Elektros energijos taupymas yra aktuali tema tiek buitiniams vartotojams, tiek verslui. Tačiau rinkoje pasirodo įvairių produktų ir teiginių, žadančių stebuklingą elektros energijos sąnaudų sumažinimą. Šiame straipsnyje panagrinėsime vieną iš tokių atvejų - vadinamuosius elektros energijos taupymo prietaisus, dažnai parduodamus kaip „mokslo sriubą“, ir aptarsime realias elektros energijos taupymo galimybes, taip pat gilinsimės į autonominių jėgainių principus.
„Mokslo sriubos“ prietaisai: iliuzija, o ne taupymas
Elektros energijos taupymo prietaisai: apgaulė ar realybė? Dažnai pasitaiko situacija, kai pirkėjams, siekiantiems sutaupyti elektros energiją, už didelę kainą siūlomi „stebuklingi“ prietaisai. Jų veikimo principas yra paprastas: užpudrinus smegenis apie galimybę sutaupyti elektros energiją pirkėjui už nemažą kainą yra parduodamas keleto menkaverčių radiodetalių rinkinys (LED, varžos, diodai, kondensatoriai) gražioje dėžutėje su labai efektingu aprašymu. Realios naudos iš tokių prietaisų nėra, o jų veikimas dažnai paremtas klaidinančia informacija.
Aktyvioji ir reaktyvioji energija: ką reikia žinoti?
Svarbu suprasti, kad buitiniams (namų) vartotojams statomi skaitikliai apskaito tik aktyvinę energiją, taigi galios koeficientas čia visai ne prie ko. Privedus jį prie vieneto (sukompensavus) tiktai vartojama srovė sumažės, bet niekaip ne skaitiklio parodymai. Gali tiesiog įjungti didžiausią kondensatorių arba ritę į vieną rozetę - skaitiklio diskas stovės kaip įkaltas (na, bent jau turėtų). Kitaip tariant, prietaisai, kurie neva kompensuoja reaktyviąją galią, realiai neturi įtakos skaitiklio rodmenims.
Realūs ir moksliškai pagrįsti elektros energijos taupymo būdai
Vietoj abejotinų prietaisų, verta atkreipti dėmesį į realius ir moksliškai pagrįstus elektros energijos taupymo būdus. Specialistai išskiria kelis elektros energijos taupymo būdus.
Efektyvių elektros prietaisų pasirinkimas
Vienas iš įprasčiausių - pasirinkti efektyviai energiją naudojančius elektros prietaisus. Žmonės jau žino, kad taupiausi yra A ar A+ klasės šaldytuvai, televizoriai, viryklės. Apšviesti pasirinkus taupias lemputes, energijos suvartojimas irgi gerokai sumažėtų.
Apgalvota elektros instaliacija ir įranga
Taupiau elektros energiją vartoti padėtų ir racionaliai panaudota elektros instaliacija bei įranga. Specialistai teigia, kad būsto šeimininkai neturėtų numoti ranka į tai, kas montuojama į elektros skydines. Šiuolaikiška įranga, montuojama į elektros skydelį, gali leisti sumažinti elektros energijos suvartojimą nuo 5 iki 15 proc. Taip pat sutaupyti leidžia nuolatinio energijos tiekimo stebėjimo bei valdymo sistemos - iki 2-8 proc. „Elektros tiekimo valdymo sistemos dažniausiai diegiamos komerciniuose ar pramonės pastatuose. Kai kuriose šalyse veikiančiose gamybos įmonėse elektros tiekimas matuojamas ir valdomas kompiuterizuotai, panaudojant vadinamąsias protingos galios (angl. - „Power Logic“) sistemas - didesnis pajėgumas nukreipiamas ten, kur tuo metu daugiau suvartojama, ir apribojama, kur energijos beveik nevartojama.“
Kokia bus elektros instaliacija, kokie prietaisai bus montuojami į elektros skydelį, reikia numatyti projektuojant. Viską gerai apgalvojus, pirmiausia galima sutaupyti elektros laidams. V. Tverdochlebas sakė, kad šiam tikslui pasitelkti galima impulsines reles. Norint junginėti apšvietimą iš daugiau nei trijų taškų, nereikės kloti begalės laidų, užteks visu norimu perimetru nutiesti tik du laidus. Impulsinės relės sutaupo ne tik laidų, bet jos leidžia sutaupyti ir elektros energiją. Praėjus atitinkamai nustatytam laikui, apšvietimas automatiškai išsijungs.
