Разработка и реализация энергоэффективных решений с использованием возобновляемых источников энергии для индивидуального домохозяйства
Аннотация
Приведено описание разработанного и построенного биодома, т. е. дома, состоящего из жилого помещения (модуля) и теплицы с аквариумом (биовегетария), связанных между собой конструктивно строительными деталями и(или) совместными системами, обеспечивающими быт и жизнедеятельность людей в нём, а также выращивание фруктов, в том числе экзотических, овощей и рыбы. Дано описание оригинальных систем жизнеобеспечения.
Проблеме использования возобновляемых источников энергии (ВИЭ) для электроснабжения, отопления, горячего и холодного водоснабжения посвящено большое количество работ разного уровня. Применительно к описываемому проекту обзор литературы целесообразно начать с потребностей, указанных выше, и основных существующих технологий, приведенных в базовых источниках по физической основе процессов использования солнечной энергии для производства электрической и тепловой энергии на базе энергии солнца. Значительное количество публикаций посвящено актуальной проблеме — использованию различных установок на базе различных видов ВИЭ для обеспечения сельского домовладения электроэнергией, теплом и водой. Интересные данные приведены в работах по улучшению эксплуатационных характеристик выпускаемого оборудования; выбору мощности ВЭУ в условиях холодного климата; использованию энергии малых водотоков; информационному обеспечению; исследованию гибридных систем электроснабжения на базе ВИЭ. Особое значение приобретают материалы по интеграции электроустановок на базе ВИЭ в работу сельских электросетей. Тепловые насосы служат для поддержания микроклимата в теплице по выращиванию тропических растений в условиях Туркменистана. Однако системы, разработанные для жаркого климата Таджикистана, не подходят для климата России. Таким образом, можно утверждать, что основные решения по формированию систем жизнеобеспечения биодома не имеют аналогов в России и Европе. Приведено краткое описание оригинальных систем жизнеобеспечения биодома.
В конструкции здания и схемах жизнеобеспечения воплощены идеи пассивного и активного использования солнечной энергии и тепла земли. В частности, система электроснабжения сооружена на базе нескольких фотоэлектрических модулей разной мощности и разного назначения, часть из которых работает автономно. Биодом подключён к сельской электросети. Его общая мощность выбрана из расчёта обеспечения гарантированной нагрузки (4,5 кВт) выдачи в сеть 15 кВт. Проработана возможность перехода к автономному электроснабжению на базе аккумуляторной батареи и дизель-генератора.
Системы отопления, охлаждения, горячего и холодного водоснабжения содержат установку солнечного горячего водоснабжения на базе солнечных коллекторов, бак-аккумулятор горячей воды и систему перемещения горячего или холодного воздуха. Все системы полностью автоматизированы, и на человека ложится роль настройки систем автоматизации и контроль правильности их работы.
Литература
2. Стребков Д.С. Основы солнечной энергетики. М.: Сам полиграфист, 2019.
3. Бутузов В.А. Солнечное теплоснабжение в России. Проектирование, строительство, эксплуатация. Штудгарт: Lap Lambert Academic Publ., 2012.
4. Бутузов В.А. Солнечное теплоснабжение. Опыт столетнего развития // Промышленная энергетика. 2020. № 4. С. 52 — 62.
5. Сычёв А.В., Харченко В.В. Теплоснабжение сельского дома с использованием низкопотенциальной теплоты открытых водотоков // Вестник аграрной науки Дона. 2015. Т. 4. № 32. С. 58—63.
6. Велькин В.И., Щеклеин С.Е. Обеспечение минимальных энергетических потребностей удаленного дома за счет солнечных ФЭП // Альтернативная энергетика и экология. 2012. № 3. C. 52—54.
7. Матвеев А.В., Щеклеин С.Е., Пахалуев В.М. Энергоэффективный дом с системой солнечного горячего водоснабжения // Промышленная энергетика. 2008. № 6. С. 52—55.
8. Sychov A., Kharchenko V., Vasant P., Uzakov G. Application of Various Computer Tools for the Optimization of the Heat Pump Heating Systems with Extraction of Low-grade Heat from Surface Watercourses // Intelligent Computing & Optimization. N.-Y.: Springer, 2019. V. 866. Pp. 310—319.
