Як розподілена генерація у багатоквартирних будинках допоможе пережити зиму?

Росія планомірно продовжує продовжує руйнувати енергетичну інфраструктуру України. Попри те, що  після сильної спеки і планових ремонтів блоків АЕС, енергетики прогнозували відносно стабільне електропостачання для українців протягом  середини серпня – початку листопада 2024 року, нові російські удари ракетами та дронами спричинили чергові масові відключення. Сподіватися на стабільне енергопостачання протягом холодної пори року, на жаль,  немає жодних підстав.

Наразі відомо, що країна-терорист знищила понад 800 українських енергетичних обʼєктів, через це держава втратила 8 ГВт енергогенерації (це – приблизно половина від мінімальної потреби для забезпечення попиту взимку), а відновлення цих обʼєктів коштуватиме Україні близько мільярда доларів. На відновлення потрібно кілька років, до того ж, далеко не всі об’єкти централізованої генерації, яка була побудована в радянські часи і морально та матеріально застаріла, варто відновлювати. Натомість частину втрачених виробничих потужностей можна замінити децентралізованою генерацією. 

«Єдиний сталий шлях убезпечення енергосистеми від такого масованого ракетного терору полягає в децентралізації генеруючих потужностей. Тобто замість 15 чи 20 великих електростанцій, необхідно побудувати сотні маленьких, від 5 до 30 МВт потужності», — заявив  голова правління «Укренерго» Володимир Кудрицький. Більше того, це можуть бути навіть установки значно меншої потужності, розміщені безпосередньо біля споживачів. У тому числі - у багатоквартирних будинках.

Розглянемо розподілену генерацію у багатоквартирних будинках

Електрична енергія у багатоквартирних будинках необхідна для:

• для електрозабезпечення електроприладів власників квартир та нежитлових приміщень;
• для електрозабезпечення спільних побутових потреб та роботи інженерного обладнання багатоквартирного будинку.

Для власників квартир (з газовими плитами, електричними  плитами, з бойлерами) та офісів розроблено досить багато поряд, як забезпечити резервне живлення залежно від потреби, тому у даній публікації мова піде, насамперед, про забезпечення спільних потреб багатоквартирного будинку. 

Яке ж спільне майно потребує електричної енергії (у порядку пріоритетності)?

• циркуляційні насоси та автоматика теплових пунктів та дахових котелень, перерви в електропостачанні яких призводять також до відключення опалення навіть за умови, що працюють зовнішні мережі опалення та газопостачання;

• підвищувальні насоси водопостачання (для висотних будівель);

• освітлення місць загального користування - сходових маршів, комор, колясочних, горища та підвальних приміщень;

• робота ліфтів;

• системи протипожежної сигналізації, пожежогасіння та димовидалення, 

• робота домофонів, телекомунікаційних систем та системи відеоспостереження.

• пункти обігріву (на випадок тривалих перерв в електропостачанні).

Які можуть бути системи резервного живлення у багатоквартирних будинках?

Очевидно, найпопулярнішим і найбільш відомим способом забезпечення енергоживлення в багатоквартирному будинку є генератор. Розглянемо детально їх переваги, недоліки, важливі аспекти безпечної експлуатації та можливість використання «в мирний час».

Паливні генератори (дизель, бензин) 

Переваги: 

Надійне енергопостачання для всіх періодів, яке обмежується лише запасом палива та надійністю роботи генератора. 

Недоліки:

• Висока вартість електроенергії від таких генераторів в порівнянні з електроенергією з мережі;

• Необхідність зберігати значний запас палива та забезпечити безпеку експлуатації;

• Необхідність проведення регламентних робіт з сервісного обслуговування;

• Шум від роботи; 

• Локальні викиди забруднюючих речовин.

