Автономное электричество на даче: Автономное электроснабжение дачи и коттеджа на основе инвертора

Автономное электроснабжение дачи и коттеджа на основе инвертора

Для организации автономного электроснабжения дачи с домиком сезонного проживания, частного дома или коттеджа часто применяют солнечные электростанции с аккумуляторными батареями высокой емкости. Такая система обеспечивает бесперебойное электропитание потребителей независимо от того, имеется ли основной источник электроснабжения или нет. Рассмотрим особенности автономного электроснабжения на основе солнечных электростанций, и какую роль в оборудовании играют инверторы.

Особенности и принцип работы солнечной электростанции для дачи и коттеджа

Все солнечные электростанции делятся на 3 типа:

• Сетевые. Вырабатывающаяся электроэнергия поступает во внутреннюю сеть, а при её нехватке для потребителей происходит отбор из промышленной сети.
• Автономные. Подключение к промышленной сети отсутствует. Вырабатываемое электричество питает потребителей, а избытки энергии накапливаются в аккумуляторных батареях. Питание в темное время суток осуществляется от АКБ.
• Гибридные. Днем питание осуществляется от электроэнергии, полученной от солнечных панелей, способствуя снижению электропотребления из промышленной сети. В случае отключения основного источника питания электричество поступает уже от АКБ.

Автономные или гибридные системы состоят из PV модулей (фотоэлектрические панели), контроллера, блока аккумуляторных батарей, инвертора. Преобразованная в электричество энергия солнечного света через контроллер направляется на АКБ, после чего с инвертора переменным током на все потребители (например, дверной замок). Для автономных или гибридных систем используются необслуживаемые GEL аккумуляторы.

Для эффективной работы автономных солнечных электростанций требуется строгое соответствие нескольким условиям:

• Установка PV панелей на крыше или стене дома, коттеджа или на отдельно стоящем каркасном сооружении. Солнечные панели должны быть установлены под определенным углом и направлены на юг, во избежание больших потерь энергии.
• Быстрый доступ к панелям для очистки от загрязнений, снега в зимнее время.
• Достаточное количество панелей и аккумуляторных батарей для бесперебойного снабжения основных потребителей электроэнергии (освещение, телевизор, холодильник и пр.).

Частые отключения электроэнергии на даче или в доме

Если используется гибридная солнечная электростанция, есть возможность питания от промышленной сети или имеется только промышленная сеть, а установка PV панелей нецелесообразна, но при этом часто встречаются отключения электричества на несколько часов, то решить проблему поможет система резервирования на основе инвертора.

Принцип работы инверторного ИБП следующий:

1. При наличии основного источника питания ток не поступает на АКБ (нет буферного режима, срок службы аккумулятора увеличивается).
2. Если происходит отключение электричества, то цепь питания автоматически переключается на резерв – постоянный ток из АКБ через инвертор преобразуется в переменный, и поступает на потребителей.
3. При возобновлении основного электроснабжения происходит обратное переключение цепи.
4. В солнечную погоду PV модули преобразуют энергию света в электричество, которое через контроллер поступает на блок АКБ для их подзарядки.
5. После заряда аккумуляторов ток на них не поступает, электроэнергия, получаемая от солнечных батарей, поступает к потребителям вместе с электричеством из промышленной сети (гибридная система).

Инверторный источник бесперебойного питания позволяет решить проблему с частыми отключениями электроэнергии в дачных или коттеджных поселках. При выборе подходящего варианта для работы совместно с солнечной электростанцией учитывают пиковую потребляемую мощность, частоту и продолжительность отключений электричества (влияет на время резервирования, количество аккумуляторных батарей в блоке).

Системы резервирования могут успешно применяться не только с солнечными электростанциями, но и с ветрогенераторами. Можно подобрать решение для резерва на время вплоть до 24-48 часов. Среди готовых источников бесперебойного питания на основе инвертора есть варианты на 1-3 кВт, а также на 5-10 кВт и выше, что позволит обеспечить электричеством дачу или коттедж с большим количеством одновременно работающих потребителей тока.

Обратите внимание, долговечность системы зависит от условий эксплуатации.

Необслуживаемые AGM аккумуляторы, используемые в в источниках бесперебойного питания, прослужат до 8-10 лет при хранении в нормальных условиях.

В циклическом режиме (то есть при частых циклах заряда-разряда и глубокого разряда) может наблюдаться выход АКБ из строя уже через 3-5 лет.

Есть вопрос по ИБП? Свяжитесь с нами

4 варианта автономного электроснабжения загородного дома

Natalia | 06.06.2017 | Обновлено 04.04.2023| Коммуникации, Электропроводка | 38 377 просмотров | Комментариев нет

Содержание статьи

Без электричества современный человек как без воздуха, и неважно, находится он в городской квартире с обилием техники, или на природе. Перебои с электричеством на даче или же полное его отсутствие заставляет искать альтернативные источники электроэнергии. Последних человечество пока придумало не так уж и много: двигатели на жидком топливе, солнечные батареи, ветрогенераторы и аккумуляторные батареи, это если не учитывать более экзотические и изощренные решения. У всех существующих способов есть недостатки, но если дача или участок без электричества, а строительные работы и простые бытовые задачи выполнять необходимо, то придется выбирать один, а лучше два (для подстраховки) наиболее подходящих варианта автономного электроснабжения загородного дома.

