В статье рассматривается необходимый объем организационно-технических мероприятий, которые должны выполняться в процессе предпроектных исследований, в целях соблюдения требований законодательства в области обеспечения безопасности общественных мест, а также в сфере энергосбережения и повышения энергетической эффективности.
Ключевые слова: наружное освещение,энергетическая эффективность, ветровые и солнечные генераторы, светодиодные светильники, экономическая целесообразность, безопасность.
Использование ветровых и солнечных установок для системы освещения городского парка должно осуществляться на основе проекта, в котором использованы базовые положения энергетического менеджмента, в сочетании правовых, технологических и экономических аспектов [6]. Правовой аспект заключается в необходимости соблюдения действующего законодательства в области обеспечения безопасности общественных мест, а также в сфере энергосбережения и повышения энергетической эффективности. Технологический и экономический аспекты связаны зависимостью, в соответствии с которой в проекте необходимо найти такое решение, которое было бы экономически целесообразным и одновременно технологически предпочтительным по критериям наименьшей трудоемкости исполнения, более высокой надежности, и меньшим эксплуатационным издержкам [1]. На первом этапе проектирования следует рассматривать необходимость соблюдения требований действующего законодательства в области обеспечения безопасности общественных мест, так как эти требования могут в значительной степени ограничить выбор технических вариантов реализации такого вида проекта [2].
Сравнение вариантов применения ветросолнечных источников энергии для системы освещения парка. В качестве основных критериев технико-экономической эффективности проекта применения ветросолнечных источников энергии для системы освещения парка должны применяться следующие показатели:
- Общая наименьшая стоимость реконструкции существующей системы освещения парка [6].
- Трудоемкость выполнения монтажных работ и обслуживания.
- Надежность и наличие резервирования.
- Сроки окупаемости за счет получаемой экономии.
В качестве примера рассмотрим два варианта энергоснабжения системы освещения парка, которые отличаются степенью централизации или децентрализации источников. В одном варианте каждый отдельный светодиодный светильник может оснащаться отдельным ветросолнечным генератором энергии, а в другом варианте существующее электроснабжение от централизованных сетей может быть заменено одним ветросолнечным источником, снабжающим всю систему освещения парка [1].
Рассмотрим вариант № 1, при реализации которого каждый светодиодный светильник оснащается ветросолнечным генератором энергии в формате 24 вольт напряжения постоянного тока. В этом случае опора светильника дополнительно оснащается генератором энергии, размещаемым в верхней части. В связи с этим, необходимо отметить, что для этого варианта будет очень сложно обеспечить условия его безопасного применения, так как таких комбинированных конструкций, имеющих обязательный сертификат безопасности, на рынке РК не представлено. Есть конструкции генераторов кустарного производства, не имеющие сертификатов соответствия, применение которых связано с риском грубого нарушения требований законодательства о техническом регулировании и безопасности общественных мест, и они при падении, вызванном порывом ветра, могут нанести травму или даже вызвать смерть человека. Необходимо отметить, что для этого варианта опасность падения мачты с ветрогенератором на людей, в случае размещения этой конструкции в парке, не будет полностью исключена.
В случае применения такой комбинированной ветросолнечной конструкции генератора по специально разработанному проекту, с использованием достаточно высоких специальных мачт, рассчитанных в проекте на прочность, и монтируемых на фундаменте и с растяжками, стоимость варианта становится неприемлемо высокой. Таким образом, функция обеспечения безопасных условий применения для этого варианта в общественном месте будет иметь очень высокую и неприемлемую стоимость реализации [6].
Необходимо рассмотреть также и проблему обеспечения эффективности ветрогенератора для этого варианта. При высоте опор светильников от 3.3 до 5 метров, верхняя часть опоры будет располагаться в теневой зоне для ветра, так как деревья в парке снижают энергетические характеристики ветра до минимума. На этом уровне средняя скорость ветра будет не превышать уровня 3–4 м/с. При средней скорости ветра на уровне 4 м/с и ниже, КПД маломощного вертикально-осевого ветрогенератора будет иметь значения ниже 10 % (рисунок 1).
В данном случае смысл КПД заключается в степени использования номинальной мощности генератора [6]. Поэтому для питания светильника мощностью 50 Вт нужно будет использовать более тяжелый и габаритный ветрогенератор с номинальной мощностью не менее 500 Вт, что будет кратно дороже, и потребует усиления мачты и фундамента. Для попадания в высотную зону ветров со скоростью более 5 м/с, необходимо использовать мачты высотой 15 и более метров. Для того, чтобы увеличивать высоту мачт до уровня 15–20 метров, где скорость ветра будет выше, в целях защиты от падения, потребуются достаточно прочные мачты, специальные фундаменты и растяжки, что негативным образом скажется не только на дизайне такого паркового освещения, но и на его относительно высокой монтажной стоимости [6].
Рис. 1. Зависимость КПД ветрогенератора от скорости ветра
Нужно заметить, что энергетическое оборудование, размещенное на высоте, потребует применения специальной высотной техники (подъемники на базе автомобилей, мобильные лифты) для обеспечения профилактического осмотра, обслуживания и ремонта, а также специальных и дорогостоящих мер по обеспечению безопасности обслуживающего персонала. Учитывая наличие сотен светильников в парке, трудоемкость и стоимость такого обслуживания будет также высока [4].
