Как обеспечить автономное энергоснабжение на даче

Когда в дачном поселке внезапно гаснет свет, выключаются не только лампочки. Для владельцев загородных домов приостановка подачи электроэнергии нередко означает, что у них перестанут работать и отопление, и водоснабжение, и, увы, канализация. Можно ли обеспечить своему дому независимость от электросетей? 

Солнечные панели на этой крыше способны обеспечить 1 кВт электроэнергии

Давайте комплексно рассмотрим эту проблему и разберем все способы создать энергетическую автономность коттеджа при самых крутых погодных условиях. 

Ситуация зависит от типа применяемой энергии — электрической или тепловой. Для получения тепловой энергии непосредственно на участке потребуется твердое и жидкое топливо или газ (централизованный либо привозной). О них мы еще поговорим. А пока разберемся с причинами прекращения подачи или снижения качества электроэнергии. 

Проблемы с подачей электроэнергии

К проблемам с электроснабжением дачного дома относятся: 

1. превышение или понижение напряжения относительно нормы;
2. подача напряжения с параметрами, не соответствующими требованиям производителя техники, которая используется в доме; 
3. полное отсутствие электричества.

Длительные отключения электроэнергии случаются редко (поистине уникальный случай отключения целого Крыма сегодня вспоминать не будем), но их нельзя не учитывать. Ведь в таком случае прекращает работать все электрооборудование котельной, появляется реальная опасность размерзания систем отопления и водоснабжения.

Как показывает отечественная практика, обычные дома при выключении отопления выстуживаются примерно в течение 2-3 дней. Разумеется, без негативных последствий тут не обойдется. Но если использовать в системе незамерзающий теплоноситель, повреждений оборудования можно избежать.

Отсутствие тока касается не только электрокотлов, но и сопутствующего оборудования, которое требует непрерывной и качественной электроэнергии. 

Традиционная система отопления состоит из:

• теплогенератора (котел с горелкой), 
• циркуляционных насосов, 
• запорно-регулирующей арматуры, 
• трубопроводов,
• распределительного коллектора.

Для работы котла и горелки, а также циркуляционного насоса и сопутствующей электроники требуется переменное синусоидальное напряжение 220–230 В с частотой 50 Гц. Качество энергии в электросети определено в  ГОСТ 13109-97. Этот нормативный документ предусматривает отклонение от номинального значения напряжения 220 В ±5 %.

Если напряжение не «дотягивает» до 208 В или превышает 232 В, электронные узлы и цепи оборудования могут выйти из строя (или их рабочие характеристики не будут соответствовать требуемым значениям). Досадно, но такая коллизия не считается гарантийным случаем. Поэтому замену или ремонт техники придется оплачивать потребителю. Что мотивирует владельца дачи позаботиться о надежной подаче электропитания для автономной котельной.

Слева: Центр электроснабжения небольшого поселка — масляный трансформатор Справа: Источник бесперебойного питания. 

Есть ли еще причины перебоев с подачей электроэнергии? Да, их немало. Это скачки или кратковременный провал напряжения, отрыв «нейтрали», да и просто грозовые разряды. Разумеется, у инженеров есть способы решения или как минимум смягчения таких проблемных ситуаций.

«Дорожная карта» энергонезависимости

Для обеспечения загородных домов надежным электропитанием, а также для штатной работы всех инженерных систем (отопления, водоснабжения, канализации, сигнализации) используют:

1. стабилизаторы напряжения, 
2. источники бесперебойного питания (ИБП),
3. дизель-генераторные установки. 

Каждый из этих аппаратов предназначен для решения определенной задачи и защищает от определенного типа дефектов сетевого электроснабжения. 

Мы за стабильность!

Стабилизатор напряжения автоматически поддерживает в сети потребителя требуемое номинальное напряжение, корректируя перепады напряжения в общей сети. При аварийном скачке он отключит оборудование от источника, ставшего опасным. Поэтому главный параметр надежности этого прибора — его быстродействие. Если срок срабатывания превышает 1 сек, то электронные компоненты котельного оборудования рискуют потерять работоспособность.

Отдельный вопрос — выбор стабилизатора по величине мощности. Вряд ли все приборы на участке, потребляющие электроэнергию, будут включаться и работать одновременно. Необходимо знать, что при использовании асинхронных двигателей, компрессоров, насосов мощность стабилизатора  должна в 3–5 (!) раз превышать номинальную мощность потребителей. Так что расчет суммарной мощности должен быть произведен обдумано, с учетом всех обстоятельств.

