Автономні електростанції на відновлювальних джерелах енергії: досвід споживачів у вирішенні енергетичних проблем

24 грудня 2021

Розповіді українських власників будинків, які встановлюють свої автономні та резервні електростанції. Рекомендації експертів щодо вибору обладнання та складання бюджету для забезпечення стабільності енергопостачання

Сонячна станція живить туристичний центр «Білий Слон. Ґаджина» в Карпатах.

Виробники – «невидимки»

Згідно з дослідженням “Малі учасники ВДЕ-ринку в Україні” понад 80% малої генерації на основі ВДЕ складають мережеві сонячні електростанції, що користуються “зеленим” тарифом. На сьогоднішній день в Україні налічується близько 40 тисяч таких СЕС. Лише за дев’ять місяців 2021 року був зафіксований ріст кількості встановлених СЕС на 9,7 тисяч. За даними моніторингу Держенергоефективності, загальна потужність сонячних електростанцій вже перевищила 1 ГВт.

Також зростає інтерес до малих вітрових електростанцій, проте їх популярність поки що невисока через високу вартість та технічні складність.

Чи можемо ми зараз оцінити кількість і потужність автономних установок, що працюють на власне споживання? На жаль, ні. 

“Наразі відсутня загальна база даних автономних систем ВДЕ-електрогенерацій”, – наголошує Микола Савчук, керівник компанії “Греса Групп” та член правління Української вітроенергетичної асоціації.

Водночас, експерти вважають, що така інформація надзвичайно важлива для всебічного аналізу стану розподіленої генерації в Україні. Зокрема, щоб зрозуміти, яким чином держава може підтримати громадян, які добровільно стали частиною “зеленого” переходу. 

Цілком ймовірно, що Україні необхідно імплементувати європейські директиви у своє національне законодавство. В тому числі, Директиву (ЄС) 2018/2001, яка містить положення, що “дозволяють громадянам активну участь у розвитку відновлюваних джерел енергії, створюючи можливості для спільнот, які використовують відновлювану енергію та забезпечують самостійне споживання”.

Микола Савчук уточнює, що в статистику потрапляють лише ті сонячні електростанції (СЕС) та вітроенергетичні установки (ВЕУ), які мають “зелений” тариф. 

“Ситуація з обліком на підприємствах покращиться, коли вони почнуть віддавати надлишки в мережу по схемі net metering, – вважає експерт. – Отримати статистику не так складно – необхідно надати власникам будинків і підприємств, котрі використовують ВЕС-СЕС для покриття своїх витрат, якісь пільги, як це практикують у інших країнах. І вони самі зареєструються”.

Вирішення завдань різними типами малої електрогенерації

Мережева станція  функціонує в комплексі з зовнішньою мережею. Без світла або вітру вона не генерує енергію. Основне обладнання складається із сонячних панелей та/або вітрогенератора, а також інвертора, де енергія перетворюється з постійного струму на змінний. 

Автономна станція генерує електрику для власного споживання об'єкта, при цьому надлишки енергії накопичуються в акумуляторах. На відміну від мережевої станції, для домашньої автономної електростанції необхідні акумулюючі модулі. Уночі або в часи низької сонячної/вітрової активності, коли енергія не виробляється, електроприлади живляться від зарядженої акумуляторної батареї (АКБ).

Гібридна станція може функціонувати як мережева, так і автономна. Вона забезпечує енергонезалежність об'єкта та можливість продажу надлишкової енергії за “зеленим” тарифом. Гібридна станція може бути оптимальним варіантом для домогосподарств, які проживають на постійній чи сезонній основі.

В залежності від типу станції та рівня сонячної інсоляції чи сили вітру, змінюються режими її роботи. Наприклад, вночі, коли сонце за горизонтом, електрика не виробляється. У цей час мережеві сонячні станції взагалі не працюють, тоді як гібридні та автономні станції забезпечують споживача електроенергією, накопиченою в АКБ.