Що необхідно врахувати: 

• Бажано використовувати інверторні генератори з «чистою синусоїдою», особливо для чутливих при ладів та насосного обладнання; 

• Забезпечити підключення в розрив з електромережею через трьохпозиційний вимикач для виключення можливості подачі мережевої напруги на генератор і вихід його з ладу; 

• Коли шум є критичним – віддавати перевагу генераторам «в кожусі»; 

• Для підвищення зручності користування  вибирати моделі з автоматичним запуском в разі зникнення напруги; 

• Вибирати генератор з номінальною потужністю на 30-50% більшою ніж середня потужність ваших споживачів (найбільш економічний режим роботи генераторів); 

• Встановити частотні перетворювачі на потужні насоси, що дозволить використовувати менш потужний, а отже і дешевший генератор, а також економити електроенергію за рахунок підбору оптимальної продуктивності насосу;

• Для підвищення надійності енергопостачання та здешевшання вартості електроенергії можна використовувати двохпаливні генератори (наприклад газ-бензин).

Що заборонено робити: 

• Використовувати генератори в закритих приміщеннях без відведення димових газів;
• Зберігати паливо в погано вентильованих приміщеннях (і це приміщення має бути поза межами будинку);
• Заправляти генератор під час роботи і в гарячому стані. 

Як використовувати в мирний час:

На жаль в мирний час, коли енергосистема працює надійно генератори використовувати недоцільно через високу вартість електроенергії від них, викиди та шум.

Разом із тим, із збільшенням перерв в енергопостачанні з мережі, все більшої популярності набувають різноманітні системи накопичення.

Системи з акумуляторами (зарядні станції, інвертори+акумулятори, сонячні гібридні інвертори + акумулятори) 

Переваги:

• Набагато безпечніша (порівняно з  паливним генераторами) експлуатація; 
• Відсутність шуму (може бути невеликий шум від вентилятора системи охолодження); 
• Відсутність рухомих частин і відповідно більш надій на експлуатація; 
• Для більшості випадків не потрібне окреме приміщення; 
• Можливість використання в подальшому для підключення сонячних панелей;
• Дешевша в порівнянні з паливними генераторами електроенергія (на рівні вартості енергії з мережі); 

• Можливість заряджатися від паливних генераторів, забезпечуючи їх номінальну потужність, можливість використовувати 1 паливний генератор на декілька будинків. 

  Недоліки: 

• Потребує джерела заряджання і не може автономно працювати за умов відсутності енергопостачання протягом тривалого часу; 
• Обмежена кількість циклів заряджання-розряджання, але для акумуляторів літієвої групи, особливо LiPeFo4 – це більше 2000 циклів і не є критичним; 

• Порівняно (з генераторами) великі капіталовкладення. 

  Що необхідно врахувати: 

• Бажано використовувати інвертори з «чистою синусоїдою», особливо для чутливих приладів та на сосного обладнання; 

• Забезпечити підключення в розрив з електромережею через двохпозиційний вимикач для виключення можливості подачі мережевої напруги на інвертор і вихід його з ладу; 

• Для підключення батарей використовувати кабелі достатнього перерізу; 

• За умови необхідності запуску від інверторів насосів без частотних перетворювачів  – передбачати 2-3 кратний запас по потужності на «пускові струми»; 

• За можливості використання пристроїв з таймерами заряджання для включення заряджання в періоди, коли мережа не перевантажена іншими пристроями; 

• Підключення до інвертора лише критичних споживачів (без електроопалювальних приладів, електроплит, пральних машин, тощо, які через значну потужність дуже швидко розряджатимуть акумулятори); 

• Можливість нарощування ємності акумуляторів; 

• Використовуйте системи на базі LiFePo4 акумуляторів, що безпечніші, довговічніші за свинцеві та можуть швидко заряджатися (це критично за умови частих відключень в електропостачанні); 

Що заборонено робити: 

• Підключати генератори в мережу через систему «вилка -вилка» так як це є причиною вражень електричним струмом, аварій, загорянь і виходу з ладу обладнання; 

• Використання систем резервування зі свинцевими акумуляторами в закритих погано вентильованих приміщеннях. 

  Як використовувати в мирний час: 

• Підключення до системи сонячних панелей та використання для зменшення споживання з мережі;
• Використання для заряджання в нічний період по дешевому тарифу і використання вдень, коли тариф більший. Це також дозволяє балансувати енергосистему та підключати більш потужні прилади без збільшення підключеного навантаження; 

Сонячні електростанції  поступово почали з'являтися на дахах багатоповерхівок. Розглянемо їх більш предметно.

