.
При полном заряде они обеспечивают станцию
на 3-4 часа.
Рис.10.3 Крыша радиостанции Voice of Life, на которой расположены солнечные панели (1кВт) и
вентиляторы «циклон».
Другие вопросы
Voice of Life пользуется отменой импортных пошлин на солнечные энергетические
системы в Уганде. Кроме того, в Уганде действует 45% субсидия на все оборудование
для солнечной энергии, инициированная Агентством сельской электрификации Уганды
(АСЭ) в 2007 году. Она финансируется за счет АСЭ, кредита Всемирного банка,
124
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
Программы развития Организации Объединенных Наций, а также ряда микрофинансовых
организаций.
Информация, представленная сотрудниками радио Voice of Life.
2. Радиостанция Pacis (Уганда)
Характеристики станции
Расположение
4 км от Аруа, Уганда
Время вещания
24 часа (18 в прямом эфире) в день
Потребляемая мощность
440кВт в день: 10кВт передатчики, 56 компьютеров, 8 кондиционеров
Общественное энергоснаб.
8 часов в день, но широко варьируется
Установленные технологии
25,5 кВт солнечные панели, 2х70 кВА генератора, 5000 Ач батареи
Стоимость технологий
$300000 за массив, генераторы, батареи и ИБП
Предыстория
Радио Pacis большая радиостанция в окрестностях Аруа, в Уганде, вещающей для общины
Западного Нила. Станция состоит из трех зданий - основного здания (административное
здание, блока студий и печати) было завершено в 2004 году. Радио Pacis вышла в эфир в
октябре того же года. Г. Аруа расположен на севере Уганды, населяет около 50000
жителей, в 500 км от столицы Кампала. Радио охватывает около 200 км, в том числе части
Демократической Республики Конго (ДРК) и Южного Судана.
Станция вещает на двух частотах: 90,9 FM (вещание на языках каква, лугбара и
английском) и 94,5 FM (вещание на языках алур, мади и английском) и находится в эфире
24 часа каждый день (с 6:00 утра до полуночи на станции прямой эфир, с полуночи до 6:00
утра в записи или ретранслируется радио Vatican, американское католическое радио и
т.д.). Темы вещания включают здоровье, права женщин, насилие в семье, сельское
хозяйство, развитие школ, семейная жизнь и права детей. Эти темы раскрываются
программах в жанре драмы, ток-шоу и свежих новостей.
Общественное энергоснабжение, как правило, доступно не более чем восемь часов в день.
При использовании солнечных батарей, аккумулятора и генератора, затраты на
общественное энергоснабжение составляют от $ 1400 до $ 1800 в месяц. Эти мощности
питают систему, состоящую из двух студий прямого эфира, продакшн-студии и двух
рабочих станций для редактирования. На станции работает восемь кондиционеров, в том
числе четыре из которых, используются 24 часа в сутки, а также 56 компьютеров в офисах
и интернет-кафе. Два передатчиков мощностью 2 кВт каждый, вместе потребляющие
около 10 кВт.
Технологии
Радио Pacis в настоящее время располагает самым большим набором панелей солнечных
батарей в Уганде (установлены в 2009 году), а также большим количеством
аккумуляторных батарей и генераторов. Основными компонентами являются:
125
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
Солнечные панели, 25,5 кВт, состоящий из 340 х 75Wp модулей $ 200,000
(включая установку)
Генераторные установки, 2 х 70 кВА, с двигателями "Deutz" $ 35000
ИБП 60 кВА, "Emerson" $ 15000
Аккумуляторы, 200 х 2 V/250 батареи Ах, "Hoppecke" $ 50000
Рис.10.5 Парк солнечных панелей радио PACIS состоит из 340 модулей с установленной мощность 25,5кВт.
Фото: CAMECO
Эта система была разработана австрийской компании BBM и поддерживается совместно с
местными специалистами. Большинство технологий был получен от европейских
производителей. Солнечные панели, установленные на станции позволяют экономить от $
2800 до $ 3600 в месяц затрат на энергоснабжение. Другими словами, установка сократить
счет станции для энергосистемы до трети своего первоначального размера.
Общественное питание используется только при поставке от солнечных батарей
исчерпана. Два резервных электростанций используются в основном в ночное время (с
полуночи до 8:30 утра), когда солнечные панели простаивают. Батареи обеспечивают
резервное питание, но, чтобы избежать повреждения аккумулятора они могут служить
лишь станции в течение максимум трех часов времени. Солнечные панели включают
126
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
следящих систем, которые автоматически включить панели лицом к солнцу, и может быть
скорректирована вручную для защиты панели от сильного дождя или ветра.
Другие вопросы
Требования к техническому обслуживанию солнечных панелей низкие - они чистятся от
пыли 1 раз в неделю во время сухого сезона. С другой стороны, 240 батарей необходимо
проверять каждый день для поддержания правильного уровня жидкости и проводить
доливку дистиллированной воды примерно каждые три недели. В течение некоторого
времени станция использована не обслуживаемые батареи, срок службы которых составил
только 1 год. Батареи на станции, как правило, служили два года, хотя в принципе они
могут работать до восьми лет.
В целях безопасности, солнечные панели расположены в помещении. Огни безопасности
остаются включенными в течение ночи. Охрану несу три сторожа и три собаки.
Для управления энергоснабжением, на станции организован ИТ-отдел (отвечает за
компьютеры и программное обеспечение) состоящий из двух работников двумя людьми, а
также технический отдел (еще два человека). Персонал станции прошел обучение по
использованию солнечной энергосистемы, во время ее установки. Австрийская «BBM»
осуществляет техническую поддержку системы.
Чтобы уменьшить потребление энергоносителей, станция используется термостойкое
оборудование (без кондиционера используется передатчик на сайта, например),
практикуется отключение микрофона, при отсутствии гостей в студии, полностью
выключается оборудование, находящееся в режиме ожидания, а сторожа отключают
оставшиеся включенными лампы и компьютеры. Менеджмент станции регулярно
поднимает вопросы энергосбережения на собраниях персонала и напоминает сотрудникам
о необходимости энергосбережения.
Информация представлена персоналом радио Pacis и Norbert Demmelbauer (BBM Австрия)
3. Радио Voice of Peace (Центральный Судан)
Характеристики станции
Расположение
Гидель, Нубийские горы, Центральный Судан
Время вещания
9 часов в день (4 - 5 часов в день в сезон дождей)
Потребляемая мощность
300 Вт передатчик, 6 ноутбуков, 1 настольный ПК, 11 ламп
Общественное энергоснаб.
Нет
Установленные технологии
1.68 кВт солнечные панели; 400 Вт ветровая турбина; 1.6 kAч батареи
Стоимость технологий
Н/Д
Радио Voice of Peace находится в Гидель, в очень отдаленном районе Нубийских гор, где
нет дорог, ни других средства связи. Вещание программ ведется на языках Тира, Оторо,
местном арабском и английском. Теоретически передача может около девяти часов в день
(хотя во время сезона дождей достаточно энергии только для вещания в течение четырех-
127
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
пяти часов в день). Коллектив состоит из трех штатных сотрудников, двух
вспомогательных сотрудников, ассистентов программ о здоровье и гражданском
образования.
На станции работает 300 Вт передатчик, шесть портативных компьютеров, один
настольный компьютер и одиннадцать ламп. Иногда, мобильные телефоны сотрудников
заряжаются на станции. Почти каждый день, по нескольку раз используется принтер.
Когда становится жарко, иногда включается два потолочных вентилятора. Станция не
имеет дизель-генератора и не подключена к общественной сети энергоснабжения.
Технологии
Радио Voice of Peace снабжается энергией от солнечных батарей и ветряных турбин.
Энергогенерация включает в себя восемь солнечных панелей 130 Вт и восемь 80 Вт, в
сумме выдающих 1,68 кВт. Ветровая турбина при скорости ветра 12,5 м/с выдает
мощность 400 Вт. Средняя скорость ветра около станции неизвестна, но она гораздо ниже,
чем 12,5 м/с. Аккумуляторные батареи, используемые на станции разделены на две части,
одна из которых предназначена для передатчика, а другая для всех остальных приборов и
освещения. Питание передатчика обеспечивается четырьмя батареями общей мощностью
800 Ач, а другие приборы восемью батареями на 800 Ач. Оборудование было приобретено
у Patech Solar Energy (Найроби, Кения) и турбины произведены в США.э
Основные затраты на обслуживание оборудование складываются из транспортных
расходов при приглашении квалифицированного техника каждый год (обычно из Кении) в размере $ 240 в год. Кроме того, батареи проверяются на еженедельной основе местным
стажером-электриком. Однажды, для установки антенны на башню понадобилась помощь
одного из сотрудников, однако, в целом, система работает без вмешательства персонала.
Другие вопросы
Сезонное изменение в скорости ветра и интенсивности солнечного излучения является
проблемой для энергоснабжения. Во время сухого сезона солнечной энергии достаточно
постоянно, но при пасмурном небе в сезон дождей (продолжительностью до четырех или
пяти месяцев) генерация солнечных панелей серьезно нарушается. Энергии ветра
достаточно для нужд станции лишь в определенные периоды года, как правило, во время
сухого сезона. В результате отключения электроэнергии являются причиной постоянной
нервотрепки в сезон дождей.
Информация предоставлена Sr. Anns James Thoompunkal c Радио Voice of Peace и братом
Alberto Lamana из Sudan Catholic Radio Network.