Kartais nereikia, kad elektros lemputės degtų visu pajėgumu, užtenka ir prieblandos, jog būtų patogus ir malonus apšvietimas. Tai sukurti padeda šviesos reguliatoriai. „Dariau eksperimentą ir ampermetru matavau energijos tiekimą naudojant šviesos reguliatorius.“ Prie prietaisų, padedančių taupyti energiją, priskiriamos ir programuojamosios laiko relės. Jos būna mechaninės ir elektroninės. Specialistų teigimu, laiko relės ypač naudingos tiems, kurie individualiuose namuose turi dviejų tarifų elektros skaitiklius.
Ne visuose namuose ar butuose elektros įvado galia atitinka poreikį. Tad vienu metu įjungus kelis elektros prietaisus dėl perkrovos gali išsijungti automatinis jungiklis. Kad to nebūtų, į elektros skydelį galima instaliuoti srovę pagal prioritetus paskirstantį kontaktorių. „Tokie prietaisai apsaugo nuo papildomų rūpesčių. Suprantama, ir taupo pinigus.“
Saugumas ir patikimumas - ilgaamžio taupymo pagrindas
Taupyti perkant pigius elektros grandinės instaliacijos prietaisus ar įsigyjant brangesnius, tačiau patikimesnius? Pirmiausia į taupymą instaliuojant reikiamus prietaisus reikia labiau žiūrėti atsižvelgiant į saugumą ir galimybę nepatirti didelių, skaudžių nuostolių ateityje. „Patirti nuostoliai perdegus kompiuteriams, brangiems televizoriams gali būti dešimtimis kartų didesni nei investicija į reikiamus instaliacijos prietaisus.“ Saugumas, energijos taupymas ir patogumas - trys pagrindiniai kriterijai, geriausiai nusakantys, kodėl verta rinktis patikimus elektros instaliacijos įrenginius ir nesigundyti pigiausiais, kurių gamintojas ne visada aiškus.
Apsaugos prietaisai
Apsaugos prietaisai yra esminė patikimos elektros sistemos dalis:
- Automatiniai jungikliai. Jie reaguoja į trumpuosius jungimus bei perkrovas ir apsaugo instaliaciją nuo didelio kibirkščiavimo, o kabelius - nuo įkaitimo ir užsiliepsnojimo.
- Nuotėkio srovės apsaugos įtaisai, dar vadinami srovės nuotėkio relėmis. Juos dėl saugumo vertėtų instaliuoti ne tik vonios ar kitų drėgnų zonų grandinėms. Pasitaiko, kad ir patikima elektros laidų izoliacija būna pažeidžiama. Tuomet iki nelaimės lieka labai nedaug. Nuotėkio srovės apsaugos įtaisai reaguoja į srovę, tekančią per žmogų, šiam prisilietus prie fazinio laido ir turint sąlytį su žeme.
- Iškrovikliai. Jie skirti apsaugoti jautriai buitinei elektros technikai nuo viršįtampių, atsirandančių tinkle. To priežastys gali būti skirtingos: žaibavimas arba vidutinės įtampos tinklų komutavimas. Tačiau padariniai dažniausiai būna tie patys: sugedusi technika, kurios vertė siekia kelis tūkstančius litų. Patikimas iškroviklis, apsaugantis prietaisus nuo įtampos šuolių, kainuoja 300-500 litų.
Nuolatinės srovės įtaisas (RCD) – kaip jis veikia?
Montuojant paprastą elektros skydelį, išlaidos vidutiniškai siekia 200-300 litų. Pasirinkus papildomai saugumą užtikrinančius prietaisus - nuotėkio srovės apsaugos įtaisus kiekvienoje grandinėje, iškroviklius, energiją taupančius valdymo įrenginius - išlaidos gali išaugti per tūkstantį litų. Žemiau pateikiamas pavyzdys, kaip gali skirtis investicijos į elektros instaliacijos saugumą.
| Instaliacijos tipas | Apsaugos prietaisai | Apytikslė kaina (Lt) | Privalumai |
|---|---|---|---|
| Paprasta skydinė | Automatiniai jungikliai | 200-300 | Minimali apsauga |
| Patikima skydinė | Automatiniai jungikliai, nuotėkio srovės apsauga, iškrovikliai, energijos taupymo valdymo įrenginiai | 1000+ | Padidintas saugumas, energijos taupymas, ilgaamžiškumas |
Elektros srovės fizika: įtampa ir galia
Elektros srovės įtampa: kas tai?