Гібридні сонячні електостанції

Переваги: 

• Набагато безпечніша (порівняно з паливним генераторами) експлуатація; 

• Відсутність шуму (може бути невеликий шум від вентилятора системи охолодження); 

• Відсутність рухомих частин і відповідно більш надій на експлуатація; 

• Суттєве зменшення споживання в літній період; 

• Дешевша в порівнянні з паливними генерато рами електроенергія (на рівні вартості енергії з мережі); 

• В сонячні дні значно збільшується тривалість резервування – можна працювати без зовнішнього джерела;

• Є потенціал щодо продажу надлишків генерації в зовнішню мережу. 

Недоліки:

• Не може забезпечити повне резервування в зимовий період; 

• Порівняно великі капіталовкладення; 

• Необхідно знайти місце під розміщення сонячних панелей.

Що необхідно врахувати: 

• Використовувати лише гібридні інвертори, що можуть працювати від сонця, батарей чи електромережі, основне, -  працюватимуть під час відключення зовнішньої електромережі. Більш дешеві мережеві інвертори після відключення електропостачання просто вимкнуться, навіть якщо сонця буде достатньо.

• Забезпечити підключення в розрив з електромережею через двохпозиційний вимикач (схема в додат ку) для виключення можливості подачі мережевої напруги на інвертор і вихід його з ладу; 

• Вибирати потужність інвертора і батареї на 50-100% більшою, ніж середня потужність ваших споживачів (для забезпечення робочого струму в найбільш ефективних діапазонах); 

• Для підключення батарей використовувати кабелі достатнього перерізу;

• За умови необхідності запуску від інверторів насосів без частотних перетворювачів – передбачати 2-3 кратний запас по потужності на «пускові струми»; 

• За можливості використання пристроїв з таймерами заряджання для включення заряджання в періоди, коли мережа не перевантажена іншими пристроями (програмується в гібридному інверторі); 

• Підключення до інвертора лише критичних споживачів (без електроопалювальних приладів, електроплит, пральних машин, тощо, які через значну потужність дуже швидко розряджатимуть акумулятори); 

• Можливість нарощування ємності акумуляторів;

• Використовуйте системи на базі LiFePo4 акумуляторів, що безпечніші, довговічніші за свинцеві та можуть швидко заряджатися (це критично за умови частих відключень в електропостачанні). 

Що заборонено робити: 

• Підключати обладнання в мережу через систему «вилка вилка», так як це є причиною аварій, заго рянь і виходу з ладу обладнання; 

• Використання систем резервування зі свинцевими акумуляторами в закритих погано вентильованих приміщеннях.

Як використовувати в мирний час: 

• Використання для зменшення споживання з мережі;

• Використання для заряджання в нічний період за дешевим тарифом і використання вдень, коли тариф більший. Це також дозволяє балансувати енергосистему та підключати більш потужні прилади без збільшення підключеного навантаження;

• Продаж в мережу надлишків електроенергії або зарахування по компенсаційним механізмам (нетбілінг/нетмітерінг).

Використання сонячних електростанцій та їх елементів на потреби багатоквартирних житлових будинків лише набирає популярності. Станом на сьогодні велика кількість проєктів знаходиться в процесі реалізації. Це пов’язано з тим, що лише з 2023 року збільшилася вартість електроенергії та з’явилися відносно дієві програми підтримки. Це дозволило знизити період окупності таких проєктів до прийнятного рівня. До того ж, суттєво зросла загроза щодо тривалих відключень електропостачання і гібридні сонячні системи – є тим засобом, що дозволить набагато ефективніше порівняно з  паливними генераторами, забезпечувати електропостачання і в зимовий період, коли сонячної інсоляції недостатньо.

Нижче наведені приклади ОСББ, що вже впровадили системи резервного живлення та планують додаткові заходи. Дані приклади демонструють найбільш типові проблеми та підходи до їх вирішення у різних типах багатоквартирних будинків.

ОСББ «Мотор» м. Київ.