128
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
4. Общинное радио Fadeco
Характеристики станции
Расположение
Каянга, отдаленное село на северо-западе Танзании
Время вещания
20 часов в день, 7 дней в неделю
Потребляемая мощность
300 Вт передатчик; 7 компьютеров; 2 кондиционера; энергоэффективные
лампы
Общественное энергоснаб.
Номинально 24 часа, 7 дней в неделю, но дорогое и не надежное
Установленные
технологии
130 Вт массив солнечных панелей, 2 x 200 Aч батаереи, 2 x 120 Aч батареи
Стоимость технологий
$4,730 массив, батареи, инвертор, зарядное устройство
Предыстория
Общинное радио Fadeco в небольшом, отдаленном городке Каянга, в районе Кагера в
северо-западной Танзании. Вещает около 20 часов в сутки, 7 дней в неделю. Основная
часть вещания Fadeco проходит между 11 утра и 12 вечера (полночь), причем около двух
третей передач с акцентом на вопросы развития, оставшаяся часть новости, развлечения,
молитвы и объявления.
Во время эфира, на станции обычно используется два кондиционера и семь компьютеров
(три ноутбука и четыре настольных). Энергия используется для питания 300 Вт
передатчика; эфирной студии, которая включает микшер, интернет-центр и модем;
внутренней телефонной системы; двух маломощных фонарей (14 Вт каждый);
электрочайника.
Fadeco снабжается электроэнергией энергокомпанией Танзании, под названием
TANESCO. Номинально общественная сеть энергоснабжения доступна в течение всего
дня, но на практике она работает ненадежно. Частые перепады случаются много раз за
день и по крайней мере два раза в неделю происходят отключения на 12-14 часов. Станция
ежемесячно оплачивает около $200 за эти услуги. Fadeco необходимы солнечные батареи,
для уменьшения затрат на электроэнергию и увеличения эфирного времени. Кроме того,
регулирующий коммуникации орган (TCRA) требует, чтобы радиостанция обеспечивала
бесперебойное радиовещание согласно срокам, указанным в лицензии.
Технологии
Следующее оборудование установлено на станции, на общую сумму около $ 4730.
Солнечные панели, 2 х 65 Вт, "Uni-Solar" $ 1700
Батареи, 2 х 200Aч, "First power" батареи глубокого цикла $ 1720
Батареи, 2 х 120Aч автомобильные аккумуляторы $ 360
Инвертор/зарядное устройство, "Тripple-Lite США" $ 950
129
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
Рис. 10.6 Две 65Вт солнечные панели на крыше общинного радио Fadeco. Панели заряжают батареи,
которые питают станцию во время перебоев энергоснабжения.
Система оснащена механизмом автоматического переключения: когда нарушается
общественное энергоснабжение, система автоматически переключается на солнечную
энергию, и переключается обратно, когда питание восстанавливается. Это позволяет
станции большую часть передач вести без прерывания. Когда резервный аккумулятор
разряжен, система солнечных батарей дает предупредительный сигнал, поэтому (в
отличие от отказов электросети), сбои в работе резервного питания предсказуемы, и
станция может информировать слушателей о проблемах задолго до того, станция
прекратит вещание.
Для экономии энергии на станции были заменены все мониторы с ЭЛТ (электроннолучевая трубка) на ЖК(жидкокристаллические) экраны и некоторые настольные
компьютеры на ноутбуки.
Другие вопросы
Энергетический менеджмент на Fadeco в значительной степени в руках директора
программ, Joseph Sekiku, который также является техническим директором. Г-н Sekiku
прошел базовую подготовку по возобновляемым источникам энергии, в том числе курсы в
Центр альтернативных технологий (CAT) в Уэльсе, Великобритания. Он также прослушал
курс лекций по солнечным установкам в Karadea Solar Training Institute в Карагве,
Танзания. Г-н Sekiku передал свои знания другим сотрудникам станции посредством
практического обучения, без отрыва от производства. Отметки на кабелях и схема
соединения резервной системы помогают сотрудникам включать и выключать ее при
необходимости, проводить устранять простейшие неисправности. Номер телефона
внештатного электрика распространен среди сотрудников.
Основные преимущества система солнечных батарей для Fadeco заключаются в
сокращении счетов за электроэнергию и увеличении длительности вещания. Даже тогда,
когда резервная система истощается и станция выключается, можно предупредить
слушателей о перерыве заранее. В более широком смысле, чем бесперебойнее работа
130
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
станции, тем выше лояльность слушателей, уверенность в себе и самооценка сотрудников,
это в свою очередь ведет к увеличению доходов: больше клиентов, теперь рассматривает
Fadeco как надежную радиостанцию. Fadeco обменивается опытом в использовании
солнечной энергии с другими станциями в Танзании и слушателями, с целью привлечения
компаний для распространения светодиодов. Солнечная установка также привлекает
посетителей на станцию, для ознакомления с особенностями ее работы.
Информация Joseph Sekiku (директор программ и технический менеджер Общинного
радио Fadeco).
Рис.10.7 Catus Titus
ведущий
Fadeco
в
студии прямого эфира.
Фото: Fadeco
131
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
5. Reseau Etoile (Гаити)
Предыстория
Réseau Etoile сеть из девяти католических радиостанций на Гаити. Еще до землетрясения
2010 года в Порт-о-Пренс, Гаити страдала от ненадежной работы энергоснабжения и его
недоступности. Когда сеть получила финансирование, директора станции единогласно
согласились, что лучше всего его направить на решение вопросов с электроснабжением и
оснащения их (включая станции Men Kontre и Tet Ansam) соответствующим
оборудованием.
Первоначально было предложено, чтобы каждая станция получила 11 кВт генератор. Это
решение имело свои преимущества, т.к. было простым, генераторы легки в обращении и
«справедливым» (все станции получали одинаковое оборудование). Тем не менее, после
консультаций с инженером (г-н Gerd Zeitter из BEGECA), стало ясно, что такое решение
проблем радиостанций не учитывает конкретной специфики каждой станции, а стоимость
топлива, необходимого для 11 кВт генератора может стать новой "проблема", а не
решением.
Было принято решение, чтобы станции сами провели оценку своих текущих и
прогнозируемых потребностей в электрической энергии. Оценка была проведена при
помощи анкетирования и посещения их гаитянскими техниками, совместно с г-ном Zeitter.
Г-н Zeitter проводил отдельные расчеты для каждой станции, разрабатывая решения,
которые отвечали бы конкретным потребностям станции. Выделенное финансирование не
позволяло установить на станции автономные энергосистемы, не зависящие от
общественного энергоснабжения. Полностью «зеленые» решения (солнечные панели,
ветровые турбины и водяные мельницы) были слишком дорогими. Гибридные системы
стали самым привлекательным вариантом, которые предусматривали использование двух
или трех источников энергии и батарей с высоким КПД для каждой станции
Технологии
Men Kontre и Тет Ansam две из девяти станций в сети. Ниже приведены примеры этих
двух станций.
132
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
Радио Меn Kontre находится в Ле Кае, третьем по величине городе на Гаити.
Двухэтажное капитальное здание станции хорошо охлаждается большим деревом манго.
До консультаций, станция получала энергию из сети общественного энергоснабжения (12
часов в день), резервного генератора 12 кВт (хотя топлива не было), и массив из четырех
солнечных модулей.
Характеристики станции
Расположение
Ле Кае, город с населением в 100 тыс. человек
Время вещания
17 часов в день
Потребляемая мощность
50 кВт/день, 500 Вт передатчик; 2 компьютера, насос, вентилятор.
Общественное энергоснаб.
12 часов, нестабильно
Установленные
технологии
12кВт генератор, 3,5 инвертер/зарядное устройство, 25,5 кВ/ч батареи
Стоимость технологий
См.ниже
Батареи заряжались из сети общественного энергоснабжения, солнечных панелей, но
аккумуляторы были в плохом состоянии. Приборы, которые потребляют больше всего
энергии на станции (кондиционеры и водяной насос), работали только когда станция
подключалась к сети энергоснабжения или когда запускались генераторы, т.к. мощности
батарей для них не хватало. Станции требуется в общей сложности около 51 кВт каждый
день, а на кондиционеры и водяной насос приходится около половины этой мощности.
Рекомендации для радиостанции:
12 кВт генератор должен быть использован только в качестве резервного.
Регулярное техническое обслуживание генератора должно быть включено в
бюджет станции.
Емкость аккумуляторных батарей должна быть увеличена с 10В до 24В, этого
будет достаточно для удовлетворения основных потребностей (кроме
кондиционера и водяного насоса) в течение пяти часов в день, без чрезмерной
разрядки. Не обязательно, чтобы размер батареи был настолько большим, чтобы
обеспечивать потребление при отключениях продолжительность в один день, т.к.
они редко когда бывают.
Ко всему оборудованию, которое питается от генератора, должна быть проведена
отдельная проводка.
Освещение должно быть подключено так, чтобы могло питаться от постоянного
тока непосредственно от аккумуляторных батарей, без инвертора или потери
мощности.
Назначить ответственное лицо за управлением и обслуживанием энергетической
системой.
Заменить проводку на станцию на новую, чтобы избежать потерь мощности.
Солнечные панели не нужны и могут быть проданы. Сети общественного
энергоснабжения и вместе с генератором, вполне достаточно для питания станции,
до тех пор, как сеть используется для зарядки батарей в течение 12 часов в день
или больше.