Еще до момента приобретения надо определиться, какой стабилизатор вам нужен — однофазный или трехфазный. Даже если у вас на участке есть или предполагается хотя бы один трехфазный потребитель, придется покупать трехфазник.

Электронный стабилизатор.

Современные газовые котлы в основном работают только при подаче электроэнергии. Хоть и небольшой, но абсолютно необходимой. У каждого вида электрозависимых компонентов — свое энергопотребление:

• электроника котлов и газовые клапаны потребляют не больше 80 Вт, 
• циркуляционные насосы — до 200 Вт,
• горелки вместе с вентиляторами — 50–300 Вт.

В среднем для бытовых котлов со встроенными горелками и насосом нужно не более 250 Вт (да простят меня истинные знатоки отопительного ремесла, но я намерено опускаю информацию о горелках, точнее об их требованиям к электроснабжению: эта тема чересчур специфична).

Сегодня трудно представить газовый котел без страховочных приборов. Без них никуда. Но именно они и становятся самым уязвимым местом в случае проблем с электроснабжением. Речь о системах аварийного отключения газа и запорных электромагнитных газовых клапанах. Они «тянут» не более 35 Вт. При возможном  отключении электричества подача газа прекращается автоматически: клапан сработает на закрытие в течение 8 миллисекунд. Но это, к сожалению, означает, что даже такое мгновенное прерывание электроснабжения приводит к остановке котла, так что запускать его потом придется вручную. Поэтому надо позаботиться о том, чтобы питание системы аварийного отключения газа было непрерывным.

При покупке стабилизатора следует знать, что выгоднее приобрести один мощный прибор и обезопасить весь коттедж полностью, а не только котловую группу. Стабилизатор высокой мощности надежнее в эксплуатации.

Рассмотренные стабилизаторы хороши при кратковременных перебоях с электричеством и его качеством, однако бесполезны при реальных ЧП при электроснабжении. В этом случае дачное хозяйство не оставят в беде источники бесперебойного питания (ИБП) или дизель-генераторные установки, обеспечивающие автоматическое возобновление подачи электроснабжения. Познакомимся с обоими спасителями еще не замерзших дачников поближе.

Источники бесперебойного питания (ИБП) 

Источник бесперебойного питания состоит из блока питания и аккумуляторов. Когда ИБП включают в сеть, происходит естественная зарядка аккумуляторов через зарядное устройство, преобразующее переменный сетевой ток в необходимые для батарей 12V. Одновременно обеспечивается подача электроэнергии 220V непосредственно на газовый котел и другое оборудование. Когда батареи зарядились полностью, зарядное устройство отключается и обеспечивается лишь штатное электропитание системы.

В случае отключения централизованного электроснабжения источники бесперебойного питания гарантируют долгую (до нескольких суток) непрерывную работу системы отопления. Хорошего качества бесперебойники обеспечивают электропитанием отопительные системы даже тогда, когда полностью прекращается подача напряжения либо ухудшается его качество в основной сети.

В первом случае электрогенераторы переходят в режим резерва и генерируют стабилизированное переменное напряжение (220 В, 50 Гц) синусоидальной формы, используя аккумуляторные батареи. Когда сеть восстанавливается, они заряжают аккумуляторы. 

Последние должны выдерживать не менее 500-600 циклов заряда-разряда, причем многое зависит от «графика работы». При напряженной жизни — скажем, ежедневной перезарядке — срок эксплуатации аккумуляторов может сократиться до 2 лет. Однако при спокойной работе, без авралов, срок службы аккумуляторов может быть продлен до 8-10 лет, после чего их емкость начнет падать и потребуется замена.

При регулярных перебоях или при полном отсутствии электроэнергии ИБП по своим мощностным характеристикам не может конкурировать с электрогенератором с двигателем внутреннего сгорания. Но будет отличным дополнением к нему. Хотя, разумеется, такое резервирование по мощностям обойдется дороже.

Целесообразнее применять генератор только для подзарядки аккумуляторов ИБП. В таком подходе есть два преимущества:

1. вы экономите топливо, а значит, и семейный бюджет;
2. в период отключения мотора вы ощутите всю прелесть дачной тишины.

ТЭЦ на даче 

Обоснованной заменой ИБП станет электрогенератор, работающий от двигателя внутреннего сгорания (бензинового или дизельного). В комплект оборудования входит: 

• сам двигатель внутреннего сгорания с электрогенератором,
• автоматика управления, реагирующая на пропадание основного электропитания (или устройство ручного запуска). Такая машина, вращая вал электрогенератора, обеспечивает производство нормативной по своим параметрам электроэнергии. 