Коротка характеристика будинку:

5 поверхова «хрущовка» зі скатним дахом, без ліфтів. 

Основні загальнобудинкові споживачі електроенергії:

• насоси та автоматика теплового пункту на опалення та гаряче водопостачання;

• офісне приміщення ОСББ – він же «пункт незламності»;

• освітлення під’їзду та контроль доступу (домофони);

Що виконано на даний момент:

• встановлений гібридний інвертор потужністю 5 кВт;

• акумуляторна батарея на 4,8 кВт-год;

• розроблений проєкт дооснащення сонячними панелями на 5 кВт на південному фасаді будинку (Інсоляція на даху з огляду на розміщення є нижчою ніж на фасаді).

Що забезпечує система:

• до 4 годин роботи основного обладнання після відключення електропостачання;

• є можливість мешканцям підключитися до інтернету в офісі, зарядити свої пристрої.

Літні

Наступні кроки:

• Встановлення та підключення сонячних панелей потужністю 5 кВт;

• Встановлення електропідігрівача (або теплового насосу) для компенсації частини тепловтрат в системі циркуляції гарячого водопостачання та зниження витрат на функціонування системи гарячого водопостачання.

ОСББ «ПЕРЛИНА ПАВЛОГРАДА» м. Павлоград.

Коротка характеристика будинку:

9 поверхова будівля з пласким дахом, наявні ліфти. 

Основні загальнобудинкові споживачі електроенергії:

• офісне приміщення ОСББ – в квартирі голови правління;

• освітлення під’їзду та контроль доступу (домофони);

(перспектива – встановлення ІТП та живлення насосів).

Що виконано на даний момент:

• встановлений гібридний інвертор потужністю 5 кВт;

• акумуляторна батарея на 2,4 кВт-год;

• встановлені сонячні панелі на 5 кВт.

Що забезпечує система:

• до 8 годин роботи основного обладнання після відключення електропостачання;

• є можливість мешканцям підключитися до інтернету в офісі, зарядити свої пристрої;

• в літній період – до 2 разів зменшення споживання з мережі на загальнобудинкові потреби.

Наступні кроки:

• Збільшення ємності акумуляторів.

ОСББ «Порядок Шептицького,12» м. Київ.

Коротка характеристика будинку:

16 поверхова будівля з пласким дахом, наявні ліфти. 

Основні загальнобудинкові споживачі електроенергії:

• насосна станція водопостачання;

• Насоси та автоматика індивідуальний тепловий пункт на опалення та гаряче водопостачання;

• освітлення під’їзду та контроль доступу (домофони);

• ліфти

Що виконано на даний момент:

• встановлений гібридний інвертор потужністю 24 кВт (2 х 12 кВт);

• акумуляторна батарея на 31+15,3 кВт-год;

• встановлені сонячні панелі на 15+30 кВт.

Що забезпечує система:

• до 4 годин роботи основного обладнання після відключення електропостачання;

• є можливість мешканцям підключитися до інтернету в офісі, зарядити свої пристрої;

• в літній період – практично повне заміщення споживання з мережі на загальнобудинкові потреби + збільшується період роботи без електропостачання.

Наступні кроки:

• Впровадження нетбілінгу та продажу надлишків електроенергії в мережу;

• Встановлення теплового насосу для потреб гарячого водопостачання.

Додаткова інформація:

https://www.facebook.com/tviydimtv/videos/863087985537053/

ОСББ «Художник» м. Київ.

Коротка характеристика будинку:

16 поверхова будівля з плоским дахом, наявні ліфти.

Основні загальнобудинкові споживачі електроенергії:

• насосна станція водопостачання;

• Насоси та автоматика індивідуальний тепловий пункт на опалення та гаряче водопостачання;

• освітлення під’їзду та контроль доступу (домофони);

• ліфти

Що виконано на даний момент:

• встановлений гібридний інвертор потужністю 30 кВт (3 однофазних інвертори по 10 кВт об’єднані в трьохфазну мережу);

• акумуляторна батарея на 38,5 кВт-год;

• встановлені сонячні панелі на 31 кВт.