133
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
Радио Tet Ansam находится в городе Jeremie, с населением около 50000 жителей.
В капитальном двухэтажном здании очень жарко из-за плоской крыши. Ежедневное
потребление энергии на станции составляет около 30 кВт, из которых больше всего
потребляют настольный компьютер, три вентилятора и кондиционеры. Кроме того, на
станции используются водяной охладитель, ксерокс и микроволновая печь. До
консультации, на станции, в качестве резервного, использовали энергию от старого
генератора мощностью 10 кВт, которому требовался основательный ремонт. Не
принципиальные для работы станции приборы включались только при наличии энергии с
сети энергоснабжения, для снижения нагрузки на аккумуляторы. Тем не менее, батареи
были в плохом состоянии, возможно, из-за чрезмерной разрядки.
Рекомендации для радиостанции:
Заменить 10 кВт генератор на дизельный генератор мощностью 6 кВт. Этот
генератор может питать кондиционеры и заряжать батареи за 6 часов работы в
день. Генератор меньшей мощности, работающий с более высокой нагрузкой,
более эффективен, чем нынешний.
Увеличить батареи до 44 кВт. Это позволит продлить срок службы батарей, за
счет того, что их потенциал будет задействован не более чем 50%, при их
использовании (в общей сложности около 17 кВт/ч в сутки) для питания приборов
не подключенных к сети энергоснабжения и генератору.
Батареи можно заряжать после обеда и вечером от генератора и сети
энергоснабжения, соответственно.
Установить на крыше здания радиостанции (которая идеально подходит для
этого) солнечные панели. Установка солнечных панелей позволит сократить
расходы на топливо для генератора.
Провести теплоизоляцию крыши или затенить ее навесом из пальмовых
листьев.
Расходы на оборудование, рекомендованное г-ном Zeitter для Réseau Étoile были
следующими. Эти цены не включают в себя транспортные и страховые расходы:
Дизельный двигатель 9,5 кВт, 110В/60Гц, «Lister Petter-TR-2", типа "деревня",
однофазный, открытый
$2900
Дизельный двигатель, 5 кВт, 110В/60Гц, «Lister Petter-TR-2", типа "деревня", однофазный,
открытый
$2400
Ветровая генераторная установка, 1 кВт, диаметр лопасти по по вертикальной оси 2 м, с
двумя FGK лопастями
$4500
Солнечная установка, 4 х 160 Вт модули, "Schott"
$1900
Батареи:
1000 Ач, "Hoppecke OPzS" $ 3900
1220 Ач, "Hoppecke OPzS" $ 4700
1620 Ач, "Hoppecke OPzS" $ 6800
2000 Ач, "Hoppecke OPzS" $ 7900
134
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
Другие вопросы
На Гаити сложно найти местного дилера, который продает качественное оборудование.
Местные дистрибьюторы и их поставщиков в Майами считают, что размеры рынка Гаити
недостаточны для такого оборудования, чтобы поставлять его. В связи с этим,
оборудование для девяти станций было приобретено у европейских компаний и
специально было привезено на Гаити. Перевозка из Германии на Гаити было
проблематичной: станциям пришлось ждать дольше, чтобы получить выбранное
оборудование, чем если было заказано в Майами через привычные каналы. Директора
некоторых станций выражали сомнение в возможности технической поддержки этого
оборудования местными специалистами. По состоянию на май 2010 года эти опасения
были сняты лишь частично.
Положительные стороны использование оборудования от иностранного поставщика
заключаются в высоком качестве оборудования, лучшем соотношении цена-качество.
Сеть получила финансирование для найма одного техника для станции, прошедшего
десять недель интенсивного курса (одна неделя в месяц в течение десяти месяцев).
Организаторы проекта ожидают, что пройдя этот курс, станции смогут могут обслуживать
большую часть оборудования студий и энергетического оборудования сами, не дожидаясь
помощи от специалистов из столицы Гаити.
Информация, предоставляемая Gerd Zeitter (BEGECA)
(Международный координатор Réseau International)
и
Pierre
Bélanger
6. Радио Pikon Ane (Индонезия)
Характеристики станции
Расположение
Аниелма, отдаленный поселок в провинции Папуа, Индонезия
Время вещания
17 часов в день
Потребляемая мощность
2 кВт/день: 1 кВт передатчик; 3 компьютера, 6 ламп.
Общественное энергоснаб.
нет
Установленные
технологии
9 кВт микро ГЭС, без батарей
Стоимость технологий
$70000 первоначальные
постройку дамбы
затраты,
включая
обследование,
установку
и
Радио Pikon Ane было создано с целью улучшения доступа к информации для людей в
Центральном нагорье Папуа, Индонезия. Станция расположена в отдаленном селе
Аниелма в Яхокимо, районе Папуа. Она вещает на область, в которой один из самых
высоких показателей бедности по всей стране - более половины населения района живет
ниже черты бедности. Недостаточное питание и дефицит продовольствия является
распространенным явлениями.
Станция была создана в сентябре 2007 года после того, как в регионе от голода в 2005
году погибло 55 человек. Его можно было бы избежать, если бы информация о неурожае
была распространена быстро в другие части Индонезии. Станция была создана
единственным независимым в Индонезии новостным радио агентством KBR68H и
135
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
Индонезийской Ассоциацией по развитию средств информации (НПО), при поддержке
Indonesia Media Development Loan Fund (MDLF) и голландского правительства.
Станция вещает 17 часов в сутки; ее потенциальная аудитория 70000 слушателей; общая
потребляемая мощность около 2 кВт. Станция транслирует информацию о ценах на
культуры для местных фермеров, консультации по вопросам здоровья и прав женщин,
объявления местных органов власти, другие новостями и информацию.
Технологии
Гидросистема рассчитана на выработку 9 кВт. Станция не использует батарей и не имеет
никаких источников резервного питания, таких как общественная электросеть или
генераторы. Вместо ГЭС рассматривался вариант использования солнечной энергии, но
низкий уровень солнечного излучения в регионе означает, что солнечные батареи не были
бы рентабельными. Рассматривались также и дизельные генераторы, но стоимость
бензина и трудности транспортировки сделали этот вариант несостоятельным (дизель
стоит Яхокимо около $ 3.20 за литр в шесть раз выше отпускных розничных цен).
Стоимость установки гидросистемы стоит около $ 70000, начиная от первоначального
обследования, до постройки дамбы, оборудования для турбин, линий электропередач.
MDLF ожидает, что размеры расходов выше, чем они могли бы быть в других частях
Индонезии, так как удаленность от станции увеличивает транспортные расходы. Они
считают, что сопоставимые системы в более доступном месте стоила бы около $ 45000.
Система была сделана и установлена компанией CV Energi Alternatif из
Сентани/Джаяпура, Папуа.
Эксплуатационные расходы оцениваются в $ 1000 в год (1,5% от первоначальной
стоимости системы). В обслуживание входят замена ремней, смазка турбины, которые
осуществляет местный житель, работающий техником на станции. Он сопровождал
команду при установке и постройке станции, в ходе которых до него были доведены
сведения о базовом обслуживании. Техник не больше не получил никаких знаний, кроме
этих. В его обязанности входит: регулярно проверять уровень воды; состояние ремня и
смазки. Выше по течению реки, фермеры также оказывают помощь, избегая вырубки
деревьев, тем самым предотвращая попадание пиломатериалов в реку, засорение дамбы и
остановку турбины.
Однажды, турбина остановилась из-за мусора (в основном, древесины) блокировашего
поток воды к турбине. Такого рода неполадки устраняются путем простого удаления
мусора. Мощность иногда падает, если уровень воды низкий. Тем не менее, общая
мощность системы микро ГЭС составляет 9 кВт, из которых станция использует только
около 1 кВт, таким образом, снижение уровня воды не оказывают существенное влияние
на станцию.
136
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
Рис.10.8 Постройка коллектора и канала на радио Pikon Ane. Фото: Indonesia Media Development Loan Fund
(MDLF)
Другие вопросы
Удаленность от станции означает, что строительство системы проходило медленно и
сложно. Поставка строительных материалов (таких как цемент, кровельная гофра, песок,
дерево и камень) были ненадежными, через местную реку, в срочном порядке был
построен мост для осуществления поставок материалов; местные жители сначала
возражали против постройки линии электропередачи длиной 1 км через их сады, и
требовали компенсацию.
После того как система была установлена, электричество в этом районе появилось
впервые. С самого начала проекта было решено, что система должна не только
использоваться для нужд станции. Поэтому мощность системы была умышленно
установлена на уровне значительно выше ее потребностей. В результате, около 20 домов,
церковь, школа и офис старосты теперь обеспечены электричеством.
137
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
Рис.10.9 Завершенный канал, используемый микро ГЭС Радио Pikon Ane. Фото: Indonesia Media
Development Loan Fund (MDLF).
Электричество оказала огромное положительное воздействие на общину, а низкая ее
стоимость делает энергоснабжение устойчивым в долгосрочной перспективе. Вовлечение
общественности в процесс принятия решений о строительстве и эксплуатации системы
также обеспечивает сообществу чувство сопричастности и ответственности за него,
укрепление связей между обществом и радиостанцией. То, что ГЭС не наносит вреда
окружающей среде, также является важным фактором для местного населения, ведущего
натуральное хозяйство.