Skaitytojai dažnai klausia, kas yra srovės įtampa. Atsakant paprastam mechanikui be formulių, įtampa yra jėga, kuri verčia elektros srovę tekėti laidininku. Kuo didesnė įtampa, tuo didesnė jėga veikia elektronus ir tuo daugiau energijos jie perneša.
Įtampos ir galios sąryšis
Paimkime oro liniją, praleiskime 100 kW galingumą, po to paleiskime 1000 kW galingumą - laidai nudegs. Pakeliame įtampą, paleidžiame 1000 kW praeina be problemų. Galia (P) yra tiesiogiai proporcinga įtampai (U) ir srovei (I): P=UI. Jeigu U mažinsime 10 kartų, tai, kad išliktų galia ta pati, tarkim 1000 kW, reikia srovę didinti 10 kartų, o srovė tai yra I=dq/dt, kur q yra elektronų skaičius.
Autonominės elektros energijos sistemos: saulė ir vėjas
Šiuo metu pagrindinė veiklos kryptis yra autonominių arba prijungtų prie skirstomųjų tinklų, tačiau su akumuliatoriniu elektros energijos rezervu, saulės bei vėjo jėgainių projektavimas bei įrengimas save išlaikančioms sodyboms ir namų ūkiams. Eksploatuojant autonomines jėgaines elektros energija yra reikalinga kiekvieną dieną. Projektuojant autonomines saulės ir vėjo jėgaines atsižvelgiama į tuos metų mėnesius, kuriais daugiausiai bus naudojama nuosava jėgainė.
Turbūt vertėtų pradėti nuo to, jog projektuojant komercines ir autonomines jėgaines iš esmės skiriasi saulės spinduliuotės, vidutinio vėjo greičio ir atsiperkamumo vertinimo būdai. Komercinėms jėgainėms pats svarbiausias rodiklis - tai investicijų susigrąžinimo laikotarpis. Todėl yra atsižvelgiama į metinę spinduliuotę ar metinį vidutinį vėjo greitį. Autonominėms sistemoms svarbiausia yra patikimumas ir nuolatinis energijos tiekimas.
Saulės jėgainių privalumai ir pritaikymas
Pavyzdžiui, sodyboje gyvenant tik šiltuoju metų laiku, net aštuonis mėnesius galima džiaugtis saulės jėgainės teikiama nauda. 1-1,5 kW galios saulės jėgainė pagamins tiek elektros energijos, kad ja praktiškai nevaržomai galės naudotis keturių asmenų šeima. Jėgainė aprūpins elektros energija šaldytuvą, dulkių ir vandens siurblius, virdulį, elektrinę viryklę, mikrobangų krosnelę, sulčiaspaudę, smulkintuvą, skalbimo mašiną bei kitus buitinius ir statybinius elektros prietaisus. Pernai statėme 21 m2 ploto mūrinį rūsį ir jo statyboms, įskaitant pamatą, naudojome tik saulės elektrinės pagamintą elektros energiją. Todėl prie išvardintų elektros prietaisų drąsiai galime priskirti dar ir vidutinio dydžio betono maišyklę.
Saulės jėgainė yra praktiškai neaptarnaujamas įrenginys. Skirtingai nuo vėjo jėgainės, eksploatuojant saulės elektrinę nereikia rūpintis jokiomis judančiomis detalėmis, tepti, veržti, balansuoti, saugotis stipraus vėjo. Saulės ir vėjo jėgainių kainos yra labai panašios, tačiau įrengiant vėjo jėgaines dar prisideda betonavimo darbai ir bokšto konstrukcija, todėl kainų skirtumas vis tik atsiranda ir saulės jėgainės projektas tampa pigesnis. Tai yra pirma priežastis, kodėl verta rinktis saulės jėgainę, kaip pagrindinį elektros energijos šaltinį, negu mažą vėjo jėgainę.
