Дано:
Есть деревня с автономными, в плане электроснабжения, домами.
Система автономного электроснабжения каждого дома может отличаться
в плане использования видов источников энергии, это могут быть ветрогенераторы,
солнечные батареи, бензо(газо,дизель) генераторы. Напряжение аккумуляторов
тоже может различаться, может быть 12 В, 24 В, 36 В или 48 В. Суммарная емкость
акб тоже различается. Но временами энергии запасённой в аккумуляторах недостаточно.
Это может быть и из-за недостаточной ёмкости АКБ или собственно из-за того что АКБ сели.
А временами может быть некуда девать излишки энергии вырабатываемой генераторами т.к.
АКБ полностью заряжены. При этом идет полезная энергия фактически выбрасывается в виде тепла
(холостой ход бензогенератора, ХХ солнечных панелей или ХХ ветрогенератора).


Пришлось задаться вопросом, а нельзя ли как то объединить все системы вместе,
что бы получилась "Единая система перераспределения излишков электроэнергии(ЕСПИЭ)"?

Но таким образом что бы удовлетворялись следующие требования:
1. автономность индивидуальных систем не должна быть снижена
2. система должна быть проста и дешева
3. система должна быть расширяема
4. подключение к системе должно быть дешевым
5. система не должна зависеть от стандарта напряжения АКБ индивидуального дома (12,24,36,48 )
6. система должна обладать малыми энергетическими потерями из-за своей распределённости
7. устройство подключения к ЕСПИЭ должно быть простым, надёжным, и доступным для ручной самосборки
8. система не должны создавать электромагнитный шум в ЭКОПОСЕЛЕНИИ
9. система должна по возможности использовать оборудование уже имеющееся
в индивидуальных системах домов для собственного удешевления
10. система по возможности должна своим наличием удешивлять индивидуальные системы домов
11. система должна обладать универсальностью для подключения к ней индивидуальных систем


Было найдено следующее решение:
Если рассмотреть типичную систему автономного электроснабжения то она состоит
из следующих блоков:
1. первичные источники энергии (ветрогенераторы,солнечные батареи, бензо(газо,дизель) генераторы)
2. устройства контроля и заряда АКБ
3. АКБ с общим напряжением 12,24,36 или 48 вольт
4. преобразователь DC/AC

Из этих системы мы можем использовать для подключения к ЕСПИЭ 2 и 4 пункт.
(сразу сделаю примечание для ЕСПИЭ нам нужны именно зарядники от 220 вольт,
поэтому конечно контроллеры заряда от ветрогенераторов или солнечных батарей не подойдут,
но это может быть встроенный зарядник источника безперебойного питания например объединяющего пункты 2,3,4)

В ЕСПИЭ выгодно использовать как можно высокое напряжение для минимизации потерь в проводах
и удешевления инфраструктуры проводов. Поэтому выгоднее всего использовать выпрямленные 220-230 вольт.
Это где то 311 вольт. Напряжение 220-230 вольт есть в каждой автономной систему , его источник есть 4 пункт.
Для чего нужно выпрямлять напряжение? Это нужно для того что бы ЕСПИЭ обладала симметричностью в плане
приёма-отдачи электроэнергии. Используя постоянное напряжение намного проще отдавать ток в ЕСПИЭ.
Для этого достаточно поставить дешевый диодный мост. С отдачей энергии в ЕСПИЭ примерно разобрались.

Для потребления энергии из ЕСПИЭ мы будем использовать 2 пункт, а именно нам необходим импульсное зарядное устройство.
Это достаточно распространённые типы зарядных устройств, их стоимость порядка 1000 руб за 100 ватт отдаваемой АКБ энергии.
В них и так встроен диодный мост поэтому они запросто будут работать от постоянного напряжения.
(конечно на деле надо будет индивидуально разбираться с каждой автономной системой, но можно выработать некую типовую
схему автономного электроснабжения для гарантированной работы ЕСПИЭ)

Проводная система инфраструктуры ЕСПИЭ является принципиально пассивной, т.е. состоит из одних проводов,
а именно из одной минусовой и одной плюсовой жилы.

Так так ЕСПИЭ строится для перераспределения излишков то это значит ЕСПИЭ работает с не очень большими мощностями,
порядка единиц, максимум десятков киловатт. Поэтому сечение проводов не требуется очень большое.