В качестве примера можно привести миниатюрный бензиновый электрогенератор ITC Power GG900Si мощностью всего 0,75 кВт. Он выполнен в виде чемоданчика и весит 12 кг. Топливный бак рассчитан на 1,6 литра, а расход топлива составляет 0,5 литра в час. То есть каждые три часа придется доливать топливо. К слову, не забудьте выключить при этом агрегат. 

Бензиновый электрогенератор ITC Power GG900Si

Недостатки электрогенераторов:

• Выхлопные газы от двигателя попадают в атмосферу. И это вряд ли порадует дачников, предпочитающих чистый воздух. 
• Кроме того, не бывает бесшумных двигателей внутреннего сгорания. К слову, упомянутый выше «чемоданчик» генерирует немало шума – 58 Дб. Гул работающего движка услышите не только вы, но и соседи по даче.

Некоторые аппараты выполняются в шумозащитных корпусах, что, разумеется, повышает их стоимость. Имеет смысл подумать о размещении собственной ТЭЦ где-то на заднем дворе. По крайней мере, не за стенкой хозяйской спальни.

Появление в хозяйстве такой мощной установки влечет за собой целый шлейф проблем:

1. Надо позаботиться о емкостях для хранения топлива и моторного масла. 
2. Тут же возникает необходимость обеспечения пожаробезопасности такого склада ГСМ. 
3. Если вы рачительный хозяин, то придется подумать и о плановых ремонтах и техническом обслуживании дизельных или бензиновых генераторов. 

Однако чего не сделаешь ради энергонезависимости собственного жилища.  

Хорошо забытая альтернатива

Можно ли пользоваться газовым котлом, если нет электроснабжения? Да, можно. Но для этого надо не гнаться за новизной, а установить на даче соответствующий котел. Отдельные модели отечественных и импортных котлов способны работать и без электричества. Имеющиеся в автоматике термопары обеспечивают выработку термоЭДС для нормальной работы оборудования. «А как же будут работать насосы?», — спросит внимательный читатель.

Необходимости в циркуляционных насосах здесь нет. Трансфер теплой воды по системе отопления происходит за счет естественного перепада температур: нагретый теплоноситель поднимается по трубам вверх, а остывающий возвращается обратно в котел.

Реальный недостаток такого «новаторского» подхода — то, что нужно установить трубы большого диаметра: свыше 1 дюйма (25 мм), а сама система отопления весьма громоздка, долго разогревается и медленно реагирует на команды изменить температуру.
 

Что кроме дров?

Надежность работы дачной котельной обеспечивается гарантированной подачей топлива. В подавляющем числе случаев речь идет о сетевом газе или дизельном топливе.

Система газоснабжения подает метан с рабочим давлением 13, а иногда и 20 мбар. Конкретная величина зависит от региона или от потенциала газораспределительного узла. Метан должен иметь такое давление и объем подачи на входе в котел для работы с генерированием нужного количества энергии.

Как советуют инструкции по эксплуатации отопительного оборудования, давление газа на входе в котел должно быть не менее 11, 5 мбар. Однако, как показывает практика, при сильных морозах давление метана может снизиться до 8, а иногда и до 3–4 мбар. В таком случае не стоит ожидать от котла расчетной мощности. Он просто прекратит работать. Или горелки повредятся из-за прогорания малым пламенем.

Кроме крутых морозов, причинами падения давления в сетях могут стать засоры или замерзание воды в газопроводах, нештатная работа клапанов или регуляторов газа в распределительных шкафах.

Что делать, если зимой давление газа запредельно низкое? Не замерзать же?

Можно порекомендовать несколько решений:

• Запастись резервным котлом, работающим на другом виде топлива (электричество, дрова, солярка).  

• Обзавестись котлом, способном работать на пониженном давлении газа до 3-4 мбар.
• Применять котлы большей мощности, чем необходимо для отопления загородного дома. Но цена мощных котлов тоже немаленькая. 
• Установить у себя на участке высокотехнологичную систему автономного газоснабжения. Разумеется, речь не о переносных баллонах для газовых кухонных плит. В московском узле успешно конкурируют три достойных компании, гарантированно доставляющие такое топливо по «первому звонку». Однако мне неизвестно, насколько у них развиты сети мобильных заправок по всем регионам России. 

Газ заказывали? 

Система автономного газоснабжения на базе сжиженного углеводородного газа (СУГ) состоит из:

• подземного резервуара, 
• блока регулирующей и предохранительной арматуры, 
• газопровода,
• газового котла.

Газовый резервуар в еще открытом котловане.