Що забезпечує система:

• до 1,5 доби роботи на найбільш критичні потреби (аварійне освітлення та тепловий пункт) після відключення електропостачання;

• є можливість мешканцям підключитися до інтернету в офісі, зарядити свої пристрої;

• в літній період – споживання з мережі  на загальнобудинкові потреби зменшується до нуля (без врахування ліфтів);

• можливість ручного включення ліфтів в екстрених ситуаціях.

Наступні кроки:

• Впровадження нетбілінгу та продажу надлишків електроенергії в мережу;

• Підключення ліфтів в автоматичному режимі.

Додаткова інформація: https://www.youtube.com/watch?v=GO_VjV5gb_k 

Як бачимо, системи на базі гібридних інверторів та LiFePo4 батарей показали свою надійність та ефективність під час відключень електропостачання. Більше того, у літній період в багатьох ОСББ підключення ліфтів за рахунок резервного живлення, а також – накопичували електроенергію. 

Якщо не буде електроенергії в мережі. Моделювання

Розглянемо, як забезпечити багатоквартирні будинки резервним живленням за різних сценаріїв відсутності енергопостачання. Громадянська мережа ОПОРА за підтримки Фонду Гайнріха Бьолля на основі аналізу понад двадцяти реальних об»єктів розробила рекомендації щодо технічних рішень, які варто застосовувати в різних типах багатоквартирних будинків.

Мінімальний варіант – за умови відсутності електропостачання 2-3 год, забезпечує базові потреби для функціонування будинку

Середній варіант – за умови відключень електропостачання, що тривають не більше 4 годин практично не відчувати дискомфорту, а за більш тривалих відключень – використовувати паливні генератори.

Оптимальний варіант – дозволятиме забезпечувати порівняно комфортні умови функціонування будівель навіть за тривалості відключень більше за 12 годин.

Варто зазначити, що рішення, які базуються на гібридних інверторах та системах акумулювання, зможуть використовуватися не лише в періоди блекаутів, а й після стабілізації централізованого електропостачання, на відміну від рішень на базі лише дизель-генераторів.

Виходячи з цього, можна сформулювати наступні рекомендації:

1. З огляду на забезпечення резервування, першочерговим кроком має бути встановлення гібридного інвертора та акумулятора. Це дозволить забезпечити безперебійність енергопостачання місць загального користування та визначитися з необхідною потужністю сонячних панелей, зважаючи на фактичні потреби.

2. Під час вибору обладнання важливо підбирати інвертори та акумулятори, які дозволяють подальше нарощування потужності (можливість паралельної роботи). Це дозволить поступово збільшувати потужність та підключати до станції додаткових споживачів. 

3. З огляду на недостатньо врегульовану правову базу для споживачів ОСББ та низьку вартість електричної енергії на ринку електроенергії «на добу вперед» в період максимальної сонячної генерації, за якою відбувається викуп надлишків, рекомендовано максимально використовувати електроенергію на власні потреби будинку.  Економічно доцільно використовувати потенціал накопичувачів для видачі енергії в мережу електроенергії в години пік (в літній період). Але це потребує додаткового  правового врегулювання.

4. Одним з найбільших потенціалів щодо дешевого акумулювання надлишків електроенергії в будинку є система гарячого водопостачання. За наявності акумулюючих ємностей достатнього об’єму це дозволить максимально ефективно і дешево (порівняно з акумуляторними батареями) використовувати надлишки електрогенерації в межах будинку.

5. Для широкого впровадження сонячних систем у багатоквартирних будинках важливо розробити типові рішення щодо підбору та підключення сонячних станцій, зокрема:

• схем підключення до мереж будинку;

• підключення окремих споживачів, зокрема ліфтів, насосів;

• схем інтеграції сонячних систем з системою гарячого водопостачання, зокрема з тепловими насосами.

Громадська організація «Київський міський осередок Всеукраїнської громадської організації «Громадянська мережа ОПОРА» створила цей матеріал як учасник Мережі “Вікно Відновлення України”. Все про відновлення постраждалих регіонів України дізнавайтеся на єдиній платформі recovery.win