В качестве минусовой жилы предлагается использовать 16 мм металлопластиковую трубу закопанную в землю.
Примерное сечение минусовой жилы составит 18 мм2. Внутри этой трубы пускать положительную медную жилу сечением 12 мм2.
Потери получаются примерно 3,12% от 1 кВт на 1 км (т.е. при передаче 1 кВт на расстояние 1 км будет потерян 31 вт). Себестоимость метра данного кабеля получается в пределах 50-70 руб.
(концы металлопластиковой трубы зачищаются до алюминиевого слоя и на него крепится хомут минусовой клеммы)
Данное решение полностью экранирует любые ЭМ излучения, которых от постоянного тока и так почти нет.
МП трубу можно дополнительно ещё сунуть в ПЭ трубу для защиты. С учётом участков размером с 1 Га, на каждый дом
потребуется где то 100 м такого кабеля для подключения к ЕСПИЭ, это порядка 10 000 руб если самим копать.

Необходим ещё простой контроллер для подключения автономных систем к ЕСПИЭ.
Он должен определять состояние при котором можно отдать в ЕСПИЭ излишки энергии, либо переходить
на потребление из ЕСПИЭ. Контроллер должен обладать настройкой максимальной отдаваемой энергии в ЕСПИЭ
для того что бы не перегружать DC/AC преобразователь.

Примерную схему я уже разработал, но это уже детали. Стоимость контроллера думаю не будет выше 1000-2000 руб.
В него входят примерно следующие узлы:
1. реле переключения потребление из/отдача в ЕСПИЭ
2. устройство управления реле в зависимости от напряжения на АКБ и сигнала "есть излишки"
3. диодный мост
4. семисторный регулятор мощности отдачи в ЕСПИЭ

И теперь ответ на последний вопрос "как ЕСПИЭ может удешевить автономную систему электроснабжения дома?"
Ответ:
ЕСПИЭ выступает в качестве эквивалента некой дополнительной емкости АКБ в режиме потребления и накопления.
Поэтому ЕСПИЭ поможет сэкономить на цене АКБ.

По примерным расчётам ЕСПИЭ для отдельного участка будет стоить 10000-12000 руб, это цена примерно
двух акб 12в 100Ач.



Предлагаю обсудить данную идею!

Поглядел цены на бронированные (экран 2 стальных ленты) алюминиевые кабели, в принципе можно купить готовый кабель и не мучатся. Главное чтобы сечение было 25-35 квадратов. Этого достаточно и на перспективу. Кабель разумно по моему закапывать на 2 штыка под тропинкой потому как тропинки копать не будут и будет точно известно где кабель проходит.

illusion в поселениях нет переизбытка электроэнергии, её нехватает. Да и лишних средств у людей нет что бы покупать мощный генератор или ветряк, берут маломощные.

Во первых переизбыток должен быть иначе это значит, что генерируемой мощности хронически недостаёт и значит аккумуляторы рано или поздно выдут из строя. Даже при зарядке от бензогенератора при достижении определённого порога заряда АКБ энергия начинает теряться, т.к. ток заряда начинает постепенно падать до 0, иначе просто АКБ не зарядится до 100%.

Во вторых надо оперировать конкретными величинами, потому как слова "нехватает", "нет лишних средств", "мощный", "маломощный" неконкретны и ни о чём полезном не говорят.

В третьих ЕСПИЭ позволят каждому индивидуально настроить порог за которым начинается избыток энергии, тем самым можно регулировать уровень объединения индивидуальных систем в одну ЕСПИЭ.

Суть ЕСПИЭ как раз позволить сэкономить средства людей, что бы каждый не покупал и бензогенератор и ветряк и солнечные батареи, и достаточную емкость аккумуляторов, а позволить объединиться соседям так что бы один допустим купил бензогенератор, другой ветряк, третий солнечные батареи, и частично объединить ёмкости АКБ в один большой аккумулятор.

С точки зрения ресурсо-ориентированной экономики ЕСПИЭ позволяет эффективнее экономить природные ресурсы.
Но конечно ресурсо-ориентированная экономика также подразумевает уход от паразитизма и индивидуализма.

Подобная система весьма сложна и требует нетривиальной обслуживающей ИТ-инфраструктуры: сети, контроллеры на каждом узле + желание и умение каждого программировать как минимум свой узел. Не факт, что экономия на установленой мощности будет больше, чем обустройство такой сети.