Что учесть при выборе автономного источника электричества?

Многие районы страны, как бы удивительно это не звучало, до сих пор не подключены к общей системе электроснабжения. Другие же страдают от постоянных перебоев с подачей электричества. Если электросетей в регионе нет, а строительство дома уже пора начинать, что же делать: ждать, когда участок будет подключен к сети или же искать альтернативные решения? Что делать, если электричество выключают по вечерам, а иногда в дневное время, а часто вообще непредсказуемо? Созерцание звездного неба и разогревание еды на костре – это, конечно, романтично, но без холодильника, лампочки, насоса и прочих благ цивилизации на даче уже обойтись сложно.

Рано или поздно каждый пытается найти способ подключить электричество на участок. Универсальной формулы выбора наилучшего его источника не существует, так как учитывать необходимо массу факторов:

• размер загородного дома, регулярность его посещения, обычное и максимальное количество человек, пребывающих в нем;
• число приборов, потребляющих энергию. Одно дело, если это пара лампочек, розетка и чайник. Гораздо сложнее решить вопрос электроснабжения дачного дома, если в нем будут работать много мощных электроприборов, начиная от нескольких телевизоров и холодильника, заканчивая водонагревателями и насосами;
• особенности региона. В ветреных регионах дорогой, на первый взгляд, ветряк будет наиболее экономичным и быстро окупаемым источником электричества, а в Московской области, например, ветер уже не будет таким выгодным источником энергии;
• наличие электросети. Если электросетей в регионе нет совсем, и их строительство вряд ли предвидится, специалисты рекомендуют использовать два источника автономного электроснабжения. Этим советом можно пренебречь, если на даче вы появляетесь редко.

Естественно, прежде чем выбрать вид и мощность автономного источника электричества, необходимо тщательно рассчитать количество потребляемой энергии. Во внимание принимают число электроприборов и особенности потребителей энергии. Суммарную мощность получают путем сложения потребностей всех бытовых приборов и оборудования. К полученному значению лучше накинуть 15-30%, чтобы подстраховаться и не бояться включить новый прибор. Следует помнить, что для обеспечения максимальной долговечности работы лучше, чтобы генератор функционировал на 80% своей мощности.

№1. Генератор для дачи: бензиновый, дизельный, газовый

Самый простой и популярный способ решить проблему электричества на земельном участке – это использовать топливный генератор электроэнергии. По сути, это миниатюрная электростанция, которая работает полностью автономно и превращает энергию сгорания топлива в электрическую. В качестве топлива используется бензин и дизель, реже газ. Для производства 1 кВт/час энергии в среднем потребуется от 0,25 до 0,5 л топлива.

С помощью генераторов электроснабжение дома организовать проще всего: купил, подключил и можно использовать, только не забывать вовремя доливать топливо. В этом и заключается основное преимущество. Главный минус – это необходимость постоянно покупать топливо, а если дом большой и электроприборов в нем немало, то расходы будут ощутимыми. К тому же, сам генератор также стоит денег, и чем его мощность выше, тем выше и цена. Но если сравнить с ветряком или солнечной панелью, то генератор, конечно же, выйдет дешевле.

Когда генератор является резервным источником энергии, важно, чтобы он не только вовремя включался в работу, но и своевременно отключался, чтобы не возникло столкновения двух встречных потоков заряженных электронов. Во избежание неприятностей уже давно разработан алгоритм включения генератора в общую систему. Если центральной сети электроснабжения нет, то рекомендуют использовать два генератора: один – основной, второй – резервный и включается в работу, когда в первом заканчивается топливо. Поочередная работа двух генераторов значительно увеличивает срок службы каждого.

От того, на каком топливе будет работать генератор, зависит его мощность, долговечность, шумность, а также расходы на эксплуатацию.

Дизельный генератор для дачи

Дизельные генераторы электроэнергии лучше всего подходят для постоянной работы. Длительное время беспрерывной работы обеспечивается наличием водяной системы охлаждения. Среди других его преимуществ:

• высокий запрос прочности. По долговечности дизельный генератор выигрывает у бензинового;
• среди дизельных двигателей есть намного более мощные модели, чем среди бензиновых, что позволяет использовать подобный источник энергии даже для снабжения больших загородных домов;
• дизель – более дешевое топливо по сравнению с бензином.

Среди минусов:

• цена;
• высокий шум при работе, поэтому без отдельного помещения со звукоизоляций и вентиляцией будет сложно обойтись. Выхлопные газы есть и у бензинового генератора, но они не такие едкие. Лучше всего поставить дизельный генератор на некотором удалении от дома, но при этом придется позаботиться о навесе и системе запирания, чтобы защитить генератор от кражи;
• запуск возможен при температуре не ниже -5⁰С, хотя на данный момент появились дизельные генераторы в защитном кожухе, благодаря чему устройство можно поставить на улице и эксплуатировать при любых температурах.

