Добро пожаловать в Алькатрас: один из крупнейших объектов распределённой энергетики США

    Дозорные башни, тюремные камеры и… солнечные батареи? Добро пожаловать на Скалу.



    Каждый год более чем 1,5 миллиона человек посещают остров Алькатрас побывать в его легендарной тюрьме. Но большинство людей не осознают, что этот участок в 22 акра (около 9 гектар), расположенный в центре залива Сан-Франциско, также является одной из крупнейших микросетей страны.

    Микросеть/микрогрид/micrigrid
    Справочник технического переводчика academic.ru указывает на то, что это элемент децентрализованной энергетики, направленный на генерацию электроэнергии вблизи места (или в самом месте) её потребления

    Остров оснащён гибридной солнечно-дизельной энергосистемой, которую посетители, вероятнее всего, не заметят. Группа солнечных батарей установленной мощностью 305 кВт расположена в верхней части главного тюремного здания и скрыта от глаз посетителей, чтоб не портить исторический облик тюрьмы. Солнечные панели подключены к аккумуляторной батарее и инверторам, которые питают электричеством остров параллельно с дизельными генераторами.

    Проект


    Данный проект, стоивший 1,7 миллиона долларов США и финансированный за счёт Закона об оздоровлении национальной экономики (American Recovery and Reinvestment Act, ARRA) в 2012 году, сократил потребление дизельного топлива на острове на 45%. Ежегодно данная гибридная система экономит более 25 000 галлонов (около 95 000 литров) топлива и доказывает возможность интеграции объектов возобновляемой энергетики без ущерба историческому облику исторических мест.

    Алькатрас. Вид с моря
    Многие посетители даже и не подозревают о солнечной электростанции на Скале

    Энергетические проблемы Алькатраса


    Электрическое обеспечение Алькатраса всегда было проблемным. И это является одной из главных причин закрытия тюрьмы в 1963 году после 29 лет работы — остров полностью отрезан от материковой части и /по причинам безопасности/ не имеет доступа к внешним линиям электропередач. Как результат — Служба национальных парков США была вынуждена еженедельно транспортировать в тюрьму более 2000 галлонов (около 7500 литров) дизельного топлива для работы генераторов, что отразилось в высокой стоимости операционных расходов на содержание. Также питание за счёт дизельных генераторов представляет угрозу загрязнения залива Сан-Франциско.В 2008 году было подсчитано, что Алькатрас генерирует почти половину выбросов парникового газа (более 632 метрических тонн диоксида углерода) всей Национальной зоны отдыха Голден Гейт.

    Как работает микрогрид Алькатраса


    Основные компоненты электрогенерирующей микросети Алькатраса таковы:

    — 959 солнечный модулей общей мощностью 305 кВт
    — 8 инверторов, каждый мощностью по 100 кВт
    — 480 аккумуляторов, объединённых в батарею, способную запасти 1 920 кВт*ч энергии
    — 2 дизельных генератора
    — 1 системный контроллер для координации генерирующих устройств

    Инверторы преобразуют постоянный ток от солнечных панелей в переменный ток, пригодный для использования в энергетической инфраструктуре острова. Другие инверторы (исполняющие роль контроллеров заряда/разряда — прим. переводчика) заряжают аккумуляторные батареи. Когда солнца не достаточно для питания острова, система подпитывается от аккумуляторной батареи. Когда же и АКБ разрядилась, автоматически включаются дизельные генераторы, которые одновременно и питают электроэнергией Алькатрас, и заряжают аккумуляторную батарею. Они работают до тех пор, пока опять не станет достаточно солнечно. Системный контроллер следит за тем, чтоб основным источником по возможности была энергия от солнечных панелей и АКБ, а уже после этого включались дизели. С 2012 года потребление топлива сократилось примерно на половину, по сравнению с тем временем, когда гибридной системы не было.

