Источники альтернативного электроснабжения
Замерзание по причине обрыва ЛЭП, прорыва теплотрассы или выхода из строя местной котельной — беда не мегаполисов, а местечек-сателлитов. Именно здесь, посреди пригородных деревень, промеж грибных лесов и нежно-зеленых долов чуть ли не каждую зиму разворачиваются морозящие душу и тело страсти: городок Тихвин (Ленинградская область), поселок Муезерский (Карелия), сотни поселков в Якутии и других регионах... Тут легче всего выживает частный сектор — обладатели деревенских изб с незаменимой русской печкой: подкинул дровишек, залез на лежак и оттаивай между дойками. В наихудшем положении владельцы квартир в пяти- и девятиэтажках из наследия советского общежития.
В лучшем положении те, кому по карману абстрагироваться от центральных источников энергопитания и существовать автономно и комфортно. Это владельцы загородных дач и вилл, отгороженных от внешнего мира высокими заборами, злыми собаками и непробиваемыми секьюрити. Но, как правило, хозяева коттеджей hi-класса больше заботятся об интерьере, нежели о функциональности обогревательных атрибутов. Камин хорош, если батареи подключены к центральному отоплению, а электричество — к поселковой подстанции. Но когда и то, и другое вдруг перестает работать в тридцатиградусный мороз, камин, как чисто декоративная штука, не спасет: "штатные" 300—500 кв. м полезных площадей здания он обогреть не в силах.
Для решения проблемы сегодня существуют как минимум три источника альтернативного энергоснабжения (не пугать с автономным в виде домашних дизель- и газоэлектростанций): ветряные мельницы, солнечные батареи на фотоэлементах и аккумуляторы тепла. Трудно сказать, окупится ли стоимость установки всего этого на фазенде за последующие десять лет, но одно гарантировано: обладатель персонального источника энергии навсегда будет избавлен от форс-мажора, вызванного отключением электричества или промерзанием теплотрассы.
Страшный сон Дон Кихота
Ветряные мельницы в качестве инструмента для поддержания фермерского жизнесуществоваиия были придуманы примерно 400 лет назад в Голландии. Модернизации механизма, изначально служившего для перемола злаковых в муку, была направлена на освобождение полезных посевных площадей от воды. Крестьяне Нидерландов откачивали воду из своей "низкой земли" насосами, приводимыми в действие ветряками. С открытием законов электричества к валу, вращаемому от крыльев, был присовокуплен генератор, превращающий механическую энергию в электрическую. Дон Кихот в очередной раз перевернулся в гробу: и без того громадные мистические великаны еще более подросли и стали недосягаемыми для рыцарского копья.
Проезжающему по автобанам Германии бросается в глаза обилие мельниц на высоких (до 60 м) мачтах, которыми буквально усыпаны близлежащие холмы. Это и есть ветрогенераторы. Еще пять лет назад в развитых странах они давали не более 1% электроэнергии. Сегодня доля электричества, вырабатываемого частными ветряками, составляет там до 4% от всей производимой. В бюджете США ежегодно закладывается порядка $1 млрд. на развитие альтернативных источников электричества, главным образом получаемого от ветряных мельниц. В российском бюджете такая строка тоже есть, но лишь с нынешнего года, да и цифра в ней чисто символическая (в России существует одна ветроэлектростанция в Калининградской области, построенная РАО ЕС, и только ее эффективность будут оценивать в течение 5 лет). Как бы то ни было, облегчить существование в условиях плановых и внештатных отключений родного электричества может любой российский фазендейрос, имеющий свободную сумму в пределах $20 тыс. (здесь тактично указана лишь сумма за сам ветрогенератор, без учета стоимости монтажа и исследования розы ветров) — во столько обойдется "ветряк", способный обеспечить электроснабжением дом жилой площадью 300—500 кв. м. Ориентироваться стоит на продукцию ведущих мировых производителей: Rutland, J. Bornау, Southwest Windpower, Bergey Windpower, Proven, Wind Eleclric.
Практически каждый "ветряк" комплектуется системой ориентации по ветру, которая сама поворачивает винт на ветер. Чтобы повысить эффективность аппаратуры процентов на десять, имеет смысл приобрести так называемое роторное ("парусное") устройство, где роль архаичных лопастей (наподобие самолетных) выполняет кусок полой трубы, способный вращаться даже при самом слабом бризе независимо от направления ветра. Не столь эстетично, зато надежно и практично (правда, это тоже не уложится в заявленные 20 тысяч американских рублей).
Сэкономить в ценовом эквиваленте рекомендуется путем приобретения одной из отечественных разработок. Кроме того, российские схемы преобразования постоянного (на выходе) в переменный (на нагрузку) тока гораздо проще зарубежных (хотя проще — это не всегда качественней). Главный критерий, которого следует придерживаться при выборе, — мощность агрегата. Условно можно ориентироваться на такое соотношение: нагрузочная мощность источника питания 3 кВт при площади отапливаемого и освещаемого помещения 300 кв. м (если исходить из очень уж условной формулы, что на отопление средне теплоизолированного помещения 1 кВт электрической мощности отапливает 10 кв. м, то, получается, только для отопления необходимо порядка 30 кВт).