Бензиновый генератор для дачи

Бензиновый генератор лучше подойдет в тех случаях, когда участок используется время от времени. Он также может работать в качестве резервного источника электропитания, когда участок подключен к общей сети. В условиях небольшой дачи с минимальным набором электроприборов бензиновый генератор показывает себя лучше всего. Мощность бензогенераторов обычно не выше 7-9 кВт (но можно найти модели и на 15, и даже 20 кВт), а работать дольше 8 часов беспрерывно они не могут – сильно нагреваются.

Преимущества:

• низкая по сравнению с дизельным аналогом стоимость генератора. Цена, конечно же, зависит от мощности, но она, в среднем, в два раза ниже, чем на дизельные модели;
• мобильность. Бензиновые генераторы легче и компактнее дизельных, поэтому при необходимости их несложно перемещать по участку;
• уровень шума ниже, чем у дизельного аналога;
• возможность работы при низких температурах.

Минусы:

• невысокий КПД;
• высокая стоимость бензина.

Уровень шума от дизельного и бензинового генератора зависит от типа корпуса и числа оборотов, на которых работает генератор: устройство с 1500 об/мин будет давать значительно боле низкий шум, чем аналогичное по мощности, но с 3000 об/мин, но и стоить будет дороже.

Газовый генератор для дачи

Газовые генераторы позволяют получать наиболее дешевую энергию, при этом КПД их работы высочайший, а шум минимальный. Мощность может достигать 24 кВт, генератор может функционировать круглосуточно, а газ обойдется дешевле бензина и дизельного топлива. Вот только пока такие устройства широкого распространения не приобрели, так как стоят немало, в эксплуатации сложны и требуют подключения к газопроводу, который есть не везде. Тем не менее, некоторые дачники подключают такие генераторы к газовым баллонам.

№2. Солнечные батареи для дачи

Главный минус топливных генераторов – необходимость постоянно покупать топливо для них. Этого недостатка лишены генераторы, которые используют бесплатную энергию, доступную всем. Это энергия солнца и ветра. Для получения электричества используют еще и геотермальную энергию, а также энергию воды, но эти варианты вряд ли подойдут для питания электроэнергией дачного участка.

Если совсем просто, то принцип работы солнечных батарей заключается в выбивании фотонами света электронов из полупроводников, расположенных в фотоэлементе, а направленный поток электронов, как известного со школьного курса физики, и является электричеством. Для обеспечения выработки электричества из солнечного света, его накопления и дальнейшего использования в бытовых целях необходим целый комплекс оборудования:

• непосредственно сама солнечная батарея достаточной площади. КПД подобных систем пока очень низкое, а батарея площадью около 1 м² дает в среднем 100 Вт электричества с напряжением 15-25 В. Чтобы использовать энергию солнца в качестве самостоятельного и основного источника энергии, необходимо, чтобы батареи занимали площадь около 10 м², причем были расположены под правильным углом;
• инвертор, отвечающий за преобразование электричества;
• аккумуляторы для накопления энергии и бесперебойной ее подачи;
• контроллер, с помощью которого можно управлять зарядом батарей.

Все элементы лучше брать в комплекте – так будет гораздо проще.

Цены на солнечные батареи сильно зависят от их типа, размера, мощности и имени производителя. Конечно же, каждый за свои деньги хочет добиться максимальной производительности и энергетической независимости, поэтому необходимо тщательно изучить нюансы погоды в регионе, а также понять, какой тип солнечных элементов лучше всего подходит для конкретной местности:

• монокристалические батареи легко узнать по псевдоквадратам черного цвета и скошенным углам. У них самый высокий КПД, 15-25%, поэтому если площадь крыши небольшая, то подобные батареи устанавливать предпочтительнее. С другой стороны, для нормального функционирования они должны быть всегда обращены лицевой стороной к солнцу, а в условиях пасмурного дня, на рассвете и на закате мощность будет минимальной;
• поликристалические батареи отличаются пластинами темно-синего цвета с вкраплениями кристаллов кремния. КПД ниже, около 12-15%, но и стоят такие батареи дешевле, поэтому если площади для их установки достаточно, это наилучший вариант. Существенное их преимущество – возможность вырабатывать энергию в пасмурный день, так как кристаллы кремния имеют разную ориентацию;
• батареи из аморфного кремния стоят дешевле всего, но имеют низкий КПД, всего около 6%. Они напоминают по виду пленку, гибкие и лучше всего подойдут в тех случаях, если крыша имеет сложную форму, так как они легко крепятся на любую поверхность и не требуют обустройства дополнительных металлоконструкций. Такие батареи наиболее эффективно используют рассеянный свет, поэтому подходят для регионов, где часто бывает облачно. Минус их заключается в невысокой долговечности, так как слои кремния достаточно быстро прогорают под солнечными лучами. Не так давно появился более совершенный аналог – батареи из микроморфного кремния, которые не так требовательны к углу наклона и ориентации по сторонам света.

На каком бы варианте вы бы ни остановились, солнечные батареи – это всегда масса преимуществ:

• возможность получить полноценный источник электроэнергии, причем энергия солнца достается бесплатно. В развитых странах излишки такой энергии домовладения продают энергетическим компаниям. На отечественном пространстве уже делаются первые шаги в данном направлении, хоть явление еще далеко не массовое;
• отсутствие ежемесячных платежей за электроэнергию;
• длительный срок службы;
• экологичность.