Крім того, експерти зазначають наявність комбінованих енергосистем на базі ВДЕ. Важливим завданням для власника автономної станції є подолання залежності від природних факторів, які можуть обмежити її функціонування. 

Йдеться про сезонні коливання генерації з різних джерел енергії: вітрогенератор виробляє енергію, переважно, взимку, а сонячні станції – влітку. Водночас автономна станція не може розраховувати на підживлення з міжнародної мережі.

“Сонячні станції працюють активніше вдень, коли є сонячна енергія, та влітку, коли триває довгий світловий день. Взимку ж сонячна станція функціонує на 5-10% від свого літнього потенціалу, що дозволяє забезпечувати енергією декілька лампочок та зарядний пристрій для телефону”, – пояснює Віталій Шестак, директор компанії SolarWind Systems. 

Головне завдання для власника автономної станції полягає в подоланні залежності від природних факторів

Щоб компенсувати сезонні затримки в генерації, експерти рекомендують поєднання різних джерел енергії. Обов’язково також повинен бути генератор, щоб забезпечити роботу автономної станції в періоди, коли вона не може функціонувати. 

Також постає питання балансування та накопичення, яке є актуальним на всіх рівнях: від домашнього господарства до загальнонаціональної енергосистеми України. За оцінками компаній-інсталяторів, найбільш ефективним рішенням для автономних станцій та малих мережевих станцій, що працюють на компенсацію власного споживання, є поєднання вітрових та сонячних установок. 

“Для комбінованої системи ми отримуємо стабільний плато, яке перекриває власні потреби споживання, тобто забезпечує постійно електроенергією за рахунок вітрогенерації. Тому майже всі, хто встановлює домашні автономні сонячні станції, після року додають вітрогенератор”, – описує компенсаційне технологічне рішення  Микола Савчук.

Для порівняння режимів роботи експерт наводить діаграми типових річних генерацій ВЕУ, СЕС та комбінованого варіанту “сонце+вітер”.

Три діаграми типової річної генерації: зліва направо – по “вітру”, по “сонцю” та комбінована система. Джерело: “Греса Групп”

За словами експерта, є кілька причин зростання зацікавленості в комбінованих електростанціях серед власників домогосподарств. 

Перша причина – економічна, адже сонце забезпечує “зелений” тариф, а вітрова генерація дозволяє згладити сезонні коливання, пояснює експерт. Друга причина: автономні станції встановлюються там, де підведення мережевої електрики є або складним, або дорогим. Третя причина, на думку спеціаліста, є основною – зменшення витрат на енергію та безперебійність електропостачання. 

“На наших розрахунках, якщо ціна електроенергії з мережі перевищить 5 грн за кВт-год, що цілком ймовірно, тоді людина почне створювати "власну" генерацію для особистого споживання”, – прогнозує Микола Савчук.

Чому автономні станції стають дедалі популярнішими

Серед основних причин установки автономних електростанцій, власники відзначають проблеми з електропостачанням, відсутність електромереж та недостатню потужність.

Автономним станціям також додають популярності часті аварії та планові відключення електроенергії через стан мережі, а також інформація про можливі віялові відключення. За старими мережами навантаження зі значної кількості приладів не витримується. 

Якщо ж будинок розташований у сільській місцевості без підключення до інженерних мереж, автономна станція може забезпечити енергію частково або повністю. Найчастіше це популярна сонячна станція, яка в багатьох випадках виходить дешевшою, ніж підключення до далекої лінії електропередач.

Згідно слів власників малих та середніх бізнесів, часто недостатньо потужностей, які надає оператор системи розподілу. Приєднання зазвичай є тривалим, бюрократичним та корупційним процесом. Резервний або автономний варіант може вирішити цю проблему.

Сонячно-вітрова електростанція в дачному кооперативі на Київщині

“Я завжди був прихильником мережевих сонячних електростанцій на “зеленому” тарифі. Наразі я перейшов до обладнання достойної резервної системи”, – розповідає Віталій Несенюк, який за рік встановив комбіновану вітро-сонячну станцію для стабільного енергозабезпечення будинку в дачному кооперативі на Київщині.