Дополнительные затраты при установке ветряной мельницы на загородном участке будут вызваны топографо-климатическими изысканиями. Придется прибегнуть к помощи специалистов для сбора информации о климатических и ландшафтных характеристиках местности. По уму, ветряк должен располагаться на голой возвышенности с учетом характерной для региона розы ветров (а труд специалистов стоит не дешево)...
Клеммы по имени Солнце
И жили бы мы, не тужили, обогреваясь всю зиму энергией ветра, если бы не улыбки природы, временами, меняющие воздушные потоки на глухой штиль. Как правило, это происходит в ясные морозные дни, когда дым из труб селян поднимается строго вертикально, а лопасти ветрогенераторов в бессилье замирают. Для такой погоды как нельзя кстати придутся солнечные батареи, устанавливаемые на скатах крыши. Выглядят они весьма стильно и отлично впишутся в любой архитектурный изыск. Конструкция представляет собой набор пластин, изготовленных, как правило, из легированного кремния, внешне похожего на затемненное стекло. Материал обладает свойством вырабатывать ток из светового потока (в быту на этой основе функционируют многие карманные и настольные калькуляторы). При ярком солнце коэффициент полезного действия солнечных батарей около 15%. Практически это значит, что для энергоснабжения средней виллы (1,2 кВт) в мороз и солнце достаточно иметь на крыше 10 батарей общей площадью 10 кв. м, в тандеме с ветрогенератором такая система сполна обеспечит теплом и электричеством добротный особняк.
Вообще, солнечным батареям пророчат прекрасное будущее. Так, на последней (осенней) сессии Российской академии естественных паук прозвучал доклад чуть ли не из области фантастики. Оказывается, если на Земле разместить всего три поля фотоэлементов площадью по 100 га каждое (в Северном, Южном полушариях и на экваторе), проблема энергоснабжения на планете будет решена навсегда. Мешает реализации постройки "вечного двигателя" только вопрос транспортировки электроэнергии к потребителю, сводящий солнечный эффект практически к нулю.
На бытовом уровне помехой для покупки и установки солнечных батарей на личной крыше может стать разве что цена. Правда, за последние пять лет ввиду востребованности на экологически чистые и экономичные источники электроэнергии она снизилась в четыре раза. Так что сегодня 10 кв. м солнечной батареи обойдутся примерно в $9 тыс (итого, если добавить это к чисто умозрительной цифре в 20 тысяч долларов, получится уже 29, не считая стоимости работ по монтажу и обслуживанию).
Амперная кладовая
Зачастую солнечными батареями ошибочно называют солнечные тепловые коллекторы, в обиходе — "черные трубы". На крыше дома устанавливается весьма громоздкая композиция из труб, баков и шлангов, выкрашенных в траурный цвет, который, как известно, не отражает, а поглощает тепло. Причем делает это так эффективно, что в солнечную погоду при нулевой температуре вода в расходных резервуарах может нагреваться до 70°С. Чем больше объем накопителя, тем выше температура в кранах и батареях квартиры, тем дольше аккумулирующий эффект. Правда, в отличие от стран Средиземноморья (там °черные трубы° — самый популярный способ извлечения тепла из окружающей среды), для средней полосы России подобная система приемлема разве что в централизованно не отапливаемое межсезонье. Арматура и ее установка обойдутся относительно дешево — около $2,5 тыс. на особняк с жилой площадью 300 кв. м.
Остается решить еще такой актуальный вопрос как аккумулирование энергии. Любой прибор электропитания, будь то ветряк, солнечная батарея или деревенская подстанция, уязвим по определению. Обрыв проводов от ЛЭП, авария в поселковой котельной, заклинивание ротора мельницы или безветрие в сочетании с многодневным отсутствием открытого солнца — и Вы как Наполеон на Старой Можайской дороге. Выручит известная уже много веков химическая реакция взаимодействия кислоты с соединениями свинца, реализуемая в быту при помощи свинцовых аккумуляторов. Вроде тех, что в Вашем автомобиле. Правда, если авто комплектуются батареями емкостью 55—60 А/ч, то стационарные аккумуляторы, используемые на дачах, обладают емкостью до 1 тыс. А/ч. Весит один такой аккумулятор около 70 кг, но и он в поле не воин. Чтобы обеспечить дом жилой площадью в те же 300 кв. м в течение трех суток бесперебойным электропитанием, необходимо как минимум 60 таких батарей (для суточного рациона достаточно 20).
Из чего выбирать? По словам председателя Межрегионального центра по стационарным аккумуляторам академика РАЕН Бориса Лубенцова, Европа пользуется в основном продукцией группы Hawker. Россия в этом сегменте рынка пока достаточно автономна, что играет на руку рядовому покупателю. Не сильно уступающие зарубежным в качестве аккумуляторы от питерского завода "Электротяга", Курского и Тюменского аккумуляторных заводов раза в три дешевле импортных. Единственное, чего стоит избегать, — это покупки батарей от множества участков отверточной сборки, коих в России и СНГ несколько десятков. Добротный отечественный тысячеамперный аккумулятор стоит в районе $200. То есть блок, укомплектованный по максимуму, обойдется в $12 тыс. плюс монтаж где-нибудь в подвале особняка (монтаж отдельно, и помните, что отдельная комната в подвале должна быть оборудована по нормам СНИП, и аккумуляторная — это всего лишь дополнение к ветряку и солнечной батарее, так на всякий случай, соответственно 29 + 12 = 41 тысяча долларов).