Информация предоставлена Tess Piper (страновой программный директор, Indonesia
Media Development Loan Fund (MDLF)
138
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
Рис.10.10 Сооружение для размещения турбин и оборудования микро ГЭС радиостанции Pikon Ane.
Материалы по схеме, в том числе в избу, были доставлены к месту на специально построенном мосту. Все
материалы были доставлены по мосту, специально построенному для упрощения транспортировки. Фото:
Indonesia Media Development Loan Fund (MDLF)
139
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
11
Политика в области
энергетики и
предпринимательства
Стоимость, качество и доступность энергетических технологий в регионе, частично
зависят от наличия сильных энергетических предприятий и благоприятной политики
правительства по отношению к ним. Эта глава дает некоторую информацию о местных
энергетических предприятиях в Африке и о мерах политики, которые правительства могут
принять для поддержки роста энергетических технологий, особенно технологий
использования возобновляемых источников.
Местные энергетические предприятия
Ведение энергетического бизнеса членами маленьких общин, в интересах этих же общин
получил широкое распространение в Африке в последние годы. Национальные
правительства, НПО и местные предприниматели обращают все более внимание на
обеспечение автономных поставок электроэнергии и оборудования для африканцев. Речь
идет не только о поставках электроэнергии, а об использовании экологически чистой
энергии, для повседневных нужд. Радиостанции имеют все возможности для поддержки
таких инициатив, а в некоторых случаях, даже могут сами организовывать такие
предприятия.
Многообразие энергетических предприятий
Местные энергетические предприятия могут разного вида и форм. Во многих
африканских странах существуют местные частные операторы генерации и распределения
электроэнергии - в основном использующие, дизель-генераторы или мини ГЭС. Страны
сильно различаться в своем подходе к электрификации сельских районов в зависимости от
размера и рельефа страны, ее природных ресурсов, развития энергетической
инфраструктуры, размеров местного частного сектора и т.д. Но во многих странах,
последние политические реформы открывают возможности создавать локальные
предприятия по генерации и распределению электроэнергии, в дополнение к
общественной энергосети. В настоящее время, для реализации решений по обеспечению
электроэнергией на местном уровне с использованием целого ряда технологий, включая
ВИЭ, мелкие кооперативы или частные операторы получают поддержку. Затем,
выработанная электроэнергия распределяется через локальную сеть, часто только в
окрестные города или села.
140
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
Местные предприятия занимаются также импортом и продажей систем на базе солнечной
энергии, энергосберегающего освещения, таких как светодиоды. Имеются также местные
производители и установщики ветровых турбин. Предприятия также занимаются
локальным изготовлением и продажей неэлектрического оборудования. Например, ряд
предприятий производят улучшенные печи для промышленного и домашнего
использования, который более экономно расходуют дрова или древесный уголь (см.
вставку 11.1 примеры). Другие производят топливные брикеты из отходов сельского
хозяйства или древесного угля (рис. 11.1). Некоторые предприниматели реализуют
фермерам биогазовые установки, вырабатывающие из навоза газ, который используется
для пищеприготовления или выработки электроэнергии.
На уровне местных общин микро-предприятия могут использовать солнечные панели, для
предоставления услуг по зарядке аккумуляторов или телефонов, могут продавать плитки,
солнечные фонари или другие недорогие потребительские товары в розницу. Все эти
предприятия предлагают доступ к «чистой энергии», менее вредной для окружающей
среды, и в конечном счете более дешевой, чем энергия на органическом топливе.
Рис.11.1 Предприниматель Mau Kazi,
сидящая напротив брикетов, которые она
изготавливает и продает. Брикеты это
компактного
размера
топливо,
изготавливаемое из древесного угля,
сельскохозяйственных отходов, соломы,
сена,
скорлупы
кокосовых
орехов,
древесной щепы или других горючих
веществ. Фото: GVEP International (Global
Village Energy Partnership).
141
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
Врезка 11.1
Примеры: улучшенные печи в Кении и Уганде
Более 95% угандийцев и многие кенийцы проживающие в городах
используют в качестве топлива для пищеприготовления уголь или дрова, а
сельской местность дрова. Плиты, используемые в настоящее время,
являются неэффективными, и это увеличивает количество дров,
необходимых для приготовления еды. Совместные проекты между
местными
компаниями
и
иностранными
донорами
помогают
распространению усовершенствованных печей, которые экономят топливо и
снижают ущерб здоровью и экологии, вызванный неэффективностью печей.
Два таких проектов являются:
Kenyan Ceramic Jiko и Maelewano Women’s Group. Maelewano Women’s
Group в Mwakoro, отдаленной деревне в прибрежной провинции Кении.
Члены группы используют обжиг, для производства деталей печей, включая
Kenyan Ceramic Jiko (KCJ), модифицированную версию традиционной печи
на угле в Кении. Было подсчитано, что KCJ экономит $ 65 в стоимости
топлива для каждого домохозяйства в год, и стоит от $2 до $5. Печь для
обжига была построена немецкой организацией GTZ, что позволяет группе
продавать свои печи людям и правительственным группам, получая
прибыль при такой низкой цене.
Угандийская печь Rocket. UGASTOVE угандийская компания, занимается
различными технологиями на основе использования биомассы, включая
дровяную
плиту
Rocket.
Эта
печь
очень
эффективна
при
пищеприготовлении, с возможностью контроля за интенсивностью огня,
использованием топлива и рациональным использованием вырабатываемого
тепла. Топливо при ее использовании сгорает полностью. UGASTOVE после
получения деловых советов от глобальной фирмой Accenture, расширила
свой ранее небольшой, семейный бизнес. В компании проводят тренинги по
печному производству и предлагают продажу в долгосрочный кредит для
жителей Кампалы, в Уганде. UGASTOVE, в качестве награды, получает
углеродные кредиты за те печи, которые она продает.
142
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
Формы финансирования
компаний
и
поддержки
местных
энергетических
Некоторые из энергокомпаний являются международными, в то время как другие были
основаны и управляются африканцами. Часть из них создаются на основе партнерства
между местными жителями и иностранцами. Более крупные предприятия, например
связанные с постройкой небольших ГЭС и распределительных сетей, почти всегда
нуждаются в поддержке правительства или доноров при осуществлении капитальных
первоначальных затрат. Компании, занимающиеся установкой солнечных батарей и
производители биогазовых установок, могут также получить выгоды от сотрудничества с
донорскими программами, в виде прохождения обучения и выдачи потребительских
субсидий или с помощью контрактов на закупку для школ и медицинских центров. Малые
предприятия розничной торговли часто стали использовать частные источники
финансирования и обычно не требуют больших начальных капитальных затрат.
Предприниматели могут начать бизнес, используя микрофинансирование или банковские
кредиты. Как правило, предприниматели имеют активы, которые они могут использовать
в качестве залога. Также в качестве залога можно использовать прибыльное предприятие.
Кредиты, тем, кто только начала бизнес, без залогового обеспечения очень трудно
получить.
Некоторые НПО, работающие по вопросам международного развития поощряют
энергокомпании, поскольку считают, что доступ к современным энергетическим
технологиям является ключом к экономическому развитию. Их поддержка может
осуществляться через организацию конкретных кредитных линий или за счет
предоставления гарантий по кредитам.
Крупные предприятия могут воспользоваться услугами ряда специализированных
инвесторов, которые обеспечивают кредиты и капиталы. Некоторые инвестиционные сети
и фонды развития проводят конкурсы для привлечения интереса к потенциальных
инвесторов. Есть также целый ряд африканских и иностранных организаций, которые
зарабатывают углеродные кредиты. Международное финансирование доступно для
проектов, которые приводят к уменьшению вредных выбросов, влияющих на изменение
климата.
Как бы то ни было, все эти усилия требуют высокого уровня технической подготовки и
поэтому в Африке, есть лишь несколько примеров, когда местная энергетическая
143
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
компания получила серьезные выгоды углеродного рынка. Для начала бизнеса может
потребоваться значительное количество форм финансирования. Поэтому все успешные
предприниматели работают на основе рыночных принципов – они производят продукты
или услуги, которые люди хотят покупать и могут себе позволить.
В районах, где нет сети энергоснабжения, солнечные фонари по низкой стоимости и
хорошего качества, гораздо более лучшая альтернатива керосиновым лампам. В то время
как первоначальная стоимость керосинового фонаря ниже, деньги, сэкономленные на
керосине в течение последующих месяцев быстро компенсирует затраты на солнечный
фонарь. И это притом, что свет солнечных фонарей гораздо ярче, и отсутствуют
токсичные газы. Рынок для брикетов и плит может быть ограниченным, в районах, где
наблюдается изобилие дров и они могут быть получены бесплатно. Такие товары, как
правило, лучше продаются в городских районах, где они дешевле по сравнению с
традиционной древесиной или угля.
Потенциальная роль для радиостанций
Одной из проблем местных энергетических предприятий является недостаточная
осведомленность о своей продукции и об ее преимуществах. Радиостанции, безусловно,
могут сыграть важную роль в информировании населения о стоимости и пользе для
здоровья от использования солнечных батарей, улучшенных печей, брикетов, плит без
огня, биогаза и другие технологий. Целесообразность применения технологии будет
меняться от места к месту, так что станции должны провести некоторые собственные
исследования (ЧЗВ 11.1).