9. Гусаров В.А., Иродионов А.Е. Оптимизация конструкции солнечной электростанции для параллельной работы // Альтернативная энергетика и экология. 2016. № 5—6. С. 21—27.
10. Kirpichnikova I.M. e. a. Thermal Model of a Photovoltaic Module with Heat-protective Film // Case Studies in Thermal Eng. 2022. V. 30. P. 101744.
11. Кирпичникова И.М., Шестакова В.В. Электрические свойства пыли и их влияние на работу солнечных модулей // Энергосбережение и водоподготовка. 2021. № 4(132). С. 10—14.
12. Баранник Б.Г., Коновалова О.Е., Минин В.А. Перспективы совершенствования энергетического хозяйства в районах Севера за счет использования возобновляемых источников энергии. Апатиты: Изд-во Кольского научного центра РАН, 2011.
13. Бляшко Я.И. Инновационные решения в области малой гидроэнергетики. Электрические станции и электроэнергетические системы // Новое в Российской электроэнергетике. 2017. № 9. С. 19—29.
14. Султанов М.М. и др. Усовершенствование информационного обеспечения надежности и безопасности энергетического оборудования современных генерирующих систем на основе цифровой технологии «блокчейн» // Новое в Российской электроэнергетике. 2019. № 1. С. 6—13.
15. Смирнов А.А., Шестопалова Т.А. Исследование методик оптимизации состава, мощности и режимов работы энергетического оборудования гибридных энергокомплексов с учетом потребностей в тепловой и электрической энергии // Новое в Российской электроэнергетике. 2022. № 6. С. 41—50.
16. Шестопалова Т.А., Молотов Ф.В., Васьков А.Г. Обзор существующих решений по интеллектуализации энергосистем с ВИЭ в мире и анализ их применения в России // Сантехника, отопление, кондиционирование. 2021. № 9(237). С. 58—61.
17. Тягунов М.Г., Шевердиев Р.П. Модели и методы исследования факторов, влияющих на режим работы гибридного энергокомплекса гарантированного энергоснабжения // Вестник МЭИ. 2021. № 5. С. 58—68.
18. Илюшин П.В. Перспективные направления развития распределительных сетей при интеграции локальных интеллектуальных энергосистем // Электроэнергия. Передача и распределение. 2021. № 4. С. 70—80.
19. Пенджиев А.М. Балиев А.Ч. Регулирование микроклимата с применением теплонасосных систем в теплице по выращиванию тропических растений в Туркменистане // Гелиотехника. 2004. № 4. С. 42—47.
---
Для цитирования: Безруких П.П., Темеров А.В. Разработка и реализация энергоэффективных решений с использованием возобновляемых источников энергии для индивидуального домохозяйства // Вестник МЭИ. 2023. № 6. С. 88—96. DOI: 10.24160/1993-6982-2023-6-88-96
#
1. Dolgov Yu.I., Tikhomirov A.V., Kharchenko V.V. Energopotreblenie i Energosberezhenie Sel'skokhozyaystvennom Sektore Rossiyskoy Federatsii. Mekhanizatsiya i Elektrifikatsiya Sel'skogo Khozyaystva. 2012;2:16—19. (in Russian).
2. Strebkov D.S. Osnovy Solnechnoy Energetiki. M.: Sam Poligrafist, 2019. (in Russian).
3. Butuzov V.A. Solnechnoe Teplosnabzhenie v Rossii. Proektirovanie, Stroitel'stvo, Ekspluatatsiya. Shtudgart: Lap Lambert Academic Publ., 2012. (in Russian).
4. Butuzov V.A. Solnechnoe Teplosnabzhenie. Opyt Stoletnego Razvitiya. Promyshlennaya Energetika. 2020;4:52 — 62. (in Russian).
5. Sychev A.V., Kharchenko V.V. Teplosnabzhenie Sel'skogo Doma s Ispol'zovaniem Nizkopotentsial'noy Teploty Otkrytykh Vodotokov. Vestnik Agrarnoy Nauki Dona. 2015;4;32:58—63. (in Russian).
6. Vel'kin V.I., Shcheklein S.E. Obespechenie Minimal'nykh Energeticheskikh Potrebnostey Udalennogo Doma za Schet Solnechnykh FEP. Al'ternativnaya Energetika i Ekologiya. 2012;3:52—54. (in Russian).