    Аккумуляторная батарея Алькатраса
    Аккумуляторная батарея Алькатраса

    Оптимизация работы микросети


    После 2 лет работы, доклад Департамента энергетики (Federal Energy Management Program) и Национальной лаборатории возобновляемой энергетики (NREL) — показал, что 45% произведённой на острове электроэнергии приходится на солнечную генерацию. Это на 15% меньше проектного показателя. Данные показывают, что дизельные генераторы, заряжая аккумуляторную батарею до максимума, «вытесняют» зарядку от солнца, тем самым увеличивая показатель утилизации солнечной энергии от фотоэлектрических панелей. Служба национальных парков работает над корректировкой показателей установочных значений системного контроллера, что должно привести к повышению эффективности системы. Также сейчас изыскиваются средства на приобретение нового контроллера, способного обеспечить более сложный процесс оптимизации, а также обладающего расширенными функциями, такими как прогнозирование и управление спросом. Это смогло бы повысить эффективность использования солнечных панелей на 5%, сэкономить на 15000 галлонов (около 57000 литров) дизельного топлива в год и продлить срок службы АКБ на 33%.

    Федеральная программа энергетического менеджмента играет важную роль в снижении потребления электроэнергии и использовании возобновляемых источников энергии в государственном аппарате, так как обладая более чем 350000 энергопотребляющих зданий и сооружений и 600000 автотранспортных средств, федеральное правительство является крупнейшим потребителем энергии в стране.

    От переводчика:
    Паром на Алькатрас

    Кстати, паром, который привозит посетителей на остров Алькатрас, также использует возобновляемую энергию — от солнечных батарей и ветрогенераторов.

    Источник
    Поделиться публикацией

    Комментарии 48

      +1
      Непонятно зачем это всё там?
      Музей? Ок. Но не столько же топлива потреблять да ещё и панелей столько наставили.
        0
        300 КВт?
        Это не так и много. Судя по фото (в интернете нашёл) на острове 3 больших трёхэтажных здания и множество более мелких. Да одно лишь дежурное освещение КВт на 50 потянет. Плюс всякие насосы (они же на острове, чёрт подери) и прочие опреснители воды.
        На острове есть ещё и маяк, который тоже что-то жрать должен.
        Как по мне, электрическая система ещё и дохловата. Если комплекс использовался бы по изначальному назначению, то этого бы явно не хватило.
          0
          то, что установленная мощность панелей за 300 кВт, это ещё не повод считать, что все эти 300 кВт постоянно вырабатывают 300 кВт. Выработка солнечной электростанции зависит от времени суток, времени года и состояния атмосферы. Ночью, например, выработка «0» (да, я знаю, что я Кэп). В это время работает АКБ, потом подключаются ДГУ. Врят ли ДГУ у них больше 100 кВт
            0

            Да я вообще о глобальном. Тюрьма закрыта. Там музей. Зачем ночью там вообще что-то запитывать? Дежурное освещение? Кому для чего? Это изолированный достаточно остров. А днем там сколько нужно освещения при естественном дневном?

              0
              А насосы для откачки воды? А маяк? Да хоть электричество в сторожку провести.
                0
                А настолько ли нужны эти насосы и этот маяк? Остров точно не утонет, а пару затопленных тоннелей прибавят винтажности. Маяк в современном мире GPS вообще превратился в элемент декора. Так что 300 кВт хватит с большим запасом.
                  0
                  ох, хорошая тема для холивара по поводу ненужности навигационных знаков. Чую свару :)
                    –1
                    Чую свару :)
                    Никакого холивара.
                    вы-ж не управляете автомобилем по навигатору-вы на дорогу смотрите.
                    Навигационные знаки, особенно на воде нужны! Это на дороге Вы видите обочину, а под водой скалу без буя Вы ни днем ни ночью не увидите.

                    Речь о маяке. Маяк — это не навигационный знак, а топографическая привязка, чтобы определить свое местоположение на карте по триангуляции (причем из далека). А т.к. сейчас картами (бумажными, с глубинами и пр.) уже ни кто не пользуется (ну я их лет 5 не видел), то и толку от маяка не будет. Привязаться же на месте проще (в данном случае) к Золотым Воротам.
                    А кроме того, на маяках ставят радиомаяки(потому, что они высокие).
                    В качестве радио (да и оптического) ориентира более разумно использовать главную доминанту этого залива — мост Золотые Ворота.
                    Или вы хотите музей в стиле «руины замка Иф?»
                    :) Ну суть то не сильно отличается! Да и много ли этих туннелей?
                    И да, это же СКАЛА! Что там может разрушиться такого, что не разрушилось за миллионы лет?

                    ps: есть права лодка/катер-ВВП.
                      0
                      прав нет, но лет 5-6 назад участвовал в околополярной экспедиции. Хоть судно и было оборудовано электронным навигационным оборудованием, с картами капитан всё-таки сверялся.