Минусы, конечно же, присутствуют. Во-первых, невозможность использовать солнечную энергию в качестве полноценного источника электроэнергии в регионах с большим количеством пасмурных дней в году. Снег также может стать помехой, поэтому его придется постоянно счищать. Кроме того, места под весь комплект домашней солнечной электростанции понадобится немало: это сами батареи и оборудование к ним. Что же касается стоимости, то изначально она высока, но в итоге полностью окупается.

При выборе солнечных батарей обращайте внимание на:

• мощность. Зависит от потребностей конкретного дома и особенностей региона;
• время автономной работы аккумулятора напрямую влияет на длительность периода, в течение которого можно будет получать электроэнергию при ненастной погоде;
• площадь установки;
• нагрузка;
• класс работоспособности. Лучше брать батареи класса А;
• имя производителя. Неплохо себя зарекомендовала продукция таких компаний, как Sunpower, Sanyo, Jinko Solar.

Расчет необходимой мощности – это занятие кропотливое и требующие знания массы точных параметров. Чтобы прикинуть, какие примерно батареи понадобятся и сориентироваться по цене, можно провести несложный, но очень приблизительный расчет:

• суммируем потребление энергии всей техникой и оборудованием за месяц, учитывая все, от лампочек до холодильника и насоса. Цифра получится примерная, но все же соответствующая реальному потреблению. Допустим, получается 100 кВт;
• так как в аккумуляторах и на этапе преобразования постоянного тока в переменный есть существенные потери энергии, их важно учитывать в расчете. Приблизительно теряется около 30-40% энергии, и чтобы ее покрыть, придется установить дополнительные батареи. Следовательно, в месяц нам понадобится уже не 100 кВт, а 140 кВт;
• полученное значение делим на количество дней в месяце (140 кВт/30 = 4,67 кВт), а теперь самое интересное – необходимость поделить на количество солнечных часов в месяце. Для летнего периода это время с 9 утра до 4 вечера, в остальное время мощность будет уже не максимальной, итого получаем 7 часов: 4,67/7 = 0,67 кВт. Но массива с мощностью 0,7 кВт будет явно недостаточно, так как при расчете не учитываются пасмурные дни, а в осенне-весенний период их будет немало, да и длительность светового дня очень низкая, поэтому полученное значение можно увеличить в 1,5-2 раза.

Для получения точных расчетов необходимо исследовать дневники погоды в регионе на предмет количества пасмурных и солнечных дней за последние годы в конкретном месяце. Только после этого можно будет судить о параметре батарей и об окупаемости. В большинстве случаев, даже большой запас не дает возможности использовать солнечную энергию как полноценный источник электричества в зимний период, поэтому потребуется резервное питание бензогенератором.

№3. Ветрогенератор для дачи

Еще один бесплатный источник электроэнергии – ветер, но, как и солнечные лучи, он отличается непостоянностью. Главные преимущества, как и с фотоэлементами, – это отсутствие необходимости постоянной покупки топлива и экологичность полученной энергии. Минусы: высокая стоимость конструкции, необходимость ставить не только сам ветрогенератор, но и дополнительное оборудование (инвертор и аккумуляторы с контроллерами).

На дачах сегодня устанавливают два вида ветряков:

• роторные с вертикальной осью вращения отличаются невысоким уровнем шума, не требуют большой скорости ветра и значительной высоты установки, но КПД у них невысокий;
• крыльчатые ветряки с горизонтальной осью вращения более привычны, обладают высоким КПД, стоимость установки у них ниже, но материалоемкость, а значит, и цена, выше.

Главный вопрос, который стоит перед теми, кто решился на установку ветряка, – это даже не его тип, а мощность. Отвечая на вопрос, стоит учесть выработанную, аккумулированную и потребляемую энергию. Следовательно, важно посчитать, сколько энергии потребляется, например, в сутки, какая средняя и пиковая нагрузка. Учесть необходимо среднюю скорость ветра, количество дней, когда скорость ветра выше 5 м/с (наиболее благоприятны), а также максимальную продолжительность безветренной погоды.

На практике получается, что слабые ветры 2-3 м/с дают недостаточно энергии. Поэтому опытные дачники советуют запастись аккумуляторами высокой емкости, чтобы накапливать энергию, полученную в ветряные дни, и использовать ее в период штиля и слабых ветров.

№4. Инверторные аккумуляторные батареи для дачи

Аккумуляторные батареи могут использоваться для накопления энергии от различного рода генераторов, но порой используются и как самостоятельный источник энергии. Естественно, рассматривать этот вариант как способ постоянно питать участок электричеством не стоит, но вот в качестве резервного он пойдет. Если вдруг свет выключат, топливо для генератора закончится или долго не будет солнечных дней, то минимально необходимый набор электроприборов запитать можно будет.

Инверторный аккумулятор подключают к общей электросистеме дома, он заряжается от сети центрального электроснабжения, а когда возникают перебои с электричеством, он сам отдает энергию.