Рассмотрим альтернативный вариант № 2. При реализации этого варианта, каждая существующая опора светильников системы освещения оснащается светодиодным светильником 50–70 Вт 220 В с минимальными трудозатратами. В этом варианте система освещения парка оснащается общим для всех светильников ветросолнечным источником переменного тока напряжением 220 вольт 50 Гц. Резервирование производится в стандарте 220 В 50 Гц и осуществляется от существующей подстанции централизованного электроснабжения с использованием системы автоматического ввода резерва. Солнечные панели устанавливаются на рамах с автоматической ориентацией по солнцу [3,5,6]. Для данного варианта в полной мере могут обеспечиваться безопасные условия применения, которые не будут иметь высокую стоимость для их реализации.
В данном варианте безопасность обеспечивается за счет реализации организационно-технических мероприятий, а именно:
- Ветрогенераторы размещаются на мачтах, входящих в комплект поставки, имеющих достаточную высоту, фундаменты и растяжки, на свободной огороженной площадке, находящейся в непосредственной близости от существующей трансформаторной подстанции, которая в настоящее время осуществляет электроснабжение системы освещения парка. На этой площадке также размещаются солнечные панели в поворотных устройствах, управляемых системой слежения за солнцем.
- Мачта ветрогенератора монтируется рядом с аппаратным контейнером, установленном на насыпном гравийном основании. В контейнере устанавливаются аккумуляторы, электрощиты управления, контроллеры и преобразователи напряжения.
- Для подачи электроэнергии к светильникам используется существующая кабельная разводка от подстанции, для которой организуется схема резервирования.
В связи с тем, что на данной огороженной площадке не будут находиться посторонние люди, а может присутствовать только обслуживающий персонал, прошедший обучение и имеющий соответствующий допуск, то безопасность людей будет обеспечиваться в полной мере и в соответствии с действующим законодательством. Опасность падения ветрогенератора с высоты на посетителей парка будет полностью исключена. Требования к ветрогенератору должны включать [5]:
− наличие сертификата соответствия на комплект, включающий генератор, мачту, растяжки, требования к фундаменту и монтажу;
− наличие регулирования улов атаки лопастей, позволяющего повысить КПД генератора в области малых скоростей ветра (Аctive stall control).
Для применения эффективного и малозатратного метода обслуживания оборудования у этого варианта есть все условия, так как солнечные панели размещаются внизу и доступны на уровне роста человека. Аккумуляторы размещаются в одном контейнере, и их обслуживание не связано с преодолением привнесенных проблем. Для периодического обслуживания трех ветрогенераторов можно по договору использовать сертифицированный подъемник, стоимость использования которого будет в сотни раз меньше, чем при обслуживании трех сотен ветровых генераторов по варианту № 1. Вариант № 2 имеет наиболее экономически целесообразные характеристики, наибольшую надежность, и наиболее низкую трудоемкость обслуживания [1]. В соответствии с произведенными расчетами этот вариант имеет стоимость реализации, которая в три раза ниже, чем у первого варианта. Обслуживание генерирующего энергетического оборудования для этого варианта будет сосредоточено в одном месте, оборудование может быть достаточно надежно защищено от несанкционированного или вандального воздействия системами сигнализации и охраны.
Успешное применение ветровых и солнечных источников во многом зависит от верности принятых в проекте решений, и от достоверности сведений об энергетических потенциалах ветровой и солнечной энергии в месте ее планируемого использования. Очевидно, что наиболее предпочтительными должны быть данные экспериментальных исследований и результаты практического применения аналогичных энергетических станций в условиях данной местности.
В соответствии с рассмотренными в статье обстоятельствами, вариант централизации ветросолнечной электростанции является наиболее предпочтительным по четырем критериям:
− как наиболее безопасный;
− как наиболее экономически целесообразный;
− как наиболее надежный и имеющий 100-процентное резервирование;
− как имеющий наименьшую трудоемкость реализации и обслуживания
− как имеющий ориентацию панелей по солнцу и обеспечивающий наиболее высокую эффективность в использовании энергии солнца.
Литература:
- Бабко А. Н., Инютин С. П. Электрическое освещение и энергоэффективность. — Астана: ТОО «Nomad Trading», 2015. — 380 с.
- Болотов А. В., Возобновляемые источники энергии. Изд. УГТУ, 2011. — 523 с.
- Адрианова, Л. П. Солнечная электростанция с азимутальным слежения за солнцем / Л. П. Адрианова, А. Е. Тукбаева // Труды международной научно-технической конференции, “Энергообеспечение и Энергосбережение в сельской местности”. — 2010. — № 4. — С. 98–103.
- Виссарионов, В. И. Солнечная энергетика /В. И. Виссарионов, Г. В. Дерюгина, В. А. Кузнецова, Н. К. Малинин. — М.: Издательский дом МЭИ, 2008. — 276 с.
- Городов Р. В., Губин В. Е., Матвеев А. С. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии. — Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2014. — 294 с.
- Ганага C. В., Кудряшов Ю. И., Николаев В. Г. Сравнительный анализ экономических показателей ВИЭ и традиционных источников энергии. Малая энергетика, № 1–2, 2005, с.13–21