Система автономного газоснабжения.

Система на базе сжиженного углеводородного газа (СУГ) обладает рядом бесспорных достоинств:

1. Обеспечивается привычный городской комфорт при использовании метана.
2. Система неприхотлива в эксплуатации: нет ни золы, ни сажи, ни окислов и запаха серы (как от дизельного топлива).
3. СУГ спроектирована и произведена с учетом максимальной безопасности для человека и окружающей среды. Газовая емкость располагается под землей и обладает двукратным запасом прочности по отношению к рабочему режиму системы.
4. Отопление с применением СУГ дешевле, чем дизельным топливом или  электричеством.
5. Заправка топливом не сложнее заправки автомобиля на АЗС. Необходимо только обеспечить удобный доступ автомобиля-заправщика к резервуару (длина заправочного шланга около 10 метров.
6. Предприятие-изготовитель гарантирует срок службы резервуара не менее 20 лет.

Такая система действительно придает отдельному коттеджу статус энергетически независимой территории.  Так сказать, цель достигнута.
 

Миниатюрные дрова

На нашем сайте не раз писали о самом молодом типе топлива, способного обогреть загородный дом, – пеллетах. Их применение в твердотопливных котлах действительно повышает уровень энергетической независимости коттеджа. Внешне они похожи на маленькие палочки длиной до 6 см и диаметром около 8 мм. Для подачи топлива в топку используется шнековый винт: точь-в-точь как в мясорубке. Таким образом исключается должность истопника (вечная головная боль при эксплуатации твердотопливных котлов, причем в прямом и переносном смысле) и появляется возможность автоматизировать подачу пеллет.  

Пеллеты.
Но мы не забываем, что в пеллетном котле тоже есть потребители электроэнергии. Без них никуда не денешься. Это вентилятор и электродвигатель привода шнека, в иных схемах — плюс насос. В сумме они «потянут» на 200 Вт, причем шнек работает всего 2-3 минуты в течение часа. Согласитесь, найти такую мощность для 100% отопления коттеджа нетрудно, особенно после прочтения первых глав этой статьи.

Есть у пеллет и еще одно важное достоинство  — снижение пожароопасности по сравнению с газом и дизельным топливом. 
 

Туманные перспективы авангардных решений 

Нельзя не вспомнить и о модных ныне источниках возобновляемой энергии, способных обеспечить энергетическую самостоятельность и живучесть отдельно стоящему загородному дому.

Ветрогенератор. 

Казалось бы, поставь рядом с домом «ветряк» — и будет тебе счастье. Однако, как обычно, черт прячется в деталях. Действительно, существуют ветродвигатели, устойчиво генерирующие качественную электроэнергию. Скажем, небольшая (метров 12 высоты) «мельница» способна дать около 3 кВт. Но где найти этот устойчивый ветер, постоянно наполняющий вращающиеся лопасти даровой энергией? В садоводческом товариществе? В лесу? В самом деле: где? Вряд ли вы поставите свой дом с садом и огородом на скале, обдуваемой хотя бы легким бризом.

Однако поиск ветра еще не самое главное в этой энергетической западне. Дело в том, что при вращении лопастей эта машина генерирует низкочастотные колебания воздуха, крайне негативно воздействующие на нервную систему любого представителя  фауны, не только человека.

Если вы поставите «ветряк» вдалеке от жилья, в чистом поле, то полевые мышки-норушки изменят пути своих миграций. То же произойдет с косяками рыбы, размести вы его на острове (или сваях) в середине водоема.

Итак, этот вариант для дачи не подходит. Тогда, может быть, солнечные фотогальванические панели на южный скат крыши?

Хорошая вещь, но надо понимать: чтобы получить 1 кВт электроэнергии, придется развернуть в самом скромном случае 17 м² этих панелей. То есть энергии хватит только для слабого электрочайника. А как будут работать панели, если их припорошит снежком? Догадываетесь? А кто и как будет сметать со скользкой крыши этот снежок? Да и асоциальные элементы, вечно бродящие по опустевшим осенью дорожкам садоводческих товариществ рады будут стать обладателями технической новинки, которую можно быстренько обменять на всем понятное жидкое топливо для непосредственного согрева. Словом, солнечные батареи несут с собой ряд проблем разного характера, хотя сами по себе они технологически хороши.

В целом же современные технологические разработки позволяют обеспечить реальную энергетическую независимость загородного дома. Продумав комбинацию различных методов, вы сможете создать на своем участке островок тепла, света и уюта, даже если центральное энергоснабжение выйдет из строя.