Параметры аккумуляторной батареи подбирают в зависимости от потребностей, принимая во внимание то, сколько энергии потребляют электроприборы в доме и на какой период возможно отключение электричества. Например, если необходима батарея, которая даст 3 кВт электроэнергии, а учитывая потери при преобразовании в инверторе (10%) это 3,3 кВт, при напряжении на выходе 12 В необходим будет аккумулятор 275 А*час или 2 по 150 А*ч. При выборе аккумулятора учитывайте число циклов заряда/разряда (чем больше, тем лучше), отдавайте предпочтение моделям с максимальным сроком службы и лучше не используйте автомобильные аккумуляторы, вопреки тому, что по всем параметрам они, казалось бы, подходят – для их безопасной эксплуатации нужны специфические условия.

В заключение

Для получения энергии также оборудуют мини-ГЭС, но для этого необходим доступ к источнику воды, поэтому этот способ не нашел распространения. Если загородный дом используется круглый год, то лучше все же вложить деньги в ветрогенератор или солнечные батареи (смотря, что более выгодно), и подстраховаться топливным генератором. Если же дача используется от случаю к случаю, то обойтись можно только генератором, а если электричество на участке все же есть, но просто подают его по графику или с перебоями, то вариант – аккумулятор или бензиновый генератор.

Метки:Электричество

Электричество в США – Управление энергетической информации США (EIA)

Электричество в Соединенных Штатах производится (вырабатывается) с использованием различных источников энергии и технологий

Соединенные Штаты используют множество различных источников энергии и технологий для производства электроэнергии. Источники и технологии со временем изменились, и некоторые из них используются больше, чем другие.

Тремя основными категориями энергии для производства электроэнергии являются ископаемые виды топлива (уголь, природный газ и нефть), ядерная энергия и возобновляемые источники энергии. Большая часть электроэнергии вырабатывается паровыми турбинами с использованием ископаемого топлива, ядерной энергии, биомассы, геотермальной и солнечной тепловой энергии. Другие основные технологии производства электроэнергии включают газовые турбины, гидротурбины, ветряные турбины и солнечные фотоэлектрические элементы.

Нажмите, чтобы увеличить

Ископаемые виды топлива являются крупнейшими источниками энергии для производства электроэнергии

Природный газ был крупнейшим источником — около 38% — производства электроэнергии в США в 2021 году. Природный газ используется в паровых турбинах и газовых турбинах для выработки электричество.

Уголь был вторым по величине источником энергии для производства электроэнергии в США в 2021 году — около 22%. Почти все угольные электростанции используют паровые турбины. Несколько угольных электростанций преобразуют уголь в газ для использования в газовой турбине для выработки электроэнергии.

Нефть была источником менее 1% производства электроэнергии в США в 2021 году. Остаточный мазут и нефтяной кокс используются в паровых турбинах. Дистиллятное или дизельное топливо используется в дизель-генераторах. Остаточный мазут и дистилляты также можно сжигать в газовых турбинах.

Нажмите, чтобы увеличить

Ядерная энергия обеспечивает около одной пятой электроэнергии в США

Ядерная энергия была источником около 19% производства электроэнергии в США в 2021 году. Атомные электростанции используют паровые турбины для производства электроэнергии за счет ядерного деления.

Возобновляемые источники энергии обеспечивают все большую долю электроэнергии в США

Многие возобновляемые источники энергии используются для производства электроэнергии и были источником около 20% от общего объема производства электроэнергии в США в 2021 году.

Нажмите, чтобы увеличить

6,3% от общего объема производства электроэнергии в США и около 31,5% производства электроэнергии за счет возобновляемых источников энергии в 2021 году. ¹ Гидроэлектростанции используют проточную воду для вращения турбины, соединенной с генератором.

Энергия ветра была источником около 9,2% от общего объема производства электроэнергии в США и около 46% производства электроэнергии за счет возобновляемых источников энергии в 2021 году. Ветряные турбины преобразуют энергию ветра в электричество.

Биомасса была источником около 1,3% от общего объема производства электроэнергии в США и около 6,7% производства электроэнергии за счет возобновляемых источников энергии в 2021 году. Биомасса сжигается непосредственно на пароэлектростанциях или может быть преобразована в газ, который можно сжигаются в парогенераторах, газовых турбинах или генераторах двигателей внутреннего сгорания.

Солнечная энергия обеспечила около 2,8% от общего объема электроэнергии в США и около 13,5% производства электроэнергии за счет возобновляемых источников энергии в 2021 году. Фотоэлектрическая (PV) и солнечно-тепловая энергия являются двумя основными типами технологий производства солнечной электроэнергии. Преобразование PV производит электричество непосредственно из солнечного света в фотогальваническом элементе. Большинство солнечно-тепловых энергетических систем используют паровые турбины для выработки электроэнергии.

Геотермальные электростанции произвели около 0,4% от общего объема производства электроэнергии в США и около 2,0% производства электроэнергии за счет возобновляемых источников энергии в 2021 году. Геотермальные электростанции используют паровые турбины для выработки электроэнергии.

¹ Включает традиционные гидроэлектростанции.

Последнее обновление: 15 июля 2022 г., с предварительными данными за 2021 г.

