![](https://habrastorage.org/files/e51/b28/8cd/e51b288cdb274672954ad3de956b96ef.jpeg)
Монтаж ветрогенератора
![](https://habrastorage.org/files/fe4/79c/92a/fe479c92a36245d1972261e5d2f96cc7.jpeg)
Ветрогенератор, контейнер с батареями, геозонд и базовая станция в Самаре
Примерно 3 года назад мы начали эксперимент по обеспечению базовых станций энергией из источников на месте. Уже через полгода стало понятно, что геозонд для базовых станций — очень полезная вещь в средней полосе, солнечные батареи зеленоградского завода замечательно себя показывают, но главная проблема — не в получении энергии, а в её преобразованиях и накоплении.
Расскажу про сломанные ветряки и то, что мы поняли за три года, и уникальный геозонд для охлаждения стойки с оборудованием связи.
Эксперимент
Тестовые базовые станции располагаются в Самаре и Мурманске. В Самаре базовая станция работает от альтернативной энергии и подстраховывается обычным промышленным вводом от «города». В случае прекращения питания от нашей установки базовая станция переключается на городскую сеть и продолжает работу. Второй объект на побережье Баренцева моря сразу делался автономным, городской сети там не было. На случай прекращения питания была установлена ДГУ с суточным запасом топлива и контроллер, позволяющий запускать её удалённо.
В Самаре также мы пробурились на 25 метров вниз и поставили геозонд, позволяющий получать хорошую разницу температур с поверхностью.
По итогам трёх лет можно сказать, что работает всё достаточно стабильно, но, чтобы выйти на эту стабильность, потребовалось много-много граблей, опыта и доработок. Сразу скажу про окупаемость — в Самаре система выходит в плюс через пять лет в сравнении с работой от ДГУ, в Мурманске куда быстрее — за 3 года.
Оборудование
Напомню, мы поставили на объектах датчики и собирали данные, плюс пользовались статистикой. Полученные результаты немного разошлись с последующей практикой, но некритично. Получилось вот что: в Самаре среднесуточное потребление 19,2 кВт*ч, среднегодовая скорость ветра 5,2 м/с, приход солнечной радиации 4,5 кВт*ч на квадратный метр в день. В Мурманке среднесуточное потребление 26,4 кВт*ч, среднегодовая скорость ветра 6,5 м/с, приход солнечной радиации 3 кВт*ч на квадратный метр в день.
![](https://habrastorage.org/files/a71/b08/cb8/a71b08cb8bf24b2481766c75876cc5c2.png)
В Самаре мы установили ветрогенератор на 4 кВт и 6 солнечных панелей по 200 Вт. Базовая станция была на холме, ветра по региону в среднем неплохие. Первая проблема была с израильским ветряком, который, видимо, был рассчитан на особый израильский ветер. В общем, он был очень умным и функциональным, но не выдавал заявленные характеристики. Зато голландский ветряк был прост и надёжен как автомат Калашникова (и с примерно сопоставимым количеством автоматики, «флюгер» с пассивной системой ориентации на ветер), зато выдавал ровно то, что обещано. Всё время, пока одну из лопастей буквально недавно не вырвало нетипичным для региона почти ураганом. Такие же ветряки используют в Африке, и там-то они себя отлично зарекомендовали даже в условиях массы абразивов в воздухе.
![](https://habrastorage.org/files/96f/3c2/db1/96f3c2db10d5495eaad2d8984bf3baab.jpeg)
В Самаре горизонтально-осевой ветродвигатель, расчетная скорость ветра – 12 м/с, номинальная мощность – 4 кВт, диаметр ротора – 4,2 м, рабочий диапазон до 55 м/с, КПД 43%, среднесуточная выработка до 12,5 кВт*ч.
![](https://habrastorage.org/files/a3d/8f8/3df/a3d8f83df69e4d4790c4dbaa9fc2429d.jpeg)
Равнина, мы на возвышении
В Мурманске тоже горизонтально-осевой ветродвигатель, расчётная 12 м/с, номинал 4 кВт, диаметр ротора больше – 5 м, рабочий диапазон скоростей до 60 м/с, КПД 45%, среднесуточная выработка целых 38,6 кВт*ч.
![](https://habrastorage.org/files/b8f/955/a95/b8f955a957c34edd9286271578c04903.jpeg)
Побережье моря в Мурманске, место монтажа
В Мурманске ветер, в Самаре — солнце. Ветряк начинает давать достаточный ток только тогда, когда ветер сильный. Там почти кубическая зависимость от скорости ветра, поэтому реально хорош он только в пасмурные дни, когда солнца нет, а ветер ого-го какой. Но без этого никак — в такие дни иначе не подзарядишься.