Він уже кілька років є власником сонячної станції на “зеленому” тарифі та активно ділиться практичним досвідом. Рік тому Віталій вирішив вивчити, з яким бюджетом можна реалізувати ефективну резервну чи автономну станцію.

Влітку 2020 року на ділянці домогосподарства, де постійно проживають його батьки, він встановив ВЕУ потужністю 1,6 кВт, гібридний інвертор і акумулятор. Цей комплект дозволив родині нормального пережити зиму, незважаючи на нестабільність електропостачання. 

Протягом попередніх років середнє споживання домогосподарства, враховуючи нестійке енергопостачання, становило близько 200 кВт-год на місяць.

У 2021 році до вітрогенератора було додано сонячну станцію потужністю 7 кВт та допоміжне обладнання. За словами Несенюка, така комбінована система кардинально змінила ситуацію.

“Зараз ми можемо забезпечити 500-600 кВт-год електроенергії. Влітку ж споживаємо лише 7% енергії. Щоб використати надлишок енергії та боротися з частими відключеннями, ми підключили частину дачного кооперативу до нашої системи – створили безперебійне живлення для шести абонентів, яке працювало все літо до початку жовтня”, – ділиться він перевагами комбінованої генерації.

Несенюк зазначив, що потужностей його вітро-сонячної станції вистачить для роботи побутової техніки цілий рік та може забезпечити до 20 кВт-год на зарядку електромобіля.

Майбутнім власникам станцій, для забезпечення безперебійного постачання електроенергії, він радить розглянути два варіанти. Для резервного живлення – це комбінація сонячної, вітрової установки та існуючої мережі. А для повної “автономки” знадобиться генератор, нехай і малобюджетний – на епізодичне використання протягом години-двох для поповнення заряду акумулятора.

Наразі комплект основного обладнання резервної станції Віталія Несенюка включає сонячні панелі на 7 кВт, ВЕУ – на 1,6 кВт, гібридний інвертор – на 7,2 кВт і літій-іонний акумулятор на 10 кВт-год.  

Віталій Несенюк: витрати на обладнання комбінованої станції, що забезпечує щомісячне споживання 500-600 кВт-год влітку та до 1000 кВт-год взимку, складають 17-22 тис. доларів.

Експерт радить уважно підходити до підбору обладнання.

“Частота використання генератора визначається двома факторами: з яких компонентів складається система та вашого споживання. Якщо ви можете відрегулювати своє споживання під коливання генерації, достатньо використовувати акумулятор десятикіловатної ємності, не розряджаючи його нижче 50%”, – рекомендує він.

При виборі ВЕУ не варто купувати надмірну потужність, щоб уникнути зайвого шуму, радить Несенюк. Також він зазначає, що для ВЕУ принцип “навіщо платити більше” не працює. Тобто, купувати неперевірені дешеві аналоги не варто. 

Те саме стосується і акумуляторів, оскільки якісний літій-іонний акумулятор з контролером заряду хоч і коштує близько 6 тис. доларів, але прослужить тривалий термін.

Несенюк прогнозує витрати на обладнання комбінованої станції, що забезпечує щомісячне споживання 500-600 кВт-год влітку та до 1000 кВт-год взимку, приблизно 17-22 тис. доларів.

Автономна сонячна станція для родини з Бородянки 

“Так, мережу можна підвести, але це обійдеться дорого. Ми знали, що так буде, коли обирали цю ділянку, і свідомо пішли на цей крок”, – говорить подружжя Олександра та Оксани Кугот з смт Бородянка Київської області.

Крім того, рішення збудувати автономну оселю Олександр пояснює бажанням бути незалежним від постачальників енергії та зростаючих тарифів.

У середині грудня 2021 р. минув рік, як родина переїхала з орендованого житла до власного  будинку.  Енергію новобудови забезпечує автономна сонячна електростанція (СЕС) та резервний генератор. Олександр працює у будівництві, тож власний будинок його родина збудувала самостійно за допомогою друзів. 