Производство электроэнергии, мощность и продажи в США

• Генерация — мера электроэнергии, произведенной за определенный период времени. Большинство электростанций используют часть электроэнергии, которую они производят, для работы электростанции. Чистая выработка не включает использование электроэнергии для работы электростанций.
• Мощность — максимальный уровень электрической мощности (электроэнергии), который электростанция может отдать в конкретный момент времени при определенных условиях.
• Продажи — количество электроэнергии, проданной потребителям за определенный период времени, и на них приходится большая часть потребления электроэнергии в США.

Вырабатывается больше электроэнергии, чем продается, поскольку часть энергии теряется (в виде тепла) при передаче и распределении электроэнергии. Кроме того, некоторые потребители электроэнергии вырабатывают электроэнергию и используют большую часть или всю ее, а количество, которое они используют, называется 9.0047 прямое использование

. К таким потребителям относятся промышленные/производственные, коммерческие и институциональные объекты, а также домовладельцы, имеющие собственные генераторы электроэнергии. Соединенные Штаты также экспортируют и импортируют некоторое количество электроэнергии в Канаду и Мексику и из них. Общее потребление электроэнергии в США конечными потребителями равно розничным продажам электроэнергии в США плюс прямое потребление электроэнергии.

• Масштаб коммунальных услуг — включает выработку электроэнергии и мощность электростанций общей мощностью не менее 1000 киловатт или 1 мегаватт (МВт) от общей генерирующей мощности.
• Малый масштаб — включает генераторы с генерирующей мощностью менее 1 МВт, которые обычно находятся в месте потребления электроэнергии или рядом с ним. Большинство солнечных фотоэлектрических систем, установленных на крышах зданий, представляют собой небольшие системы.

ты знал

?

• Мегаватт (МВт) = 1000 кВт; мегаватт-час (МВтч) = 1000 кВтч
• Гигаватт (ГВт) = 1000 МВт; гигаватт-час (GWH) = 1000 МВтч

Нажмите, чтобы увеличить

Производство электроэнергии

В 2021 году чистая выработка электроэнергии коммунальными генераторами в США составила около 4 116 миллиардов киловатт-часов (кВтч) (или около 4,12 триллиона кВтч). По оценкам EIA, дополнительные 49,03 млрд кВтч (или около 0,05 трлн кВтч) были выработаны небольшими солнечными фотоэлектрическими (PV) системами.

В 2021 году около 61% выработки электроэнергии в коммунальных сетях США производилось из ископаемого топлива (уголь, природный газ и нефть), около 19% приходилось на ядерную энергию, и около 20% приходилось на возобновляемые источники энергии.

Нажмите, чтобы увеличить

Нажмите, чтобы увеличить

Электрогенерирующие мощности

Для обеспечения бесперебойного снабжения электроэнергией потребителей, операторов электроэнергетической системы или сетей , вызов электростанций для производства и размещения права количество электроэнергии в сети в каждый момент времени для мгновенного удовлетворения и балансировки спроса на электроэнергию.

• Генераторы базовой нагрузки обычно полностью или частично обеспечивают минимальную или базовую потребность (нагрузку) в электроэнергетической сети. Генератор базовой нагрузки работает непрерывно, производя электроэнергию практически с постоянной скоростью в течение большей части дня. Атомные электростанции обычно работают в режиме базовой нагрузки из-за их низкой стоимости топлива и технических ограничений на работу в режиме реагирования на нагрузку. Геотермальные установки и установки, работающие на биомассе, также часто работают с базовой нагрузкой из-за низкой стоимости топлива. Многие из крупных гидросооружений, несколько угольных электростанций и растущее число генераторов, работающих на природном газе, особенно в комбинированных энергетических установках, также обеспечивают электроэнергией базовую нагрузку.
• Генераторы пиковой нагрузки помогают удовлетворить спрос на электроэнергию, когда спрос является самым высоким или пиковым, например, ближе к вечеру или когда потребление электроэнергии для кондиционирования воздуха и отопления увеличивается в жаркую и холодную погоду соответственно. Эти так называемые пиковые установки
  обычно представляют собой генераторы, работающие на природном газе или нефтяном топливе. В целом, эти генераторы относительно неэффективны и дорогостоящи в эксплуатации, но обеспечивают высокую ценность услуг в периоды пикового спроса. В некоторых случаях гидроаккумулирующие гидроэлектростанции и обычные гидроэлектростанции также поддерживают работу сети, обеспечивая электроэнергию в периоды пикового спроса.
• Генераторы промежуточной нагрузки составляют самый крупный генерирующий сектор и обеспечивают работу в зависимости от нагрузки между базовой и пиковой нагрузкой. Профиль спроса меняется со временем, и промежуточные источники в целом технически и экономически подходят для отслеживания изменений нагрузки. Многие источники энергии и технологии используются в промежуточной эксплуатации. Блоки с комбинированным циклом, работающие на природном газе, которые в настоящее время обеспечивают больше выработки, чем любая другая технология, обычно работают как промежуточные источники.

