Комплект для энергонезависимости

С. Михненко

В Германии начали продавать системы на основе солнечной энергии и водорода, которые обеспечат жилому дому полную энергоавтономию

Компания HPS (Home Power Solutions GmbH, Германия) начала прием заказов на установку компактных систем под названием Picea («ель» – лат.), предназначенных для обеспечения полной (круглогодичной) энергетической автономии индивидуальных и двухквартирных жилых домов. Это комплексное решение – набор устройств, необходимых для полного энергообеспечения домохозяйства, большая часть из которых интегрирована в одном корпусе. Комплект обеспечивает потребности жилища в накоплении и хранении энергии на целый сезон. Например, в течение лета можно накопить энергию на весь отопительный период.

Чего хотят потребители

Потребители сегодня стремятся к независимости. Тарифы на энергоснабжение растут – идея самообеспечения энергией набирает обороты. Однако необходимость в сезонных хранилищах энергии актуальна не только для частных домов, но и для всей сети в части ее балансировки. Итак, создав сеть из малых частных сезонных хранилищ, можно создать сеть сезонных распределенных хранилищ в жилых домах, что станет залогом успешного перехода (транзиции) всей энергосистемы на возобновляемые источники энергии (ВИЭ) в национальном масштабе, обеспечения ее устойчивости, равно как и энергонезависимости потребителей – считают в Германии.

Потребители хотят покрывать все свои энергетические потребности от собственного источника ВИЭ. В Центральной и Восточной Европе предпочтительно использовать фотоэлектрические (PV) модули на крыше. Из этого возобновляемого источника можно самостоятельно генерировать чистую энергию для питания своего дома электричеством, для подогрева воды ГВС и отопления и, вероятно, можно обеспечить еще и зарядку своего электромобиля (EV). С ростом энергоэффективности и уровня теплоизоляции зданий потребляемая мощность для отопления снижается, но спрос на электроэнергию в целом растет, поскольку электрические устройства и обеспечение мобильности (устройства связи и EV) обусловливают такой рост потребностей в электроэнергии. В то же время, мир комбинированных теплоэнергетических технологий (КТЭТ) меняется быстро и принципиальным образом – происходит быстрая «электрификация» сферы отопления. Управляемые системы средне- и долгосрочного хранения электроэнергии с высокой электрической эффективностью позволят преодолеть проблемы сезонной нехватки и, наоборот, решить вопрос сезонной утилизации переизбытка генерации из ВИЭ.

Потребители (вернее, «просьюмеры» – потребители и производители одновременно) хотят быть энергонезависимыми или, по меньшей мере, иметь аппаратные средства, чтобы быть «out of grid» – вне сети. Это разумно, если местная электросеть из-за непогоды в самый неподходящий момент дает сбой и прекращает подачу энергии. А погода в последнее время становится все более волатильной и непредсказуемой.

Обычно свой «путь к энергонезависимости» начинают с установки PV-системы на крыше, которая позволяет генерировать достаточное количество электроэнергии для питания оборудования в домашних хозяйствах. Следующий шаг – обустройство системы домашнего хранения электроэнергии. Причем рынок умных и эффективных технологий хранения электричества (ESS) огромен: в одной Германии, например, их потребность сейчас оценивается примерно 8,5 миллионами имеющихся семейных домов плюс комплектацией около 100 000 новых зданий в год.

Важный компонент энергетического перехода на ВИЭ

Изучив рынок, компания HPS разработала интегрированное решение «с одним постом», состоящее из комбинации нескольких экологически чистых технологий – технология топливных водородных элементов, электропитание от PV-батареи, аккумуляторная батарея и силовая электроника, что делает процесс установки быстрым и простым. Для клиента устройство выглядит как «энергоцентр» с интеллектуальным управлением энергопотребления, устойчивая, самонастраиваемая и самооптимизируемая эффективная домашняя система хранения и перенаправления потоков энергии.