7. Matveev A.V., Shcheklein S.E., Pakhaluev V.M. Energoeffektivnyy Dom s Sistemoy Solnechnogo Goryachego Vodosnabzheniya. Promyshlennaya Energetika. 2008;6:52—55. (in Russian).
8. Sychov A., Kharchenko V., Vasant P., Uzakov G. Application of Various Computer Tools for the Optimization of the Heat Pump Heating Systems with Extraction of Low-grade Heat from Surface Watercourses. Intelligent Computing & Optimization. N.-Y.: Springer, 2019;866:310—319.
9. Gusarov V.A., Irodionov A.E. Optimizatsiya Konstruktsii Solnechnoy Elektrostantsii dlya Parallel'noy Raboty. Al'ternativnaya Energetika i Ekologiya. 2016;5—6:21—27. (in Russian).
10. Kirpichnikova I.M. e. a. Thermal Model of a Photovoltaic Module with Heat-protective Film. Case Studies in Thermal Eng. 2022;30:101744.
11. Kirpichnikova I.M., Shestakova V.V. Elektricheskie Svoystva Pyli i Ikh Vliyanie na Rabotu Solnechnykh Moduley. Energosberezhenie i Vodopodgotovka. 2021;4(132):10—14. (in Russian).
12. Barannik B.G., Konovalova O.E., Minin V.A. Perspektivy Sovershenstvovaniya Energeticheskogo Khozyaystva v Rayonakh Severa za Schet Ispol'zovaniya Vozobnovlyaemykh Istochnikov Energii. Apatity: Izd-vo Kol'skogo Nauchnogo Tsentra RAN, 2011. (in Russian).
13. Blyashko Ya.I. Innovatsionnye Resheniya v Oblasti Maloy Gidroenergetiki. Elektricheskie Stantsii i Elektroenergeticheskie Sistemy. Novoe v Rossiyskoy Elektroenergetike. 2017;9:19—29. (in Russian).
14. Sultanov M.M. i dr. Usovershenstvovanie Informatsionnogo Obespecheniya Nadezhnosti i Bezopasnosti Energeticheskogo Oborudovaniya Sovremennykh Generiruyushchikh Sistem na Osnove Tsifrovoy Tekhnologii «Blokcheyn». Novoe v Rossiyskoy Elektroenergetike. 2019;1:6—13. (in Russian).
15. Smirnov A.A., Shestopalova T.A. Issledovanie Metodik Optimizatsii Sostava, Moshchnosti i Rezhimov Raboty Energeticheskogo Oborudovaniya Gibridnykh Energokompleksov s Uchetom Potrebnostey v Teplovoy i Elektricheskoy Energii. Novoe v Rossiyskoy Elektroenergetike. 2022;6:41—50. (in Russian).
16. Shestopalova T.A., Molotov F.V., Vas'kov A.G. Obzor Sushchestvuyushchikh Resheniy po Intellektualizatsii Energosistem s VIE v Mire i Analiz Ikh Primeneniya v Rossii. Santekhnika, Otoplenie, Konditsionirovanie. 2021;9(237):58—61. (in Russian).
17. Tyagunov M.G., Sheverdiev R.P. Modeli i Metody Issledovaniya Faktorov, Vliyayushchikh na Rezhim Raboty Gibridnogo Energokompleksa Garantirovannogo Energosnabzheniya. Vestnik MEI. 2021;5:58—68. (in Russian).
18. Ilyushin P.V. Perspektivnye Napravleniya Razvitiya Raspredelitel'nykh Setey pri Integratsii Lokal'nykh Intellektual'nykh Energosistem. Elektroenergiya. Peredacha i Raspredelenie. 2021;4:70—80. (in Russian).
19. Pendzhiev A.M. Baliev A.Ch. Regulirovanie Mikroklimata s Primeneniem Teplonasosnykh Sistem v Teplitse po Vyrashchivaniyu Tropicheskikh Rasteniy v Turkmenistane. Geliotekhnika. 2004;4:42—47. (in Russian)
---
For citation: Bezrukikh P.P., Temerov A.V. Development and Implementation of Energy-Efficient Solutions with the Use of Renewable Energy Sources for an Individual Household. Bulletin of MPEI. 2023;6:88—96. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2023-6-88-96