Другой серьезной проблемой является отсутствие доступа к кредитам для потребителей,
желающих приобрести лампы, печи или солнечной батареи для дома. Некоторые местные
кредитные союзы действительно предоставляют кредиты и поощряют членов стать
дистрибьюторами недорогих энергетических товаров. Радиостанции могут помочь
продвинуть истории, где такие схемы кредитования помогли людям получить доступ к
продуктам.
Создание энергетического бизнеса
Радиостанции могут сами становятся поставщиками энергетических услуг за счет
продажи избыточной мощности. Это может быть реализовано в форме предоставления
услуг по зарядке аккумуляторов или телефонов. Некоторые операторы мобильной связи
уже начали предоставлять эти услуги, используя энергию для питания базовых станций,
которые обычно имеют избыточное питание. Например, Safaricom в Кении обеспечивает
зарядку телефона от некоторых из своих базовых станций. Присутствие возле объектов
отпугивает воров. Прежде чем выводить такого рода услуги на рынок, необходимо
провести исследования о наличии спроса на них. В ЧЗВ 11.1 перечислены некоторые
ключевые вопросы такого исследования.
144
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
Будущие тенденции
В конечном счете, Африка нуждается в доступе к мощности, для продуктивного
использования. Фонари и печи могут помочь сэкономить деньги и обеспечить некоторое
улучшение в повседневной жизни людей, но только электроснабжение является тем, что
вносит кардинальные изменения. В ближайшее десятилетие, во многих африканских
странах, рядом с крупными и надежными клиентами, такими как местные фабрики,
телефонные мачты или медпункты, мы увидим рост количества автономных мини-сетей
на базе различных технологий. Общинные радиостанции будут среди клиентов этих минисетей, энергия которых, почти наверняка будет дешевле, чем альтернативные варианты –
если конечно, инвестиции в снижение эксплуатационных расходов были уже сделаны.
Энергетика и политика
Местные и национальные правительства в Африке, вполне могут внести свой вклад в
развитие энергетических технологий. Степень внимания правительства к технологий
ВИЭ, государственный подход к электрификации, являются факторами, влияющими на
принятие решении вопроса о том, какая конкретная технология подходит для станции в
стране.
Ниже приведены некоторые шаги правительства, которые могут быть предприняты, чтобы
способствовать развитию автономных энергетических технологий, а также некоторые
примеры африканских стран, которые приняли эти шаги.
Привлекательный режим финансирования проектов ВИЭ
Пример: В 1997 году правительство Ботсваны создали схемы финансирования, которые
позволили сельским общинам в Ботсване приобрести солнечные энергетические системы,
со сроком погашения в четыре года и процентом.
Налоговые льготы, в том числе налоги на импорт, такие как
таможенные пошлины
Пример: Начиная с 1998 года правительство Ганы снизило импортные пошлины и НДС
(Налог на добавленную стоимость) на солнечную и ветровую технологии. По состоянию
на январь 2010 года, эти технологии освобождены от импортных пошлин и НДС.
Субсидирование использования энергетических технологий
Пример: В сентябре 2007 года правительство Уганды объявило о 45% субсидировании
при приобретении солнечного энергетического оборудования.
Льготные тарифы: операторы распределительных сетей оплачивают пот своему
тарифу физическим лицам и/или компаниям, которые генерируют мощности в сеть
из возобновляемых источников
145
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
Пример: Правительство Кении ввело льготные тарифы в 2008 году, заплатив (например) $
0,09 за кВт/ч энергии для ветровых электростанций объемом до 50 МВт.
Содействие энергетическим предприятиям
Пример: часть Национального стратегического энергетического плана Ганы (см. врезку
11.3) поощрять предпринимателей сотрудничать с производителями популярных брендов
по созданию филиалов производств и сборочных линий в стране.
Сертификация
технологий
и
лицензирование
провайдеров
энергетических
Пример: Сертификация и лицензирование было одной из целей Национального
стратегического энергетического плана Ганы (см. врезку 11.3).
Финансирование конкретных проектов в области энергетики
Пример: Программа Мали по популяризации завода ятрофы a включала установку
оборудования на базе масла ятрофы в деревнях и переоборудование транспортных средств
и оборудования для работы на топливе из ятрофе.
Поощрение исследований и разработок возобновляемых источников
энергии
Пример: Программа Мали по популяризации завода ятрофы поддерживает исследования
двух успешных типов процесса извлечения нефти из ятрофы.
Назначение советников правительства по энергетике, подписание
соглашений и разработке национальных планов в области энергетики
Пример: В 2010 году правительство Руанды наняла эксперта в области возобновляемой
энергии для разработки стратегии развития возобновляемой энергетики для страны.
146
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
Врезка 11.3
Пример: Национальный
план Ганы.
стратегический
энергетический
Стратегический национальный Гана энергетики план (SNEP, 2006-2020
годы), является примером поддержки правительства, использования
технологий возобновляемых источников энергии. Целью этого плана
является создание энергетического рынка в Гане, который может обеспечить
достаточное, жизнеспособное и эффективноое энергоснабжение. В Плавне
приводятся следующие политические рекомендации:
Освобождение от НДС, импортных пошлин и акцизов для ветрового,
солнечного оборудования, генераторов и предприятий, питающихся от них.
Поощрение
промышленных
предприятий
за
сотрудничество
с
производителями популярных брендов в создании филиалов по
производству и сборочных линий в стране.
Установление и обеспечение сертификации и лицензирования дилеров
технологий с использованием возобновляемых источников энергии.
Поощрение местного самоуправления в Гане, для обеспечения
электричеством услуг автономных общин с помощью мини-сетей и микросетей, с помощью альтернативных источников, таких, как биомасса.
Такие Планы, как этот, не гарантируют успех возобновляемых источников
энерегиив стране, но они помогают – Гана привлекла под реализацию SNEP
более $ 210 млн поддержки со стороны Всемирного банка и других
доноров.
Информация: Международного энергетического агентства и Всемирного
банка
147
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
Приложение A. Рабочие листы
A.1 Перечень для планирования
А.2 Основные оценки энергии
А.3 Долгосрочные расходы на топливо
А.4 Сравнение стоимости по срокам
эксплуатации
А.5 Срок окупаемости оборудования
доступны
на
сайте
www.cameco.org / publication
148
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
A.1 Перечень для планирования
ЗАДАЧИ и ОПЦИИ
Ссылк Сделано?
и
на
главы
Заметки
Оценка энергии помогает определить 2
размер и выбрать технологии, а также
выявить области, где энергия может
быть сохранена.
Базовая
оценка Используйте раздел “Базовая оценка
энергопотребностей” в Приложении А.2
энергопотребностей
1.Оценка
энергопотребностей
Продвинутая
оценка Рассматривает существующий блок
питания,
критические
нагрузки,
энергопотребностей
будущие изменения спроса, удаленность
станции, суточные и годовые изменения
спроса и качества электропотребностей.
Оценка
экспертного Какие задачи может выполнять станция
самостоятельно, и какие требуют
потенциала
участия
внешних
экспертов?
Рассматривается специфика, уровень и
доступность знаний.
2.Определение
потенциальной
экономии энергии
Самая дешевая энергия та, которую 2
никто не использует
Замена
неэффективного
оборудования
Используйте
раздел
«Срок
окупаемости» в приложении А.5, чтобы
проанализировать
долгосрочную
экономию использования эффективного
оборудования.
от закрытия окон
до
Сокращение объемов Меры
отключения компьютеров от сети –
энергопотребления
это самый простой способ экономии
энергии, требующий небольших,
но
постоянных усилий
со
стороны
сотрудников.
Перераспределение
энергетических
нагрузок
Может включать изменение рабочего
времени в соответствии с режимом
общей
энергосистемы, и/или
использования энергии в течение дня.
Переоценка
энергопотребностей
Снижение
энергопотребностей
на
основе оценки (реалистичной) будущей
экономии энергии.
3.Выбор
энергосистемы
технологии
Технологии могут
и обеспечить регулирование,
хранение и предоставление
генерирования по
3, 5, 6, 7
экстрамере
149
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
Регулирование
(и защита)
необходимости.
Необходимо
соблюдать осторожность при оценке
эффективности и
стоимости энергетических
технологий генерирования.
Может
включать стабилизатор 3, 7
напряжения, контроллер
напряжения,
ИБП, молниеотвод, батареи
для защиты, или их
модификация для
улучшения защиты. Может
также
включать защиту
для
критических
нагрузок.
Хранение
Аккумуляторы
могут хранить 3, 7
PPS, генератор питания, питание
ВЭТ, или их сочетание. Необходимо
также включить хороший
контроллер заряда (для переменного
тока оборудования), инвертор.
Генерирование
Может
включать
дополнительный 3, 5, 6
генератор
или
улучшение
использования генератора, один или
несколько ВИЭ самостоятельно, либо
одного или нескольких ВИЭ с
генератором. Гибридные системы могут
использовать ВЭТ в качестве резервного
для генератора, или наоборот.
Оценка эффективности Принимает во внимание природные 4
ресурсы, ежедневное время работы
генерирующих технологий, и дерейтинг овых факторов (рис. 4.2 в Главе
4 содержит сведения об общих факторах
снижения номинальных значений).
Оценка затрат
Анализ
эксплуатационных
сроков 4
учитывает все затраты в течение срока
службы техники (см. приложение А.4).
Зависит от первоначальных затрат,
эксплуатационных
расходов,
и
долговечности техники. Расходы по
замене батареи являются относительно
высокими.