                      Экспедиция, кстати, была по замене РИТЭГов на навигационных знаках на солнечные батареи и ветрогенераторы
                        0
                        Капитан-старовер :)?
                        Современные электронные карты почти в 100% случаев точнее бумажных. И против навигационных знаков и их ночных версий ничего не имею. Я лишь про то, что в настолько населенных местах смысла делать маяк нет: привязок достаточно без маяка, картой мало кто умеет пользоваться, да и ночью необходимость ходить не так велика. Сейчас это скорее элемент архитектуры.
                          0

                          при движении на крупном судне нужна визуальная привязка, для расчета маневров, по экрану это сложновато сделать.

                        +1

                        Залив Сан Франциско имеет довольно нетривиальную, несколько Т-образную, если так можно выразиться, форму и ночью в нем ориентироваться довольно несподручно. Маяк же находится примерно в точке схожденя лучей-ответвлений (и именно поэтому он там, а не, скажем, на куда более удобном в плане проводки коммуникаций Treasure Island), что дает возможность двигаться по заливу в духе "плывем строго на маяк, как доплывем — разберемся, куда поворачивать" и практически исключает попытки контейнеровозов при проходе от Ворот до терминалов разгрузки срезать путь через центр города.


                        Золотые Ворота же хоть и безумно красивый мост, но ни доминантой залива(далеко не самый крупный), ни удачной площадкой для маяка(расположен на выходе из залива, из дальних частей залива не виден) не является.

                          0
                          Не знал. Спасибо!
                      0
                      Затопленные туннели начнут разрушаться, мало ли что за собой потянут. Или вы хотите музей в стиле «руины замка Иф?»
                        0
                        Не соглашусь про маяк. В море смотришь по GPS где ты, а потом все равно отыскиваешь маяки глазами. Кроме того зачастую маяки ставят на мысах, волноломах и т.д., что дает возможность пройти около них не напоровшись.(Если вдруг GPS даст ошибку в 20 метров, то идя чисто навигатору уже есть риск дорогостоящей аварии). GPS — удобная штука, но маяки пока не заменит.
                          0
                          А кроме того, на маяках ставят радиомаяки(потому, что они высокие). Не знаю как на данный момент, 20 лет назад рулили по радиомаякам. А навигационные знаки-это как разметка(в том числе и разметка колеёй, а не только полосками), вы-ж не управляете автомобилем по навигатору-вы на дорогу смотрите.
                    0
                    capacity factor для солнечных панелей всего 0.25, таким образом среднесуточная выработка 300 кВт панелей будет всего 75 кВт.
                    +1
                    Можно прикинуть потребление.
                    Гугл говорит, что 100КВт дизель-генератор потребляет 7.4 галлона в час. Значит, 1 КВт*ч «стоит» 0.074 галлона. Из статьи видно, что годовое потребление топлива до установки панелей было 25000/0.45=55555.(5) галлонов.
                    Значит, годовая генерация будет в районе 55555/0.074=750МВт*ч, т.е. среднее потребление — 85КВт. Что совсем не много для такого комплекса.

                    P.S. А еще там могут стоять старые, менее эффективные дизель-генераторы, тогда потребление будет еще меньше.
                      0
                      Вот, что значит технический склад ума!
                    0
                    По поводу расчетов вопрос. Написано, «в 2012 году, сократил потребление дизельного топлива на острове на 45%. Ежегодно данная гибридная система экономит более 25 000 галлонов (около 95 000 литров)». Т.е. 95 000 литров это 45%. Далее читаем «Это смогло бы повысить эффективность использования солнечных панелей на 5%, сэкономить на 15000 галлонов (около 57000 литров) дизельного топлива в год». Т.е. даже если считать 5% от общего энергопотребления (а не от текущей эффективности батарей) получим из изначального расчета экономии около 10 500 литров. Где подвох?