Vėjo jėgainių ypatumai ir iššūkiai
Kita priežastis yra vėjo nepastovumas. Šiltuoju laikotarpiu yra žymiai daugiau saulėtų dienų, negu vėjuotų ir dažniausiai pučia besikeičiančios krypties gūsingas vėjas. Teoriškai atviroje vietoje įrengta vėjo jėgainė turėtų būti naši, tačiau praktiškai tai ne visuomet pasiteisina. Besikeičiančios krypties gūsingas vėjas pristabdo besisukančią jėgainę pasukdamas ją keliais laipsniais į šoną. Generatorius vėl bando išsisukti ir naujas vėjo gūsis eilinį sykį pristabdo jį. Dėl šių priežasčių elektros generavimas yra nepastovus, srovė kinta labai plačiame diapazone, o tai neigiamai veikia akumuliatorius. Todėl, pučiant vidutiniam 5 m/s vėjo greičiui, tik retkarčiais horizontalios ašies 1 kW vėjo jėgainė sugeneruos 5-6 kWh/parą. Patirtis rodo, jog 1 kW vėjo jėgainės paminėti 5-6 kWh paros gamybiniai pajėgumai aplamai yra didžiausi.
Įsibėgėjus rudeniui įsivyrauja niūrūs vėjuoti orai, kurie dažniausiai trunka iki gruodžio. Vėjo jėgainė puikiai pasitarnauja vėjuotą rudenį ir žiemą. Tačiau yra ir specifinių niuansų. Mūsų 1 kW horizontalios ašies vėjo jėgainė veikia jau trečius metus. Iki šiol nuo spalio iki gruodžio pradžios būdavo stiprūs vėjai, o gruodį visiškas štilis. Kitaip tariant, visais metais gruodį jėgainė visai nesisuko. 2013 m. lapkritis buvo mažai vėjuotas ir jėgainė daugiau „ilsėjosi“, nei sukosi. O nežiemiškas gruodis buvo vėjuotas, tačiau jėgainė nesisuko! Kartais vėjo gūsiai būdavo net 8 m/s, o sparnai stovėjo vietoje, jėgainė sukosi tik aplink savo ašį. Net manėme, jog susidėvėjo guoliai ir buvome ją nuleidę. Mūsų nuostabai, patikrinus ją viskas buvo gerai. Suktis ji pradėjo tik sausio mėn. Šį reiškinį siejame su šiltu gruodžiu. Susidarydavo oro sluoksniai, dėl kurių palei neįšalusią žemę jautiesi stiprus vėjas, +/- 10 metrų aukštyje vėjas buvo silpnas, o dar aukščiau vėl stiprėjo. Prieš savaitę vėjo greitis buvo 8 m/s ir jėgainė vis dar nesisuko. Ji kelias valandas sukiojosi į vieną ir kitą pusę, mėtėsi ir galų gale staiga išsisuko. Nuo to laiko ji sukasi pastoviai, išsisuka nuo menkiausio vėjelio.
Labai atvirose vietovėse dažniausiai pučia besikeičiančios krypties gūsingas vėjas, kuris ženkliai mažina vėjo jėgainės našumą. Turbulencijos iššaukia vibracijas, dėl kurių anksčiau laiko subyra generatoriaus guoliai. Tokiose vietovėse apskritai nepatartina statyti mažų jėgainių.
Hibridinės sistemos ir generatoriai: viso metų energijos tiekimas
Mūsų manymu aštuonis mėnesius per metus mažos autonominės saulės jėgainės yra pranašesnės už mažas autonomines vėjo jėgaines, nesvarbu horizontalios ar vertikalios ašies. Likusius 2-3 mėnesius tikrai galima džiaugtis vėjo jėgainių pranašumu. Ir 1-1,5 mėn. per metus nepadeda nei saulės, nei vėjas. Tokiu laikotarpiu, besinaudojantiems vien tik saulės jėgaine, prasideda elektros energijos taupymas, kuris trunka iki sausio vidurio - vasario pradžios. Tenka atsisakyti elektrinio virdulio, viryklės arba, pavyzdžiui, laukti saulėtų dienų, kuomet atsirastų galimybė įjungti skalbimo mašiną. Dažnai diržų suveržimas nepadeda ir tenka išsekusias akumuliatorių baterijas įkrauti su benzininiu ar dyzeliniu generatoriumi.
Todėl verta įrengti mažą hibridinę saulės ir vėjo jėgainę, kuri aprūpins elektros energija ištisus metus. Tačiau net hibridinės jėgainės savininkai negali visiškai atsisakyti benzininio / dyzelinio generatoriaus, kaip pagalbinio elektros energijos šaltinio kritiniais momentais. Nebent instaliuota galia bus pakankamai didelė ir jos užteks visų elektros poreikių patenkinimui. Esame įsitikinę, jog besirengiantys įsirengti autonominę jėgainę, kuri gamintų jiems elektros energiją ištisus metus, turi iš esmės peržiūrėti savo elektros poreikius ir įvesti taupymo priemones.