Дополнительные категории электрогенераторов включают:

• Генераторы возобновляемых ресурсов периодического действия , работающие от энергии ветра и солнца, которые вырабатывают электроэнергию только тогда, когда эти ресурсы доступны (т. е. когда ветрено или солнечно). Когда эти генераторы работают, они, как правило, уменьшают количество электроэнергии, требуемой от других генераторов для снабжения электросети.
• Системы/установки для хранения энергии для производства электроэнергии, включая гидроаккумуляторы, солнечные и тепловые аккумуляторы, аккумуляторы, маховики и системы сжатого воздуха. Системы накопления энергии для выработки электроэнергии используют электричество (или какой-либо другой источник энергии, например солнечную тепловую энергию) для зарядки системы накопления энергии или устройства, которое разряжается для подачи (выработки) электроэнергии, когда это необходимо, на желаемых уровнях и качестве. Некоторые энергоаккумуляторы используют электроэнергию, произведенную с использованием прерывистых возобновляемых источников энергии (ветер и солнце), когда доступность возобновляемых ресурсов высока, и используют систему хранения для обеспечения электроэнергией, когда возобновляемые ресурсы энергии низки или недоступны.
  Системы накопления энергии также могут предоставлять вспомогательные услуги электроэнергетической сети. Приложения для хранения энергии по своей природе потребляют больше электроэнергии, чем обеспечивают. Гидроаккумулирующие гидросистемы потребляют больше электроэнергии для перекачки воды в водохранилища, чем они производят с запасенной водой. (Тем не менее, некоторые из них могут производить больше электроэнергии, чем они используют, поскольку естественные осадки увеличивают их емкость для хранения воды по сравнению с количеством, которое предприятие перекачивает в хранилище.) Негидроаккумулирующие системы имеют преобразования энергии и потери при хранении. Поэтому (большинство) хранилищ энергии для выработки электроэнергии имеют чистый отрицательный баланс выработки электроэнергии.
  Валовая выработка обеспечивает лучший показатель уровня активности объектов хранения энергии и предоставляется в выпусках данных Отчета о работе электростанции EIA-923.
• Распределенные генераторы подключены к электросети, но они в основном обеспечивают часть или все потребности в электроэнергии отдельных зданий или сооружений.
  Иногда эти системы могут генерировать больше электроэнергии, чем потребляет объект, и в этом случае избыточная электроэнергия отправляется в сеть. Большинство небольших солнечных фотоэлектрических систем представляют собой распределенные генераторы.

Некоторые типы электростанций могут фактически потреблять больше электроэнергии для работы, чем вырабатывать, и поэтому могут иметь отрицательную чистую выработку на ежемесячной или годовой основе. Например, генераторы пиковой нагрузки могут простаивать в течение относительно длительных периодов времени. Однако им требуется электроэнергия от электростанции, частью которой они являются, и/или от электросети, чтобы быть в рабочем состоянии, когда требуется подача электроэнергии. В течение всего месяца или года их производство электроэнергии может быть меньше, чем мощность, которую они использовали, пока ждали отправки. Работы по техническому обслуживанию или ремонту электростанции также могут отключать генераторы на продолжительные периоды времени и приводить к отрицательной полезной выработке для объекта.

Хранилища энергии для выработки электроэнергии (как правило) потребляют больше электроэнергии, чем вырабатывают, и имеют отрицательную генерацию.

В конце 2021 года в Соединенных Штатах было 1 143 757 МВт, или около 1,14 миллиарда кВт, общей мощности по выработке электроэнергии коммунальными предприятиями и около 32 972 МВт, или почти 0,03 миллиарда кВт, малых солнечных фотоэлектрических мощностей.

Генераторы, работающие в основном на природном газе, составляют наибольшую долю генерирующих мощностей коммунальных предприятий в Соединенных Штатах.

Нажмите, чтобы увеличить

знаете ли вы

?

Существует три категории мощностей по выработке электроэнергии. Паспортная мощность , определяемая изготовителем генератора, представляет собой максимальную выработку электроэнергии генераторной установкой без превышения установленных тепловых пределов.

Чистая мощность летом и чистая мощность зимой — это максимальная мгновенная электрическая нагрузка, которую генератор может поддерживать летом или зимой соответственно. Эти значения могут отличаться из-за сезонных колебаний температуры охлаждающей жидкости генератора (воды или окружающего воздуха). EIA сообщает о мощности по выработке электроэнергии как о чистой летней мощности в большинстве своих отчетов по данным по электроэнергии.

Нажмите, чтобы увеличить

Нажмите, чтобы увеличить

Источники энергии для производства электроэнергии в США

Состав источников энергии для производства электроэнергии в США со временем изменился, особенно в последние годы. Природный газ и возобновляемые источники энергии составляют растущую долю производства электроэнергии в США, в то время как производство электроэнергии за счет сжигания угля сократилось. В 1990 году на долю угольных электростанций приходилось около 42% от общей мощности электроэнергетики в США и около 52% от общего объема производства электроэнергии. К концу 2021 года доля угля в мощностях по выработке электроэнергии составляла 18%, а на уголь приходилось около 22% от общего объема выработки электроэнергии в коммунальных масштабах. За тот же период доля электрогенерирующих мощностей, работающих на природном газе, увеличилась с 17% в 19с 90 до 43 % в 2021 г., а ее доля в выработке электроэнергии увеличилась более чем в три раза с 12 % в 1990 г. до 38 % в 2021 г.