И организационно это, к сожалению, очень сложно.
Простой вопрос: что делать, если мощности в сети в данный момент не хватает?
А если в сети не хватает энергии (в смысле, заряд в аккумулятора ещё есть, но его хватит ненадолго)?

Один человек легко решит, что и когда должен у себя отключить. А вот как быть в сети?

Ну и алгоритмически там есть весьма интересные проблемы устойчивости. Энергетики, обслуживающие "большую" сеть (до Чубайса были ещё люди, которые всё это создавали) столкнулись и решили большое количество проблем, прежде чем получилось что-то более-менее надёжное. Посмотрите соответствующую литературу по "умным сетям" (smart grids).

Я идею не навязываю, а предлагаю обсудить тем кому она нужна и интересна. Некоторым электричество вообще не надо, надеюсь тоже от него избавиться в будущем.

Минусы можно у многого найти, я же предлагаю думать над тем как избавиться от минусов.

Что в системе сложного мне не очень понятно. Адаптер подключения я хочу разработать тривиальным, без программируемых микроконтроллеров. У этого адаптера в идеале должен быть только один регулятор - регулятор порогового напряжения с которого начинается подключение к ЕСПИЭ.

Вопросы типа: что делать, если мощности в сети в данный момент не хватает?
А если в сети не хватает энергии (в смысле, заряд в аккумулятора ещё есть, но его хватит ненадолго)? Вообще не относятся к ЕСПИЭ так как это не система основного питания а система перераспределения излишков (каждый сам определяет пороговое напряжение после которого он готов отдавать излишки).

А про энергетиков не надо...ничего там сложного особо нет даже с учётом переменного напряжения в сетях. В ЕСПИЭ используется постоянный напряжение что упрощает задачу отдачи энергии в сеть.

Просьба если ВАМ не нужна ЕСПИЭ не надо доказывать что она не нужна ВСЕМ.
В нашем поселении возникали вопросы по поводу каком образом можно объединиться что бы эффективнее решить задачу электрофикации, вот эту задачу я и предлагаю обсуждать.

Добавлено после 6 минут:

Идею ЕСПИЭ можно выразить ещё следующим образом:
если я не буду выкидывать излишки еды а буду делиться ей с другими, и если так будут поступать все, то вероятно когда у меня будет нужда меня накормят.

Хотя ЕСПИЭ может быть очень гибкой.

Вообще было бы интересно смоделировать ЕСПИЭ.

Добавлено после 19 минут:

Из минусов ЕСПИЭ вижу следующее:

1. низкий КПД передачи энергии от АКБ одной индивидуальной системы электроснабжения (ИСЭ) к другой. Он определяется произведение КПД преобразователя на КПД зарядного устройства, для существующих систем получается итоговый КПД от 70% до 81% (за исключением случая бензогенератора который можно подключать к ЕСПИЭ практически без потерь)

2. когда в ЕСПИЭ энергию отдают мало источников а остальные узлы переведены в режим потребления то возможна большая просадка рабочего напряжения в ЕСПИЭ что может привести к выходу из строя некоторых видов зарядных устройст и к снижению КПД передачи тока через ЕСПИЭ
(для решения данной проблемы можно предусмотреть пороговое напряжение подключения адаптеров к ЕСПИЭ в режиме потребления тока)

3. для полной зарядки акб требуется высокое напряжение на финальной стадии заряда, такое напряжение будет заведомо выше порога перехода адаптера в режим отдачи энергии в ЕСПИЭ а значит адаптер будет препятствовать повышению напряжения на финальной стадии заряда АКБ

illusion писал(а):

Я идею не навязываю, а предлагаю обсудить тем кому она нужна и интересна. Некоторым электричество вообще не надо, надеюсь тоже от него избавиться в будущем.

Мне эта тема как раз-таки интересна, мы пробовали сообразить нечто подобное. Не стОит критические вопросы воспринимать как отрицание.

Стоит принимать их как предложение "подумать ещё и над вот этим".

illusion писал(а):

Вопросы типа: что делать, если мощности в сети в данный момент не хватает? А если в сети не хватает энергии (в смысле, заряд в аккумулятора ещё есть, но его хватит ненадолго)? Вообще не относятся к ЕСПИЭ так как это не система основного питания а система перераспределения излишков (каждый сам определяет пороговое напряжение после которого он готов отдавать излишки).