Autonominių sistemų diegimo motyvacija ir iššūkiai
Mūsų patirtis rodo, jog autonominių jėgainių įrengimo atvejų yra tikrai daug. Naujakuriai, kurie savo būstus statosi toli nuo skirstomųjų tinklų, paprastai susiduria su didelėmis LESTO įvado įvedimo kainomis ir ilgu laukimo laikotarpiu. Priklausomai nuo vietovės ir joje išvystyto skirstomojo tinklo techninės būklės, įvado įrengimo kainos yra labai skirtingos. Sklype, kuris yra nutolęs 1 km atstumu nuo artimiausios 10 kV transformatorinės, įvado įrengimas gali kainuoti apie 20 000 Lt. Už tą kainą mažiausiai po pusmečio, bet paprastai laukti tenka žymiai ilgiau, galima gauti +/- 10 kW instaliuotą galią ir tolimesnėms metams užsikrauti ant savęs atsiskaitymų už sunaudotas kilovatvalandes naštą.
Tuo tarpu autonominę jėgainę galima sukomplektuoti ir sumontuoti per kelias savaites. Vidutinė įrengimo kaina bus panaši į LESTO įvado įvedimo kainą. Turėsite nuosavą jėgainę, būsite nepriklausomi nuo tinklų, nereikės nieko mokėti už sunaudotas kilovatvalandes. Tik vietoje 10 kW bus 1,5-2 kW ir teks keisti elektros energijos vartojimo įpročius. Piniginiu atžvilgiu jokio išlošimo nebus, kadangi sutaupytus pinigus, kuriuos nesumokėsite LESTO už sunaudotas kilovatvalandes, teks išleisti naujiems akumuliatoriams, kuriuos reikės pakeisti išėjus iš rikiuotės seniems. Įrangos remonto / pakeitimo kaštų nevertinsime, kadangi priimsime, jog ji iš pat pradžių bus įsigyta patikima ir ilgaamžė.
Naujakuriai, kurie turi galimybę sąlyginai pigiai įsivesti LESTO įvadą, tačiau renkasi autonominę jėgainę. Vieni nori būti nepriklausomi nuo tinklų, kiti renkasi aplinkai labiau draugišką energijos gamybos būdą, o dar kiti kuria save išlaikančias sodybas. Tokiu atveju apie investicijų susigrąžinimą net nėra jokios kalbos. Su dabartinėmis elektros energijos kainomis atsipirkti sistema teoriškai gali per porą dešimtmečių. Tačiau argi verta skaičiuoti atsipirkimo laikotarpį? Tokios sistemos taip pat tinka vasarnamių, karavanų, turistinių namelių, jachtų ar valčių savininkams.
Nepertraukiamo elektros energijos tiekimo sistemos yra svarbios. Kaip bebūtų keista, tačiau vis dar yra tokių vietovių, kur dažnai įvyksta skirstomojo tinklo avarijos arba tiekiama prastų elektrinių parametrų įtampa. Svarbių elektros imtuvų, kurie jokiu būdu negali būti palikti be elektros energijos, apsaugai yra įrenginėjamos nepertraukiamo elektros energijos tiekimo sistemos. Tokių sistemų funkciją sėkmingai atlieka saulės ir vėjo jėgainės su akumuliatoriniu elektros energijos rezervu.
Įspėjimas dėl nepatikimų vėjo jėgainių
Kalbant vien tik apie investicijų susigrąžinimą bei turint elektros įvadą nepasimoka statyti mažos vėjo jėgainės, kadangi ji niekada neatsipirks. Ir naudos iš jos irgi didelės nebus. Ir pabaigai norėtume patarti, kad nesirinktumėte nepatikrintų kiniškų vėjo jėgainių ir tikrai nepirktumėte jų savarankiškai tiesiai iš gamintojo Kinijoje. Įvykus garantiniam gedimui ilgai šauksitės pagalbos ir nėra jokios tikimybės, jog prisišauksite. Yra vienetai gerų kiniškų gamintojų. Visų likusių produkcija turi vienokių ar kitokių trūkumų jau nuo pat pirmos dienos. Visų pirma negalima pasikliauti jų techninėmis charakteristikomis, generatorių apvijos turi prastą izoliaciją, įkrovimo valdikliai dažnai sudega, inverteriai bijo perkrovų ir turi didžiules elektros energijos sąnaudas neapkrautame režime. Nuo vibracijos (nepadeda jokie balansavimai) atsisuka sparnuotės varžtai, subyra guoliai.