“На даний момент витрати, які ми вклали в сонячну станцію, вже окупилися. Якщо порівнювати вартість ділянки, яку ми придбали без електрики, плюс вартість обладнання сонячної електростанції, це приблизно однакова сума”, – говорить Олександр Кугот.

Втім, він не виключає можливості підключення до мережі у майбутньому. Коли на їх ділянках на околиці Бородянки збудують 10-15 будинків, можна спонукати селищну раду довести електромережу до нових осель. Але власне енергозабезпечення завжди буде у нагоді, вважає Олександр.

“Наразі витрачено приблизно 9,5 тисяч доларів. Це без дизельного генератора. У нас встановлено сонячні панелі загальною потужністю 6 кВт, два інвертора та три літій-іонних акумулятори по 5 кВт-год, на які припадала приблизно половина бюджету”, – розповідає власник будинку. 

Дахова сонячна станція складається з двох масивів панелей, орієнтованих на південь та схід.  

“Влітку трикіловатний масив десь о сьомій годині ранку генерує 200-250 Вт.  Дві панелі по 750 Вт, які спрямовані на схід сонця, додають ранковий заряд акумуляторів, видаючи десь 400-450 Вт. Завдяки цьому влітку  акумулятор дуже швидко заряджається. До десятої-одинадцятої години мій акумулятор вже на 100% заряджений”, – розповідає Олександр.

На даний момент двоповерхову будівлю опалює котел на дровах. У будинку на першому і другому поверхах облаштовано теплу підлогу з рідиною, що не замерзає при температурі до -20^оС. 

“В планах на майбутнє – всесезонна геліосистема. Але для цього потрібно буде придбати гідроакумулятор і багато інших компонентів. Зараз хочемо відремонтувати котельню та вже потім встановлювати нове обладнання”, – ділиться намірами власник.

“Можна встановлювати будь-яке обладнання для котельні, але взимку отримати теплову енергію ефективніше з вакуумних теплових панелей, а не з сонячної електростанції, – коментує Віталій Шестак, який здійснює технічний супровід та підбір обладнання для енергосистеми. – Якщо ефективність електричної системи взимку становить близько 20%, то геліосистеми забезпечують близько 70-80% енергії. Тобто можна отримати більше енергії з одного квадратного метра. При цьому варто пам’ятати, що панелі та обладнання геліосистем займають додаткову площу”.

Олександр Кугот розглядає кілька варіантів опалення будинку, у тому числі тепловий насос, але наразі від цієї ідеї відмовився.

“Споживання електроенергії теплонасосом становить приблизно 1-2 кВт-год. Відповідно, доведеться серйозно збільшити ємкість акумуляторів та потужність іншого обладнання. Оскільки взимку сонця немає близько 14 годин на добу, це суттєво навантажить акумулятори, щоб адекватно забезпечувати таке обладнання”, – розмірковує власник. 

На даний момент рішення ще не прийняте, але як більш реальну альтернативу Олександр Кугот  розглядає геліосистему, яка коштує близько 4-6 тисяч доларів. Система повинна забезпечити будинок водяним опаленням та гарячою водою.

На даний момент у сезон опалення родина використовує дубові та березові дрова, витрати на які заплановані на суму приблизно 20 тис. гривень. Таким чином, за оцінками власника, окупність геліосистеми залежно від курсу долара становитиме близько п’яти років.

Економіка комбінованих ВДЕ-станцій

“Українська енергетика” звернулася до енергоексперта Віталія Шестака  з проханням проаналізувати економіку кількох варіантів комбінованої автономної станції, здатної забезпечити безперебійне енергопостачання.

Експерт зауважив, що варіанти включають вартість основного та допоміжного обладнання й витратних матеріалів. Для розрахунків він спирався на типові запити щодо бюджету від замовників та оптимальне якісне обладнання від марок, які надають гарантію та сервісне обслуговування.

Перший варіант – це базові потреби електроживлення, так званий “дачний” набір. Він забезпечує освітлення, роботу холодильника, та насосів для опалення. Загальна вартість – 8,8 тис. доларів.