4.Планирование
долгосрочного
управления
В
идеале " менеджер
по 8
энергии"
должен
нести
ответственность
за
решение
следующих задач.
Включает
в
себя отчетность по
неисправностям, замену вышедших из
строя
и
изношенных компонентов
и поддержания запаса инструментов,
Обслуживание
150
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
запасных частей и других материалов.
Включает
в
себя первоначальную
оценку и периодическую
повторную
оценку
Оценка
Реагирование
изменения
энергоснабжении
реагирование
на Выявление и
в на изменения в
энергетической нагрузке,
вызванной новой
техникой, новыми
сотрудниками, или большим
объемом
эфира станции.
Надзор
над Уверенность в том, что сотрудники
станции соблюдают запланированное
энергосбережением
энергосбережение
Включает в себя обучение технических
специалистов и персонала станции по
эксплуатации
и
техническому
обслуживанию техники,
и
об
эффективности использования энергии.
Обучение
Обмен
опытом, Опыт и знания (в том числе технический
персонал) могут
быть
экспертизой, энергией
разделены между станциями. Энергия
может использоваться
совместно
с
другими членами сообщества.
5.Сделки
провайдерами
энергетических
технологий
с Знать, как выбирать провайдера и 9
что ожидать от него.
Выбор
дилера/консультанта
Рассматривайте опыт
работы поставщика по конкретным
задачам,
в конкретном регионе,
длительность их
опыта, могут ли
они судить
о технологии
беспристрастно
и обеспечивать гарантии; и учитывайте
то, что предыдущие клиенты говорят о
них.
Выполнение установки
Поставщик должен быть в состоянии
посетить станцию на месте, провести
обучение
и
консультации
по
ориентированию
и
мобилизации
(Orientation&Mobility),
предоставить
техническую информацию или руковод
ство
для
пользователя,
информацию
о стандартах, гарантию и полную
информацию по затратам.
151
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
А.2 Базовая оценка энергопотребностей
Перечень общего оборудования уже перечислен в таблице. Приложение B.1 содержит
перечень типичных мощностей общего оборудования радиостанции. Глава 2 содержит
больше информации о проведении оценки энергопотребностей. Пустые ячейки в колонке
“Стоимость” должны быть заполнены с использованием собственных данных станции;
серые ячейки можно заполнить с использованием предложенных уравнений в колонке
"Расчеты". Онлайн-версия, содержащая уравнения и готовая к использованию, доступна
для скачивания с сайта www.cameco.org/publications.
Потребление
Вещание
Передатчик
Аудио процессор
Оборудование
студии
Компьютер
Микшер
СД плейер
Кассетный
проигрыватель
Амплифаер
Колонки
Микрофоны
Бытовые приборы
Вентилятор
Кондиционер
воздуха
Освещение
Холодильник
Офисное
оборудование
Настольный ПК
Ноутбук
Мощность
Всего
на
Количеств
мощность
единицу
о единиц
(кВт)
(кВт)
Кол-во
Всего
часов
энергии в
работы в день
день(ч.)
(кВт/ч)
А
D
В
С=АхВ
= C+D
152
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
Копир
Телефон
Принтер
Другое
ВСЕГО
153
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
А.3 Стоимость топлива в долгосрочной перспективе
Затраты на топливо для генераторов, как правило, намного выше, чем первоначальные их
стоимость. Расходы на топливо часто называются "скрытыми", т.к. они выплачиваются в
будущем. Форма, приведенная ниже позволяет оценить долгосрочные расходы на
топливо,
необходимого для генератора и приведенную стоимость топлива для
производства 1 кВт/ч энергии, выраженные в долларах за кВт/ч. Это значение может
помочь сравнить эффективность затрат с производством энергии на базе других
источников.
Глава 6 содержит больше информации о генераторах (в том числе дизель-генераторах).
Ячейки белого цвета в колонке "цена" колонки должны заполнятся с использованием
собственных данных станции; ячейки серого цвета можно заполнить с использованием
предложенных уравнений из колонка «расчеты». Онлайн-версия, содержащая уравнения и
готовая к использованию, доступна для скачивания на сайте www.cameco.org/publications.
Параметры
Единица
Цена
Стоимость за единицу топлива
$
за
единицу*
А1
Размер бака
Объем*
А2
#
Часы работы в день, в среднем Часов
по году
день
в
А3
Общее время работы на одном Часов
баке топлива
бак
за
А4
Годовые затраты на топливо
$
А
Расчеты
= (А1хА2хА3х365)/А4
Средняя мощность выдаваемая кВт
генератором
В1
Объем энергии от генератора
кВт в день
В
= А3хВ1
Приведенная стоимость топлива
$/кВт/ч
С
=А/(Вх365)
*Подойдет любая мера объем (литры, галлоны и пр.). Однако, везде должна быть
использована одинаковая единица.
154
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
А.4 Жизненный цикл сравнения стоимости
Форма на следующей странице может быть использована для сравнения затрат трех типов
энергетических систем в течение года, с учетом длительности затрат в течение срока их
эксплуатации. Варианты могут быть сравнимы по их приведенной стоимости (стоимость
произведенного киловатт-часа энергии) и годовой стоимости (их стоимость в год).
Преимущество приведенной стоимости заключается в том, что она учитывает
количество энергии, вырабатываемое различными системами. Сравнение получается
корректным, несмотря на то, что системы могут производить разное количество энергии,
т.к. приводится стоимость за 1 кВт/час энергии.
Преимущество годового исчисления стоимости заключается в том, что
демонстрируется стоимость энергии в долгосрочной перспективе. Если разные системы
производят разное количество энергии в годовом исчислении, сравнивать эти затраты
между собой не корректно.
Другие вопросы, на которые следует обратить внимание:
Не все из перечисленных типов затрат применимы к каждой энергосистеме. Например,
при использовании генераторов обычно учитывают эксплуатационные расходы за
выработку 1 кВт/ч генерации (стоимость топлива), а при использовании технологий
возобновляемых источников нет.
Некоторые из типов затрат выражаются по разному для одинаковой стоимости.
Например, годовая стоимость обслуживания может быть выражена как абсолютная
стоимость или как процент от первоначальной стоимости опциона. Типы затрат, которые
используются для каждого варианта зависит от того, как дилер или производитель
выражает эти расходы.
Форма не учитывают ставку дисконтирования, финансовый показатель, который
снижает ценность будущих платежей по сравнению с текущими.
Ячейки белого цвета в колонке "цена" колонки должны заполнятся с использованием
собственных данных станции; ячейки серого цвета можно заполнить с использованием
предложенных уравнений из колонка «расчеты». Онлайн-версия, содержащая уравнения и
готовая к использованию, доступна для скачивания на сайте www.cameco.org/publications.
Параметры
Единица
Ежедневная
генерация кВт/ч
энергии среднем за год
день
Годовой объем производства
кВт/ч
энергии ⁽¹⁾
в
А
В
С
#
Расчеты
A1
A
= A1 x 365
155
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
Параметры
Единица
А
В
Первоначальная стоимость
$
B1
Срок эксплуатации
Годы
B2
Первоначальная
стоимость,
$/в год
распределенная по годам
Приведенная
первоначальная стоимость
Стоимость топлива, в год
Приведенная
топлива ⁽²⁾
Процент
обслуживания
стоимости
#
Расчеты
Bа
= B1 / B2
$/кВт/ч
Bl
= Ba / A
$/в год
Ca
$/кВт/ч
Cl
%
от
первонача
стоимости
льной
стоимост
и
первоначальная стоимость
С
= Ca / A
D1
$
D2
Расходы
на
техническое
$/в год
обслуживание, в год
Da
= D1 x D2 / 100
Приведенные % расходов на
техническое обслуживание $/кВт/ч
⁽³⁾
Dl
= Da / A
Стоимость замены
$
E1
Периодичность замены
Годы
E2
Стоимость замен в год 1
$/в год
Ea
= E1 / E2
Приведенная
замены 1 ⁽⁴⁾
$/кВт/ч
El
= Ea / A
Стоимость замены 2
$
F1
Периодичность замены
Годы
F2
Стоимость замен в год 2
$/в год
Fa
= F1 / F2
Приведенная
замены 1 ⁽5⁾
$/кВт/ч
Fl
= Fa / A
стоимость
стоимость
Другие
приведенные
$/кВт/ч
расходы ⁽⁵⁾
«Другие
приведенные
$/в год
расходы", в год
GI
Ga
= GI x A
ОБЩАЯ ПРИВЕДЕННАЯ
СТОИМОСТЬ
= Bl + Cl + Dl + El + Fl +
Gl
ОБЩАЯ
СТОИМОСТЬ
= Ba + Ca + Da + Ea + Fa +
Ga
ГОДОВАЯ
Глава 4 содержит больше
энергетических технологий.
информации
об
оценке
стоимости
генерирующих
156
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
(1) годовой объем производства энергии технологий, используемых для расчета
приведенной стоимости варианта.
(2) и годовую приведенную стоимость топлива можно оценить, используя таблицу в
приложении А.3.
(3) Расходы на техническое обслуживание технологий возобновляемых источников
энергии часто выражаются (в том числе в этом руководстве) в процентном соотношении
от первоначальной стоимости технологий в год, например, затраты на техническое
обслуживание солнечных батарей, могут быть в размере 2% от первоначальной
стоимости панелей, в год.