Большинство атомных и гидроэлектростанций США были построены до 1990 г. оставался стабильным на уровне около 20% с 1990 года. Производство электроэнергии за счет гидроэнергетики, исторически являвшейся крупнейшим источником общего годового производства электроэнергии из возобновляемых источников в коммунальном масштабе (до 2019 года), колеблется из года в год из-за характера осадков.

Общее производство электроэнергии в США за счет возобновляемых источников энергии, не связанных с гидроэнергетикой, увеличивается

Производство возобновляемой электроэнергии из источников, отличных от гидроэлектроэнергии, в последние годы неуклонно растет, в основном из-за увеличения ветряных и солнечных генерирующих мощностей. С 2014 года общий годовой объем производства электроэнергии из возобновляемых источников коммунального масштаба, не связанных с гидроэнергетикой, превышает общий объем годового производства электроэнергии на гидроэлектростанциях.

Доля энергии ветра в общих мощностях по выработке электроэнергии в США выросла с 0,2% в 1990 до примерно 12 % в 2021 г., а его доля в общем годовом производстве электроэнергии коммунальными предприятиями выросла с менее чем 1 % в 1990 г. до примерно 9 % в 2021 г.

генерация, мощность производства солнечной электроэнергии и генерация значительно выросли за последние годы. Мощности по производству солнечной электроэнергии для коммунальных предприятий выросли с примерно 314 МВт, или 314 000 кВт, в 1990 г. до примерно 61 014 МВт (или примерно 61 млн кВт) в конце 2021 г., из которых около 98% составляли солнечные фотоэлектрические системы и 2% — солнечные теплоэлектрические системы. Доля солнечной энергии в общем объеме производства электроэнергии в США в 2021 году составила около 2,8% по сравнению с менее чем 0,1% в 1990 году. мощности, а выработка электроэнергии от малых фотоэлектрических установок составила около 49 млрд кВтч.

ты знал

?

За последние несколько лет в Соединенных Штатах значительно выросло количество небольших солнечных фотоэлектрических (PV) систем, например, установленных на крышах зданий. Оценки маломасштабной солнечной фотоэлектрической мощности и производства по штатам и секторам включены в Электроэнергия Ежемесячно . По состоянию на конец 2021 года почти 37% от общего объема малых мощностей по выработке электроэнергии на солнечной энергии в США приходилось на Калифорнию.

Различные факторы влияют на сочетание источников энергии для производства электроэнергии

• Совокупный эффект нескольких лет низких цен на природный газ и преимущества новых технологий использования природного газа, особенно высокоэффективных генераторов комбинированного цикла
• Общее снижение затрат на развертывание ветряных и солнечных генераторов
• Государственные требования по использованию большего количества возобновляемых источников энергии
• Наличие государственных и других финансовых стимулов для строительства новых возобновляемых мощностей
• Федеральные нормы выбросов загрязняющих веществ в атмосферу для электростанций
• Замедление роста спроса на электроэнергию

Общее снижение цен на природный газ для производителей электроэнергии стало основным фактором роста производства электроэнергии с использованием природного газа и снижения производства электроэнергии с использованием угля с 2008 года. Когда цены на природный газ относительно низки, высокоэффективные генераторы комбинированного цикла, работающие на природном газе, могут поставлять электроэнергию по более низкой цене, чем генераторы, работающие на угле. В этом случае электростанции, работающие на угле, работают реже и получают меньший доход, что снижает их рентабельность и снижает стимулы к инвестированию в новые генерирующие мощности, работающие на угле. Устойчиво низкие цены на природный газ стимулируют развитие новых мощностей, работающих на природном газе. В отличие от генераторов, работающих на угле, генераторы, работающие на природном газе:

• Может добавляться небольшими порциями для удовлетворения требований к генерирующей мощности сети
• Может быстрее реагировать на изменения почасовой потребности в электроэнергии
• Обычно имеют более низкие затраты на соблюдение природоохранного законодательства

Розничные продажи электроэнергии

Розничные продажи электроэнергии в США конечным потребителям в 2021 г. составили около 3 795 млрд кВтч, или около 3,8 трлн кВтч, что на 77 млрд кВтч больше, чем в 2020 г. Розничные продажи включают чистый импорт (импорт минус экспорт). ) электроэнергии из Канады и Мексики.

Нажмите, чтобы увеличить

Кто продает электроэнергию?

Существует две основные категории поставщиков электроэнергии: поставщики полного спектра услуг , которые продают комплексные услуги по электроэнергии — электроэнергию и доставку конечным пользователям, и другие поставщики .

Поставщики полного спектра услуг могут производить электроэнергию на электростанциях, которыми они владеют, и продавать электроэнергию своим клиентам, а также частично поставщикам других типов. Они, в свою очередь, могут покупать электроэнергию у других поставщиков полного спектра услуг или у независимых производителей электроэнергии, которую они продают своим клиентам. Существует четыре основных типа поставщиков полного спектра услуг:

• Коммунальные предприятия, принадлежащие инвесторам , — это электрические коммунальные предприятия, акции которых обращаются на бирже.