Другий варіант, окрім базових потреб, забезпечує комфортне користування побутовою технікою без одночасного використання всіх пристроїв. Це електроплита, бойлер, пральна машина, пилосос і т.д. Сумарна вартість – 15,5 тис. доларів.

Третій варіант – удосконалений другий варіант, що включає більш надійне обладнання з тривалішим терміном автономної роботи (більшою ємністю акумуляторів). Загальна вартість обладнання – 20,6 тис. доларів.

Іноді установка вітрогенератора є технічно неможливою або нераціональною через низький вітропотенціал. В цьому випадку експерт радить замінити ВЕУ на дизель-генератор. Орієнтовна вартість цих варіантів приблизно однакова. 

Експерт нагадує, що згідно з нормами будівництва, вітрогенератор можна встановлювати на відстані не менше 3 метрів до межі ділянки. Щодо технологічних вимог, швидкість вітру має бути не менше 5 м/с. 

Проте Віталій Шестак зазначає, що мати дизель-генератор в домогосподарстві завжди доцільно як резервне джерело енергії. При цьому експерт попереджає про покупку моделей вартістю нижче 2 тис. доларів.

Фактори, що підтримують розвиток автономних станцій

Експерт Микола Савчук вважає, що головним стримуючим фактором розвитку ринку автономних домашніх станцій на ВДЕ є їхня вартість.

“Ця категорія в Україні ніяк не підтримується. Якщо по “зеленому” тарифу є певні стимули, то для автономних станцій немає жодних. Якщо б виділяли хоча б по 500 доларів на створення “автономок”, люди б вже зверталися, – вважає експерт. – Краще хоч мале, ніж зовсім нічого. Хоча в усьому світі це підтримується, адже цей сегмент є набагато цікавішим, ніж продаж по “зеленому” тарифу.”

Інші країни підтримують клас prosumer.

“Чим менша станція в домогосподарстві, тим більше має підтримку. У середньому найбільшу підтримку отримують станції потужністю до 10 кВт, адже це середня споживана потужність у домогосподарстві”, – зазначає експерт.

За розрахунками М. Савчука, 10 кВт сонячної або 6 кВт комбінованої потужності станції – це 12-14 тис. кВт-год річного виробництва електроенергії. 

“Європейський будинок споживає трохи більше, ніж український – це 300-350 кВт-год на місяць, можливо, до 500, – міркує він. – Отже, половина виробництва станції йде на власні потреби, а друга – на гарантоване постійне забезпечення зарядки акумуляторів під час пікових енергоспоживань”.

Фактор, що підтримає розвиток власної генерації для особистого споживання в Україні – це зростання вартості генерації з мережі. Все, що більше ніж 4 грн/кВт-год, вже є на рівні «зеленого» тарифу

Крім того, експерт вважає, що для держави вигідніше просувати розвиток автономних відновлювальних енергосистем, оскільки вони не створюють дисбалансів, на відміну від промислових установок. Ближче до автономних та промислових станцій дисбаланси фактично не значаться, оскільки людина покриває власні потреби, зокрема, у зимовий та осінній період, коли навантаження на мережу підвищується.

Проте фактор, який може сприяти розвитку українських автономних станцій – це зростання ціни на генерацію. Наприклад, для промислових споживачів вона може досягати 5-6 грн/кВт-год. А те, що перевищує 4 гривні, вже знаходиться на рівні “зеленого” тарифу.

Опитані експерти та власники вважають, що стабільна робота автономних ВДЕ-станцій залежить від якості обладнання. Економічні розрахунки показують, що обладнання таких станцій вимагає великих початкових інвестицій, що без держпідтримки сповільнює розвиток цього сектора.

Лариса Белозерова, спеціально для «Української енергетики»

Автор: Лариса БілозероваТеги:енергоперехідзелена електроенергіянизьковуглецева економікаекологічно чистівітрова генераціярозподілена генераціясонячна електростанціяВДЕПоділитись