                    И вопрос про окупаемость, только с точки зрения денег. Пусть грубо литр бензина стоит доллар. Выходит окупаемость за счет экономии топлива около 18 лет без учета стоимости обслуживания и замены деградировавших аккумуляторов и прочего оборудования. Похоже, пока такая система только как «картинка для привлечения внимания». Не спорю, экология важна, но в глобальном масштабе, получается, пока интерес инвесторов будет незначителен.
                      +1
                      Может учитывается то, что топливо на остров тоже надо как-то доставлять, с затратой топлива?
                        0
                        Доллар литр бензина стоит на заправке, а в отдалённых местах, куда его нужно специально везти, он будет стоить дороже.
                          0

                          Так примерно и есть срок окупаемости панелей в 10-30 лет в зависимости от условий. Т.е. если поселок недалеко от цивилизации, то лет 30 будет окупаться, причем за это время оборудование успеет уйти на свалку, скорее всего даже пару раз. Соответственно экономии не будет вовсе, просто будет замена источников.
                          Но вот если взять недоступный район, то может окупиться лет за 10 и окупиться с выгодой, т.к. отпадет зависимость в удаленном и непостоянном источнике.

                            0
                            м-м-ммм… Там инвестор государство. А оно вечно.
                            По поводу бензина — там, скорее всего, дизеля стоят. Удорожание также происходит из-за того, что топливо доставляют «морем». Так что не такой уж и большой срок окупаемости.

                            По поводу КДПВ — да, так и есть. Алькатрас и вся бухта Золотых Ворот — показательная рекреационная зона, поэтому правительству важно сократить выбросы парниковых газов (есть такие страны, которые действительно об этом заботятся)
                              0
                              Подвох как обычно в «трудностях перевода». В оригинале было:
                              This is 15% lower than what the system components were sized for. The data indicates that the generators charging the batteries are crowding out storage capacity, resulting in significant curtailment (or discarding) of excess solar power.

                              Adjustments to the operational strategy could reduce PV curtailment to about 5%, save an extra 15,000 gallons of diesel fuel annually, and increase battery life expectancy by 33%.


                              Т.е. не увеличить эффективность работы СБ на 5%, а сократить потери энергии вырабатываемой СБ (из-за того, что контроллер брал энергию от дизеля вместо СБ) до 5% от вырабатываемой.
                              Проектные показатели были получать 60% энергии от СБ. Сейчас от СБ только 45% в среднем, остальное теряется из-за того, что дизеля постоянно (при каждом включении) заряжают аккумуляторы под завязку и СБ некуда сбрасывать излишки энергии при солнечной погоде.
                              Хотят после модернизации сократить эти потери до всего 5%. Если теряться будет всего 5%, то такой массив батарей (305 кВт) в таком месте (Сан-Франциско — солнечная местность) может порядка 70-75% потребляемой электроэнергии обеспечивать против текущих 45%. Отсюда и до 15000 галлонов/год экономии топлива дополнительно к 25 000/год текущих.

                              Окупаемость — проект закладывался и строился в 2011-2012 годах. Когда дизель стоил порядка 1.5$ за литр и цены на горючку быстро лезли дальше вверх. Это уже потом (в 2014-2015 годах) цены на нефть и соответственно топливо упали.
                              И цены на СБ и инверторы тогда тоже намного выше были (особенно на СБ, они почти в 2 раза за эти 5 лет подешевели) — из-за этого высокая стоимость проекта.
                              Тогда прогнозируемая окупаемость была намного лучше из-за более высоких цен на топливо. Сейчас (если новую строить в каком-нибудь другом месте) она тоже будет лучше — за счет упавших цен на СБ, инверторы и аккумуляторы.
                              0
                              Прошу прощения, я конечно все понимаю, экология, модные источники энергии, но в чем техническая проблема проложить энерго кабель с материка?
                                0
                                Деньги. Высоковольтный кабель по дну потребует нехилые кап.вложения в инфраструктуру (если в тех.политике электросетевого предприятия вообще предусмотрена эксплуатация глубоководных кабелей) для прокладки + потребует деньги на последующее обслуживание (водолазы, которых может и не быть у электросетевого предприятия).
                                  0
                                  Если мне память не изменяет то глубины там до 100 метров. Инфраструктура да, подстанция потребуется, водолазы для обсуждения точно нет.
                                  Примеров подводных энерго линий в мире предостаточно.
                                0
                                Не очень понятно, зачем с дизелей ещё и заряжать батареи. Логичнее было бы, чтобы дизели только компенсировали недостаток мощности, но не производили лишней мощности.
                                  +2
                                  Дизель максимальным КПД работает только с определённой постоянной нагрузкой, гонять ДГУ мощностью 100кВт ради 10кВт компенсации это бесцельное выливание солярки и расход ресурса.