А, вот как...
Ситуация, когда в автономной сети появляются излишки очень редка (в правильно задуманой, спроектированой и сделаной системе такого вообще не должно быть). Если такая ситуация повторяется часто - это ошибка: слишком мощный ветряк поставлен, слишком мало аккумуляторов, малая мощность зарядки, ну и т.п.

На деле могу представить себе такое лишь с ветром - уж очень он мощный, но непредсказуемый источник энергии.

Но с таким условием всё, конечно, проще. Хотя и пользы от системы тогда меньше.

В общем-то, вижу единственный пока случай, когда это могло бы в таком виде понадобиться: у кого-то стоит мощный ветряк, а у остальных в селении ветряков нет. Поставить избыточные мощности солнечных батарей - почти невозможно, а держать включеным бензогенератор без нужды никто не станет. Вы видите какие-то ещё варианты?

illusion писал(а):

А про энергетиков не надо...ничего там сложного особо нет даже с учётом переменного напряжения в сетях. В ЕСПИЭ используется постоянный напряжение что упрощает задачу отдачи энергии в сеть.

Нет, зря Вы так. Там много интересного.

illusion писал(а):

Идею ЕСПИЭ можно выразить ещё следующим образом: если я не буду выкидывать излишки еды а буду делиться ей с другими, и если так будут поступать все, то вероятно когда у меня будет нужда меня накормят.

Да, это понятно.

>>Ситуация, когда в автономной сети появляются излишки очень редка (в правильно задуманой, спроектированой и сделаной системе такого вообще не должно быть). Если такая ситуация повторяется часто - это ошибка: слишком мощный ветряк поставлен, слишком мало аккумуляторов, малая мощность зарядки, ну и т.п.

Вот как раз для этого ЕСПИЭ и пригодилась бы( на деньги для покупки дополнительных АКБ подключиться к ЕСПИЭ).

Я щас подумал и понял что КПД теряемое при преобразовании туда сюда можно было бы разменять и на 48 вольтовую сеть без преобразований но с потерями в проводах (у меня есть таблица в экселе потерь мощностей).

И пришла ещё одна мысль: можно попробовать одним махом решить 3 минуса: выкинуть двойное преобразование, оставить только преобразователь АКБ->~220V
а ЕСПИЭ перевести в импульсный режим работы, т.е. фактически сеть ЕСПИЭ сделать частью импульсного зарядного устройства. Тогда адаптер ЕСПИЭ будет фактически являться зарядным устройством. Хотя всё равно двойное преобразование получается.. и КПД опять 70-80%.

Добавлено после 4 минут:

Хотя можно попробовать сделать такой адаптер для ЕСПИЭ который бы использовал индуктивность кабеля ЕСПИЭ как элемент преобразования тока исходной ИСЭ в ток потребляющих ИСЭ

Добавлено после 58 секунд:

Надо поглядеть схемы импульсных преобразователей и зарядных устройств на эту тему.

Добавлено после 12 минут:

(Интересно почему на сайте время Лондонское? Хостятся что ли там?)

illusion писал(а):

>>Ситуация, когда в автономной сети появляются излишки очень редка (в правильно задуманой, спроектированой и сделаной системе такого вообще не должно быть). Если такая ситуация повторяется часто - это ошибка: слишком мощный ветряк поставлен, слишком мало аккумуляторов, малая мощность зарядки, ну и т.п. Вот как раз для этого ЕСПИЭ и пригодилась бы( на деньги для покупки дополнительных АКБ подключиться к ЕСПИЭ).

Вы не следите за мыслью. Мы же договорились, что в сеть уходят невостребованые излишки. Это аккумуляторы никак не заменяет.

Если дует сильный ветер, энергии излишек у всех людей с ветряками.
Если ветра нет, то откуда возьмётся лишняя энергия?
Спроектировать избыточную систему с СБ почти невозможно: нужно редкое сочетание БОЛЬШОГО количества лишних денег и недостатка ума, уж очень маломощный источник, СБ вытягивают лишь за счёт своей предсказуемости и регулярности.
Бензогенератор же включается только при надобности, то есть, только когда энергии не хватает.

То есть, вопрос-то в чём: при каком реальном сценарии использования возможен полезный переток мощности?

Выходит, с теми ограничениями (отдаются лишь излишки), которые Вы поставили сеть получается почти бесполезной (опровергните меня!). Если Ваши ограничения убрать, то возникают интересные вопросы, которые я задал выше.

illusion писал(а):

Я щас подумал и понял что КПД теряемое при преобразовании туда сюда можно было бы разменять и на 48 вольтовую сеть без преобразований но с потерями в проводах (у меня есть таблица в экселе потерь мощностей).