![](https://habrastorage.org/files/c31/901/2f5/c319012f53cb4e9d9d648f9ca4d783a4.png)
Сама базовая станция потребляет около 500 Вт, в среднем столько же забирает система охлаждения. Внизу, на глубине примерно между 30 и 50 метрами, тепло и прельстиво: там вне зависимости от времени года держится температура от +4 до +8. Если копать на километр, можно встретить и совсем горячие места, но такие геозонды делают для ЦОДов в Исландии, например. У нас же система обратная — мы опускаем воду вниз, дожидаемся, пока она станет примерно +10, потом поднимаем вверх охлаждать оборудование. Вместо 500 Вт на кондиционер мы получили 15 Вт на насос. Мощность охлаждения – 2600 Вт, потребление электроэнергии – 35 Вт (вместе с дополнительными системами), скважина 25 метров.
![](https://habrastorage.org/files/9f6/40f/1ea/9f640f1ea0ef488aa07e39091a6217f0.jpeg)
Вода от геозонда
В Мурманке с геозондом не воткнуться — грунт каменистый, и в серию такое решение точно не войдёт. Даже в Самаре у нас два бура застряло, пока всё сделали. В Мурманске такой хороший ветер на побережье, что погнуло мачту одного из тестовых ветрогенераторов ещё в самом начале проекта.
![](https://habrastorage.org/files/611/a9e/07c/611a9e07c7f547d0bc3b559103b8e9cf.jpeg)
Зато много хороших опор для мачты генератора
![](https://habrastorage.org/files/7d5/ea0/3c1/7d5ea03c161846628ac335c8bb6ba221.jpeg)
Вот крепление
![](https://habrastorage.org/files/c4e/6dc/f91/c4e6dcf912dd405fbcacce1f01133602.png)
Оптимизация системы
Во-первых, оборудование базовой станции потребляет 48 В. На первой стадии мы врезались до ввода в контейнер базовой станции. Получилось так: мы отдаём постоянный ток, его надо преобразовать на 220 для стандартного интерфейса ввода БС (рассчитанного на городскую сеть), а затем снова получить 48 для питания оборудования. Лезть в типовую конфигурацию базовой станции всё-таки пришлось — на этих лишних преобразованиях мы сэкономили примерно 9%. Правда, 220В на БС всё равно нужно — это оборудование мониторинга и другие вспомогательные вещи, но они потребляют мало. Чтобы так работать, нужно монтировать оборудование в одном контейнере (термобоксе) с самой БС — изначально конкретно на той БС наш контейнер был отдельным.
Во-вторых, нужно было сбрасывать излишки энергии в определённых обстоятельствах. Мы смонтировали небольшие ТЭНы снаружи контейнера, чтобы греть окружающий воздух в случае, когда не нужно перезаряжать батарею.
![](https://habrastorage.org/files/013/ef5/249/013ef524900d4a08bca97b9fab871596.jpeg)
Мурманск, доставка оборудования, видно контейнер БС
В-третьих, оказалось, что нужен ещё один ТЭН внутри контейнера. Дело в том, что однажды температура внутри опустилась до +5. Телеком-стойке хорошо, а вот батареям (нашей и ИБП БС) — не очень. Но это лучше, чем нагрев до +35, когда аккумуляторы стареют на глазах, и с каждым новым градусом прямо плывёт срок службы. Так вот, тратить энергию на нагрев термобокса эффективнее, чем терять ёмкость из-за холода.
![](https://habrastorage.org/files/7d5/49e/7e7/7d549e7e74cf4329aa62675001503bb6.jpeg)
Щит автоматики, контроллер солнечных панелей и инвертор
В-четвёртых, мы поставили первые солнечные батареи из расчёта «сколько влезет на контейнер». Сейчас в серийные проекты войдёт не 6, а 12 штук — они не очень дорогие, а профит очень и очень хороший от такого удвоения. Кстати, сами батареи из Зеленограда показали себя отлично — нареканий к ним нет с первого дня, ток на выходе стабильный и не падает уже 3 года.
![](https://habrastorage.org/files/ddf/0d7/adb/ddf0d7adb6114aac9bf0a9851b15e1ff.jpeg)
Опытный монтаж
В-пятых, очень важной оказалась работа с контроллером заряда. Более сложный алгоритм вычисления оптимального тока заряда и оптимального использования энергии с ветряка и батарей в разных режимах позволил чётко находить оптимальную точку по кривой характеристики заряда. Мы постоянно корректировали его на основе собираемых данных, и теперь у нас есть очень хорошая эвристика, которая применима в любом регионе кроме крайнего севера (но там дело месяца-двух получить нужные данные).