(4) стоимостью замены является стоимость деталей, которые необходимо периодически
заменять. Это не относится к стоимости замены всей системы (замена набора солнечных
батарей, например). Так как замене могут подлежат разные компоненты, в разное время и
по разной стоимости, введены строки «Стоимость замены 1» и « Стоимость замены 2».
При необходимости эти строки можно добавлять.
(5) Эта категория расходов, которые уже выражены как приведенные расходы, например,
коммунальные предприятия часто выражают стоимость общественного энергоснабжения
в долларах за киловатт-час.
157
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
А.5 Срок окупаемости
Первоначальная стоимость эффективного оборудования (например, ЖК мониторов или
световых приборов высокой эффективностью) часто выше, чем неэффективного
оборудования однако,
дополнительные первоначальные затраты
зачастую
компенсируется за счет экономии на стоимости энергии. Форма приведенная ниже, может
быть использована для расчета срока окупаемости (дней, месяцев и лет), более
эффективных электроприборов. Период окупаемости оборудования складывается из
длительности работы эффективного устройства, которое оно должно проработать, прежде
чем деньги, сэкономленные на сокращении расходов на электроэнергию компенсируют
дополнительные первоначальные затраты на более эффективное устройство.
Параметры
Начальная
стоимость
оборудования($)
Начальная
стоимость
оборудования($)
Разница в стоимости ($)
Среднее
потребление
оборудования (кВт)
Цены
неэффективного
эффективного
#
A1
A2
A
эффективного
Ежедневная длительность использования
эффективного оборудования(часов)
Ежедневное потребление эффективного
оборудования (кВт/ч)
Среднее
потребление
неэффективного
оборудования (кВт)
Ежедневная длительность использования
неэффективного оборудования(часов)
Ежедневное
потребление
неэффективного оборудования (кВт/ч)
Ежедневная разница в энергопотреблении
(кВт/ч)
Расчеты
= A1 - A2
B1
B2
B
= B2 x B1
C1
C2
C
= C2 x C1
D1
=C–B
Стоимость электроэнергии ($/кВт/ч)
D2
Экономия в день ($)
D
= D1 x D2
Срок окупаемости (дней)
E1
=A/D
Срок окупаемости (месяцы)
E2
= E1 / 30
Срок окупаемости (годы)
E3
= E1 / 365
Расчеты приведенные в форме выше предполагает, что эффективное и неэффективное
оборудование выполняет работу одинаково по качеству и длительности.
158
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
Ячейки белого цвета в колонке "цена" колонки должны заполнятся с использованием
собственных данных станции; ячейки серого цвета можно заполнить с использованием
предложенных уравнений из колонка «расчеты». Онлайн-версия, содержащая уравнения и
Приблизительная стоимость источников энергии (в центах/кВт-ч) [4]:
Общественное энергоснабжение:
4-8
Солнечные батареи:
50 - 60
Ветровые турбины:
25 - 35
Дизель-генератор:
50 - 65
Микро ГЭС:
10 – 15
Примечания:
Приведенные выше затраты на энергоресурсы являются приблизительными, их величина
разнится в соответствии с условиями. В стоимости указанной для общественного
энергоснабжения (4-8 центов/кВт/ч) не учтены затраты на хранение или регулирование.
Использование аккумуляторов и оборудования для регулирования может значительно
увеличить его стоимость.
159
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
Приложение B
В.1 Потребляемая мощность ключевого оборудования
В таблице ниже приведены типичные диапазоны мощностей и энергопотребления
оборудование и приборов, используемых на радиостанциях. Эти цифры являются
приблизительными - более точную оценку мощности станции и потребления энергии
можно рассчитать с помощью данных производителя оборудования или путем прямого
измерения потребления. Глава 2 содержит больше информации о способах
энергосбережения для этих приборов.
Прибор
Мощность
(Вт)
Время
работы Энергопотребление
(часы/дни)
в день (Вт/ч)
Передатчик *
300 - 8000
5 - 24
1500 - 190000
Кондиционеры
500 - 1500
5 - 15
2500 - 25000
Компьютер
200 - 300
5 - 20
1000 - 6000
Компьютер (ноутбук)
50
5 - 20
250 - 1000
Вентиляторы
или стоячие)
20 - 200
5 - 20
100 - 4000
Лампы накаливания
20 - 100
2 - 12
40 - 1200
Лампы флуоресцентные
5 - 30
2 - 12
10 - 360
Люминесцентные
освещения
20 - 40
2 - 12
40 - 480
Микшер
15 - 80
5 - 20
75 - 1600
СД плеер
10 - 25
5 - 20
50 - 500
Кассетные проигрыватель
10 - 20
5 - 20
50 - 400
ТВ 12" черно-белый
15
1-4
15 - 60
ТВ 19" Цветной
60
1-4
60 - 240
ТВ 25" Цветной
130
1-4
130 - 520
Холодильник / морозильник
Различная
Различная
1100 - 3000
Охладитель
Различная
Различная
700 - 3000
Электрочайник
500 - 1500
Различная
500 - 3000
1-3
100 - 800
(потолочные
Ручной инструмент
трубки
Рис.8.1 Типичное потребление основного оборудования.
* Потребление передатчика в 2-3 раза выше, чем его выходная мощность.
Данные: с разрешения National Renewable Energy Laboratory, изначально опубликованные
в Renewable Energy for Rural Schools, Ноябрь 2000; размещены по адресу
www.nrel.gov/docs/fy01osti/26222.pdf , Март 2010
160
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
В.2 Солнечная карта Африки
Ниже приведена карта интенсивности солнечного излучения в Африке. Эта карта была
сгенерирована при помощи инструменты НАСА «Метеорология и солнечная энергия»
(http://eosweb.larc.nasa.gov/sse ). Этот он-лайн инструмент бесплатный и может
предоставить детальные цифровые и графические данные для разных районов Африки.
Интенсивность солнечного излучения
Среднее значение за год Июль 1983 – Июнь 2007
Рис. B.2 Средние значения региона = 5,6565 (кВт/м2/в день) НАСА/ССЕ 29 апреля 2010.
Изображение и данные: НАСА
Карта показывает, что на большей части регионов Африки солнечное излучение
составляет от 4 до 6 кВт/ч на квадратный метр. В соответствии с глобальными
стандартами 4 оценивается как средний показатель, 5 высокий и 6 очень высокий
показатель солнечного излучения.
Примечания:
1кВт/ч на м2 это то же самое, что и 1 час солнечного света в день или 1 час полного
солнца в день. Солнечные модули номинируют свою генерацию исходя из полного
солнца. 1 кВт · ч/м2 в день так же, как 1 солнце-часов в день, или 1 час солнце.
161
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
Солнечные модули рассчитаны в соответствии с их выходом на солнце. Модуль
мощностью 100 Вт, например, будет производить 100 Вт при полном солнце. Если такой
модуль получает 5 солнечных часов в день, он будет генерировать 500 Вт или 0,5 кВт-ч
энергии в день, без учета понижающих факторы (100Вт х 5 часов = ВС 500кВт/ч). Потери,
связанные с высокими температурами, проводкой, батареей и инвертором означает, что
эта величина, снизится на 50-60% начальной мощности.
Карта показывает только потенциал. Она учитывает только среднюю облачность, но не
рассматривает ни местных препятствий, таких как деревья и здания. Она также не
учитывает изменения солнечного облучение в течение обычного дня и года. Ежегодное
среднее изменение отражено в графике. Даже в районах с высоким уровнем облучения на
карте, могут быть длительные периоды в течение года, когда облучение низкое из-за
облачности (в течение дождливого сезона, например).
162
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
В.3 Ветровая карта Африки
Ниже приведена карта интенсивности ветра в Африке. Эта карта была сгенерирована при
помощи
инструменты
НАСА
«Метеорология
и
солнечная
энергия»
(http://eosweb.larc.nasa.gov/sse ). Этот он-лайн инструмент бесплатный и может
предоставить детальные цифровые и графические данные для разных районов Африки.
Скорость ветра на высоте 50 м.
Среднее значение за год Июль 1983 – Июнь 1993
Средние значения региона = 5,6251 (м/с) НАСА/ССЕ 29 апреля 2010.
Как пользоваться картой. Карта показывает годовую скорость ветра на высоте 50 м на
африканском континенте, в среднем за 20-летний период. Так как высота ветровых
установок, как правило, ниже 50 м, карта не является исчерпывающе точным
руководством. Он может быть использована для определения регионов, которые почти
наверняка непригодны для использования ветровых установок (поскольку ветровые
установки редко бывают выше 50 м в высоту). Она также может быть использована для
идентификации областей, которые могут быть пригодны для этих целей. Тем не менее,
регионы, не территории которых, согласно этой карте интенсивность ветра достаточна,
могу на самом деле непригодны для установки ветровых турбин. В этих целях
необходимо проводить исследования конкретной области. В качестве ключевых
параметров на карте, для оценки потенциала развития ветроэнергетики, могут быть
использованы следующие сведения:
Отсутствие или малый размер потенциала для ветровой энергетики: скорость ветра менее
3,5 м / с.
163
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
Области, потенциально пригодные для применения ветровой энергетики: скорость ветра
между 3,5 и 5,0 м/с.
Значительный потенциал для использования энергии ветра: 5.0 м / с и выше.