Система-PiceaРис. 1. Система Picea от HPS объединяет в одном компактном изделии хранилище энергии в доме на одну семью − поддержку нагрева для ГВС, отопления и системы вентиляции помещений, контролируемые интегрированным «энергоменеджером»

Это компактное устройство разработано для типичного среднеевропейского дома для одной семьи. Энергия краткосрочно хранится в электрических батареях. Более длительное накопление тепловой энергии происходит в тепловом баке-аккумуляторе с большим объемом воды. Сезонные пики потребления (сезонные неравномерности) покрываются за счет произведенного водорода, выработанного в другие, более энергетически обильные сезоны, см. рис. 1.

Среднее домашнее хозяйство на четверых жильцов с годовыми потребностями в энергии около 4000 кВт•ч может питаться от PV-модулей на крыше, соединенных с хранилищем Picea. Все рассчитано так, чтобы потери от обратного преобразования энергии были наименьшими. Избыток энергии, вырабатываемой PV-панелями, преобразуется электролизером в водород, который будет использоваться в зимние месяцы и хранится в сжатом виде в баллонах. Солнечная панель с батареями выполняет функцию буфера для краткосрочного спроса. Например, избыток солнечного электричества в летние дни контролировано преобразуется в запас водорода с помощью электролизера, в тепло воды в баке-аккумуляторе, а для текущих нужд – в запас электричества в батареях. Летом в ночное время батарейный запас используется для электропитания домашней техники и, незначительно, – как тепло для ГВС из бака-аккумулятора.

По мере сезонного уменьшения потока энергии от солнца домашние энергопотоки перераспределяются. Наибольшее значение в это время приобретает водород, накопленный за лето. Он поступает в топливный элемент, где преобразуется в электричество. В зимние месяцы водородный топливный элемент работает для выработки электроэнергии и тепла. Энергия от топливного элемента расходуется на электропитание приборов и, частично, – на водяное отопление. В ночное время зимой (и в зимние пасмурные дни, когда PV-модули фактически не функционируют) водородные топливные ячейки становятся основным источником энергии, покрывая потребности в электроэнергии для домашней техники, нагревателей системы отопления и для поддержки тепла в системе ГВС. К тому же система активно рекуперирует и сохраняет тепловую энергию – устройство использует большую часть своего отработанного тепла, тем самым уменьшая затраты на отопление, и осуществляет контролируемую вентиляцию помещения с интегрированным увлажнением воздуха в зимние месяцы.

Все интерфейсы и коннекторы устроены одинаково. Это сделано для интуитивного доступа монтажника отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC), обладающего минимальным опытом. Клиент может управлять и следить за блоком через мобильное приложение.

От частного к общему

Однако это не только система для желающих быть независимыми от электросети. Кластер из нескольких агрегатов HPS (рис. 2), соединенных в местную энергосеть, образует систему из серверной и центральной части общей системы управления. И за счет такого подключения нескольких децентрализованных локальных установок появляется возможность объединить вместе мощности для хранения в отдельных установках. Сервер может управляться локальными и (транс-)региональными коммунальными предприятиями или энергетическими кооперативами. Это открывает широчайшие возможности для компенсации недостатка энергии в каком-нибудь отдельном домохозяйстве и утилизации избыточной генерации. Но главная цель – кластер работает на стабилизацию общей электросети, и может предоставлять энергосервисные услуги – выравнивание частоты и стабилизации напряжения в общей сети, что очень хорошо оплачивается. Такой «кооператив» из нескольких домашних хранилищ поможет заработать частным владельцам HPS средства на возврат индивидуальных вложений в эту технику.

Система-Picea_2 Рис. 2. Центр энергораспределения и хранилище энергии HPS Picea – все компоненты интегрированы для обеспечения максимальной производительности в одном компактном блоке: батареи, силовая электроника, вентиляционное оборудование, электролизер и водородный топливный элемент

Интегрированная и интеллектуальная масштабируемая технология хранения данных, которая может объединить вместе несколько домохозяйств, при своем распространении сможет обеспечить надежное энергоснабжение всех потребителей за счет самостоятельной генерации энергии из ВИЭ, и в то же время облегчит решение проблемы стабилизации электросети в интересах всех – считают разработчики.

Источник: www.ees-magazine.com

Больше важных статей и новостей в Telegram-канале AW-Therm. Подписывайтесь!



Оставьте комментарий

Telegram