![](https://habrastorage.org/files/50e/ca8/c3c/50eca8c3c36b44d6a86eccff8f17ecce.jpeg)
Ответвительная коробка расключения параллельной балластной нагрузки
В-пятых, наше узкое место — аккумуляторная батарея. Она самая дорогая, в частности, потому то требует регулярной замены раз в несколько лет. Первая солевая батарея повышенной ёмкости с солевым расплавом внутри была идеальной, но фантастически дорогой. В серию войдут обычные свинцовые элементы. И здесь есть ещё важный момент — на БС и так стоят батареи, это блоки ИБП, которых хватает на несколько часов вещания станции. Наша АКБ на 800 ампер-часов, имеющийся на БС массив — 500 ампер-часов. На одной из БС оператор предложил объединить наши АКБ и их, чтобы получить массив большей ёмкости. Так обычно с разными типами батарей не делают (это снижает срок эксплуатации), но и оператору, и нам было важно получить экспериментальные данные от увеличения ёмкости. Соединили. В серию будем вводить такие батареи, чтобы аккумуляторный банк был общим. После выпрямителей стоят наши контроллеры — они делают отбор мощности на наши аккумуляторы и аккумуляторы БС. Это также дало оптимизацию в том случае, если всё-таки из-за непогоды пришлось заводить ДГУ.
![](https://habrastorage.org/files/251/b45/499/251b45499bee4c73bd2a81c2e9e3a2d2.jpeg)
Щит оператора связи
В-шестых, мы сразу сделали хороший мониторинг. Он потребовал незначительных доработок, что было важно — поставить новый контактор управления ДГУ, чтобы переводить дизель в ручной режим, запускать и останавливать. Поначалу часто приходилось менять пороги запуска дизеля при низком напряжении аккумулятора, потом, опять же, набрали нужный опыт. В итоге датчики стоят на всех источниках и потребителях, мы видим, сколько идёт с солнечных батарей, какая выработка с ветрогенератора, напряжение на всех участках цепи, потребление. Стоят погодные датчики (температура-ветер), две камеры для наружного и внутреннего наблюдения (удобно смотреть на стойку через камеру).
![](https://habrastorage.org/files/80f/f8b/f69/80ff8bf69c374358ad6a76678e5b9261.jpeg)
Тот же щит оператора связи
В-седьмых, в Мурманске вместо геозонда был система фрикулинга. С ней возникла сложность. Проблема в том, что клапан для горячего воздуха был в стене контейнера на противоположной стороне от холодного забора. Так вот, при сильных ветрах этот клапан (выглядящий как шторка) просто выгибало и открывало в обратную сторону. Не было у иностранцев такого опыта. А наш отечественный производитель пообещал уже другой хитрый клапан, который так себя вести не будет, сейчас как раз монтируем.
![](https://habrastorage.org/files/988/6a8/3ed/9886a83ed77a42549712e9ae65fee7c9.jpeg)
Контроллер ветрогенератора
Сейчас на подходе замена аккумуляторной батареи, попробуем ещё вариант.
Серия
Итого для серии мы видим такую схему:
— Ветроэнергетический комплекс с мачтой, для ряда регионов – это ветряк голландского производства с пассивной ориентацией;
— Солнечный энергетический комплекс на 12 панелей;
— Система геотермального охлаждения, если позволяет грунт;
— Система естественного охлаждения;
— Распределение электроэнергии и управление;
— Система аккумулирования энергии 800 ампер-часов минимум;
— Блок-контейнер;
— Система видеонаблюдения;
— Система мониторинга;
— Система диспетчеризации SCADA.
Регламентные работы:
— Два раза в год визуальный осмотр, удаление пыли и проверка натяжения растяжек мачты.
— Раз в год опускание мачты ветрогенератора, протяжка резьбовых соединений, раскрутка кабеля ветрогенератора, проверка аккумуляторных батарей.
![](https://habrastorage.org/files/738/904/710/7389047100d64680a3f7616661c930c6.jpeg)
БС в Мурманке, подъём мачты ветрогенератора
![](https://habrastorage.org/files/d3f/b40/957/d3fb40957c0641ce95efe239f6ddff07.jpeg)
![](https://habrastorage.org/files/558/054/2eb/5580542ebc9f4ae987abfe381fc489a1.jpeg)
Результаты
Наши решения очень понравились службе эксплуатации сети. Дело в том, что количество выездов сократилось в 10–12 раз. Раньше ездили на заправку ДГУ как на дежурство. В среднем 90–95% времени в нашем питании, 5–10% от дизеля можно получить на почти любой БС. Соответственно, техобслуживание дизеля тоже делается реже — у него ТТО по моточасам. Кстати, особенно понравилось эксплуатационщикам, что когда рядом упала ЛЭП, «наша» БС не сошла с сети.
Последний год тестов после оптимизации, результаты. Самара: снижение потребления БС на 30%, коэффициент автономии – 81%, коэффициент использования альтернативных источников – 60%. Мурманск: снижение потребления БС на 15%, коэффициент автономии – 100% (повезло с погодой, могло быть около 97%), коэффициент использования от альтернативных источников – 100%.
Отвечу на теоретические вопросы в комментариях, а на практические по конкретно вашему объекту — в почте PVashkevitch@croc.ru.