Глава 5 содержит больше информации о ветровых турбинах. Глава 4 включает в себя
пример анализа производительности и стоимости системы на базе энергии ветра, с
указанием конкретного случая. В Приложении B.4 представлены некоторые данные,
которые могут быть полезны при оценке ежедневного объема генерации энергии
ветровыми турбинами.
164
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
В.4 Расчетные
турбинами
объемы
генерации
энергии
ветряными
В таблице ниже приведены теоретические данные по выработке энергии (в кВт/ч в день)
ветровой турбины для четырех типичных скоростей ветра, а также перечень диаметров
ротора. При интерпретации этих данных, обратите внимание на следующие аспекты:
Приведенные в таблице значения являются средними и на практике, день ото дня, они
будут существенно отклоняться от среднего.
Значения теоретические (расчетные): очень эффективная небольшая ветряная турбина
может конвертировать половину теоретической производительности в полезную энергию,
а неэффективная турбина может конвертировать только на четверть. Такие показатели
могут иметь место до учета потерь в проводах, выпрямителе и инверторе. С технической
точки зрения значения в таблице предполагают эффективность преобразования 59%
(предел Беца) и размер коэффициента 1,89, который применяется при увеличении
скорости ветра к объему вырабатываемой энергии.
Скорость ветра приведенная в таблице это средняя скорость ветра, доступная для
турбины. Ее можно рассчитать с помощью оценок на месте. Диаметр турбины (не путать
с радиусом) обычно дается производителем.
кВт/ч в день
3
Скорость 4
ветра
5
(м/с)
6
Диаметр лопасти
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
5
5,5
6
7
8
0,35
0,78
1,4
2,2
3,1
4,3
5,6
7,1
8,7
11
13
17
22
0,83
1,9
3,3
5,2
7,4
10
13
17
21
25
30
40
53
1,6
3,6
6,5
10
15
20
26
33
40
49
58
79
103
2,8
6,3
11
17
25
34
45
56
70
84
100
137 178
Например, турбина диаметром 3,5 м имеет теоретическую мощность 20 кВт-ч в день при
средней скорости ветра 5 м/с. Очень эффективная небольшая ветряная турбина может
конвертировать половину теоретической производительности, около 10 кВт/ч в день в
среднем (без учета потерь в проводах, выпрямителе и инверторе). Неэффективная турбина
может дать всего лишь 5 кВт в день, в этих же условиях, до учета других потерь.
Источник: Hugh Piggott, анализ автора
Значения в вышеуказанной таблице также могут быть рассчитаны для произвольных
скоростей ветра и диаметров ротора по формуле:
E = 0,0129 х D ^ 2 X V ^ 3
Если E - энергия в день (в кВт/ч), D – диаметр турбины (в м), а V - скорость ветра (м/с).
Значения которые будут найдены с помощью этой формулы, как и значения в таблице
будут средними теоретическими.
165
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
Приложение C
С.1 Спецификации для фотоэлектрических модулей
Ниже приведено толкование некоторой ключевой информации, регулярно отображаемой в
технических паспортах, для различных фотоэлектрических модулей. Эти ячейки,
расположенные в современных солнечных батарей. Для примера взяты модули Schott ASI
87, 90, 95 и 100.
1. Типы ячеек
Большинство фотоэлектрических модулей делаются из аморфного кремния, монокристаллического кремния или поликристаллического кремния.
Технические характеристики
Количество ячеек в модуле
Тип ячеек
Соединение
Размеры соединительного бокса
Фронтальная панель
Материал рамы
56
Тандем a-Si/a-Si (аморфный силикон)
Соединительный бокс с обходным диодом,
4 мм2 – солнечный кабель с Тукоразъемами, длина полюса 1,2 метра
каждый
138х90х22
Термически обработанное стекло 4мм.
Черный алюминий
2. Система напряжения
Максимально допустимое напряжение на модуль PV.
Лимиты
Максимальный вольтаж
Максимальный реверсивный ток
[A]
Температура
операционного
модуля
Классификация
пожаробезопасности (IEC 61730)
Классификация прибора (IEC
61730)
1000
15
-40… +85
А
С
3. Разрешения и сертификаты
Этот модуль отвечает международным стандартам качества для фотоэлектрических
модулей, находящихся в ведении Международной электротехнической комиссии.
166
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
4. Номинальная мощность при стандартных условиях испытания (STC)
Мощность, которую модуль обеспечивает при нормальных (то есть идеальных) условиях.
Номинальная мощность не учитывает электрические потери в проводах и инверторе, или
потери из-за неидеальных внешних условий (например, сильно пасмурные дни). Также
предполагается, что модуль стоит с постоянной ориентацией на солнце (нереалистичное
предположение, особенно для массивов без установленного прибора слежения).
Производительность панели из аморфных ячеек снижается в течение первых нескольких
месяцев использования до стабилизации, поэтому применяют два значения
("стабилизированный" и "начальный") при указании номинальной мощности модуля.
"Начальную" мощность не следует применять при расчете долгосрочной
производительности модуля. Использовать надо только стабилизированные цифр.
5. Уровень эффективности модуля
Это пропорция солнечной энергией, которую модуль конвертирует в полезную
электрическую энергию. Модульная эффективность 6% означает, что из каждой 1000 Вт
солнечной энергии модуль выдает 60 Вт электрической энергии.
6. Данные при нормальной температуре клетки эксплуатации (NOCT)
Данные применяется для менее идеальных условиях внешней среды, т.е. при
освещенности 800 Вт/м2, а не 1000 Вт/м2. Эти данные, более реалистичны, чем данные
для стандартных условиях испытания (STC). Для модулей, мощность при NOCT
составляет около 20% ниже, чем номинальная мощность при STC (например, 87 Wp по
сравнению с 68 Wp, для Schott ASI 87 модели).
167
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
С.2 Спецификация ветряных турбин
Ниже приведены объяснения некоторая ключевая информация для ветровой турбины (в
данном случае Турбина Бергей XL.1). Каждое изображение является частью
соответствующей спецификации.
1. Диаметр ротора
Диаметр ротора (2,5 м) является лучшим показателем потенциальной мощности турбины.
2. Одно-фигурная номинальная мощность.
2. Оценка мощности одной цифрой
Эта турбина мощностью 1000 Вт, при скорости ветра 11 м/с – очень редкая на практике
скорость ветра.
Технические характеристики
Скорость ветра для старта…6,7 миль/час (3 м/с)
Скорость прекращения работы(мин.)… 5,6 миль/час (2,5 м/с)
Номинальная мощность… 1000 Вт
Номинальная скорость ветра… 24,6 миль/час (11м/с)
Номинальная скорость ротора… 490 об/мин
Скорость прекращения работы(макс.)… 29 миль/час (13 м/с)
Максимально допустимая скорость ветра… 120 миль/час (54 м/с)
168
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
3. Кривая мощности
Показывает мощность для ряда постоянных скоростей ветра. Для реалистичной скорости
ветра (от 4 до 8 м/с) на мощность составляет 500 Вт, что значительно меньше
номинальной оценки 1000 Вт
4. Долгосрочная производительность энергии, вершина башни
Таблица, показывающая ежедневные, ежемесячные и ежегодные выход энергии (в кВт/ч)
турбины, при различных скоростях ветра, фиксируемых в верхней части башни. Данные
относятся к башням любой высоты; скорость ветра в верхней части башни может быть
измерена пользователем с помощью анемометра. Цифры в этой таблице (в отличие от
кривой мощности) учитывают колебания от средней скорости ветра.
Предполагаемая выработка энергии
Замеры скорости ветра проведены на вершине башни
Среднегодовая
(м/с)
скорость
ветра
Среднегодовая
(миль/ч)
скорость
ветра
Ежедневно
Объем энергии в
Ежемесячно
кВт/ч (24VDC)
Ежегодно
3,5
4
4,5
5
5,5
6
6,5
7,8
8,9
10,1
11,2
12,3
13,4
14,5
1,9
2,8
3,9
5,1
6,4
7,7
8,9
55
85
115
155
195
235
270
680
1010
1410
1850
2320
2790
3260
169
Энергия для радио. Руководство для практического пользования
5. Долгосрочная производительность энергии, при скорости ветра измеренной на
высоте 10 м
Таблица, показывающая производительность турбин для различных скоростей ветра, на
высоте 10 м над уровнем земли. Производительность зависит от высоты башни, поэтому в
примере приведены разные высоты башен (9м, 20м, 32м).
Скорость ветра измеренная на высоте 10 м.
US-DOE Класс силы ветра
1
2
3
4
5
6
7
Среднегодовая скорость ветра (миль/ч)
8,9
10,7
12,1
13
13,9
15
18,8
Среднегодовая скорость ветра (м/с)
4
4,8
5,4
5,8
6,2
6,7
8,4
2,6
4,3
5,8
6,8
7,8
9,1
12,7
Ежемесячно 80
130
175
205
240
275
385
Ежедневно
4,1
6,4
8,2
9,3
10,4
11,7
14,7
Ежемесячно 125
195
250
285
320
355
445
7,8
9,7
10,9
12
13,1
15,4
235
295
330
365
400
465
Объем
энергии
кВт/ч
(24VDC)
в
Высота
башни
(9м)
30ф.
Ежедневно
Высота
башни
(20м)
64ф.
Высота
Ежедневно
5,2
башни 104ф.
Ежемесячно 160
(32м)
6. Совета для снижения потерь
Значения в спецификациях не учитывают потери при передаче по проводам, зарядке
батарей или инверторах.