                                  поэтому проще и дешевле заводить раз в сутки на пару часов под полные 100кВт, заряжать батареи, и потом уже тратить энергию оттуда
                                    0
                                    Ну про более высокий КПД при работе на оптимальной мощности уже написали. А 2й важный момент — крупные дизели не любят частых пусков. Износ от одного цикла старт/стоп (из «холодного» состояния) примерно как от часа и более равномерной работы на постоянной мощности, поэтому чем меньше пусков, тем дольше они прослужат.
                                    +1
                                    Алькатрас становиться отличным местом для убежища при зомби апокалипсисе
                                      0
                                      на его памяти уже было несколько самовольных захватов (хиппи, индейцы,..), так что ещё и зомби пережить — раз плюнуть
                                        0
                                        При условии что не по воздуху зараза распространяется
                                        0
                                        Электрическое обеспечение Алькатраса всегда было проблемным. И это является одной из главных причин закрытия тюрьмы в 1963 году после 29 лет работы

                                        Данный проект… сократил потребление дизельного топлива на острове на 45%.

                                        Тот есть, тюрьму можно опять открывать? :)
                                          0
                                          Когда будет 100%, тогда и будут думать.
                                            0
                                            Можно было и не закрывать. Но тогда содержание заключённых было бы весьма дорогим и необходимо было сажать очень богатых, чтоб содержание было за счёт самих заключённых.
                                          • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                                              0
                                              несколько раз я был на автономных объектах с питанием в т.ч. от генераторов. Там не было такого, что каждую неделю завозили маленькую цистерну (слишком дорого). Завозили раз в 3-5 месяцев специальным судном. Потом с этого судна специальными насосами по специальным трубопроводам закачивали топливо в специальное хранилище. Чувствуете, сколько раз я написал «специальное»? А вся, что «специальное», конечно же (даже в Америке), дороже, чем «обычное»
                                              0
                                              остров полностью отрезан от материковой части и /по причинам безопасности/ не имеет доступа к внешним линиям электропередач

                                              Не очень понимаю, в чём безопасность? Можно обрезать электропитание, чтобы облегчить себе побег? Так и с генераторами это вполне прокатит.

                                                0
                                                С генераторами прокатит только при диверсии «внутри системы». С этим бороться администрации тюрьмы легче. А отрезать электричество, подаваемое «с берега» шансов больше. Также, мне кажется, плюсом в сторону теории о безопасности может служить вывод кабеля из воды. Наверняка, он был бы внутри здания. А это — дополнительная лазейка
                                                  0

                                                  Тогда стоило бы оставить и кабель, и дизели. Вряд ли бы кабель не окупился за 60 лет эксплуатации.

                                                    0
                                                    Так кабеля не было. Чего его отставлять-то?
                                                      0

                                                      Ну, я имел в виду, кабель протянуть, а дизели — оставить)

                                                        +1
                                                        У вас странные представления об электрохозяйстве: чтобы подключить этот кабель к сети, надо как минимум построить новую или расширить старую ТП. Расстояние от берега до алькатраса примерно 2,5 км по прямой, НО это не значит что кабель нужно будет только в воде тянуть — скорее всего кабель от ближайшие ТП до алькатраса выйдет порядка 5 км (на напряжении 10 кВ).
                                                        Итого считаем затраты:
                                                        — кинуть кабель по городу методом ГНБ (вряд ли найдутся подходящие кабель-каналы)
                                                        — кинуть кабель по дну
                                                        — цена 5 км 10 кВ кабеля
                                                        — новая ТП 10 кВ (потребуется еще дополнительная ячейка 10 кВ в РУ 10 кВ головной подстанции, а в мегаполисах они обычно забиты плотнячком и на вес золота) или реконструкция старой ТП
                                                        — установка в ТП компенсаторов реактивной мощности (не забываем что мы кладем кабель)
                                                        — установка 10 кВ ТП на Алькатрасе
                                                        — согласование всего это с властями (вместе с экспертизами и экологами), т.к. вряд ли кто в судоходном водоеме просто так даст кинуть кабель.
                                                        Стоит оно того?
                                                          0

                                                          При альтернативе 60 лет работать на дизелях? Думаю, да.

                                                            0
                                                            А сейчас, когда есть альтернатива?
                                                              0

                                                              Ну, я говорил про тогда. Насчёт сейчас спорить не готов.

                                              Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                                              Самое читаемое