Без преобразования (напрямую подключить аккумы к сети) можно, но в такой системе нельзя будет управлять перетоком энергии.
Нужно сразу тогда договориться об общем аккумуляторном пуле и "энергокоммунизме" с фиксированым потреблением.

Собссно, напряжение этим никак не диктуется. 48В - 4 аккумулятора по 12В, а 220В - 18 таких аккумуляторов, принципиальной разницы - никакой.

illusion писал(а):

Хотя можно попробовать сделать такой адаптер для ЕСПИЭ который бы использовал индуктивность кабеля ЕСПИЭ как элемент преобразования тока исходной ИСЭ в ток потребляющих ИСЭ

Есть такой хороший принцип - "делай просто".
Простота даёт понятность, хорошую обслуживаемость, практическую надёжность.

Добавлено после 3 минут:

illusion писал(а):

(Интересно почему на сайте время Лондонское? Хостятся что ли там?)

Нет, не лондонское.
UTC сейчас 20:14, а сервер показывает посты (по меньшей мере, мне) UTC+08, это скорее американское Тихоокеанское время.

Дело пошло

С солнечными батареями действительно наверно излишков будет мало, но можно например сэкономить на стоимости контролеров заряда.
Допустим один сосед ставит побольше СБ, а другой побольше ветряк и через ЕСПИЭ объединяются дополнительно экономя на емкости АКБ.

Ещё думаю не будете отрицать что чем выше мощность бензогенератора тем выше его КПД. Таким образом тоже вместо 2-3 бензогенераторов можно купить один на нескольких соседей, и заряжать им сразу все АКБ через ЕСПИЭ.

В случае 48 вольт АКБ не надо соединять напрямую, надо будет всё тки ставить некое сопрягающее пороговое устройство, но оно проще и дешевле. Хотя тут надо единый стандарт 48 вольт на всех...это уже нереально.

Про вариант с 20 АКБ я тоже думал, но это плохой вариант, т.е. надо редкие преобразователи и АКБ с маленькой емкостью дороже стоят. Самые оптимальные по соотношению энергия/цена это АКБ 12в 100Ач.

Насчёт простоты я согласен, к этому стремлюсь. И по мне ЕСПИЭ как раз может дать упрощение ИСЭ. Потому как что бы ИСЭ была полноценной в ней надо иметь и СБ и ВГ и БГ и соответвенно раздельные контроллеры заряда для каждого источника. Тут простотой особо и не пахнет. У меня пока нет СБ и ВГ, АКБ заряжаю от БГ, ито система не очень простая...хочу вот весной байпасное реле поставить, что бы во время работы БГ дом переключался с преобразователя непосредственно на БГ.

Добавлено после 4 минут:

Не буду отрицать что независимость ИСЭ всё таки теряется при использовании идеи ЕСПИЭ. А также могут возникать различные вопросы в области прав на использование излишков энергии. Но опять же повторюсь, ЕСПИЭ может быть очень гибка, как в плане выбора порога определяющего излишки энергии, так и в плане количесва соседей объединяющихся в ЕСПИЭ.

Например если соседей немного и они хорошо ладят, то они вполне могут построить эффективную систему на взаимовыгодных условиях.

Добавлено после 4 минут:

Насчёт бензогенератора вообще можно было бы поставить один с нормальным ВАЗовским движком, с жидкостным охлаждением, большим ресурсом и возможностью дешевого ремонта (например движок от 6ки или 9ки). Этот вариант однозначно подошел бы только при объединении соседей, мне одному например генератор на 16 кВт совсем не нужен. А так была бы большая экономия и денег и бензина, и уменьшения выбросов вредных газов. Такой двигатель к тому же требует намного реже ТО.

Добавлено после 7 минут:

Как вариант можно было бы сделать и так:
объединяются 4 соседа:
1 ставит у себя только АКБ
2 только ВГ
3 только СБ
4 только БГ

но тут ещё продумать надо...
можно подумать в направлении кластеризации системы, т.е. сделать её например 2х уровневой:
1. в кластерах объединиящих соседние участки в радиусе 125 м, передаётся основная энергия с напряжением в кабеле 48в (в центральном узле кластера размещаются АКБ)
2. между самодостаточными кластерами перераспределяются излишки через магистраль проходящую по всей деревне (310 вольт)