Agregat: Za dugotrajnu autonomiju

UPS uređaji i akumulatori su prva linija odbrane u slučaju nestanka struje, a kad treba obezbediti dužu autonomiju rada, neminovno se okrećemo agregatima. Poslednjih godina oni su značajno napredovali, kako u pogledu lakšeg rukovanja tako i u pogledu performansi, ali njihova instalacija i dalje zahteva ozbiljno planiranje i razrešenje čitavog niza dilema.

Kada su se mračne devedesete završile, nismo mogli ni da pretpostavimo kako ćemo se ponovo naći u sličnoj situaciji. Opet je aktuelna tema da li će biti struje. Posle skoro potpunog sloma našeg elektroenergetskog i distributivnog sistema tokom bombardovanja 1999. godine, mnogi su prvi put osetili kako je to živeti kada struje nema u dužim intervalima. Sada je sve u redu, ali ipak brinemo, pa mnogi osećaju potrebu da nešto po tom pitanju i urade.

Kako do lične struje

Na tržištu postoji više rešenja koja mogu da jednom domaćinstvu ili manjoj firmi ponude energetsku samostalnost i nezavisnost. Znatno se razlikuju po snazi, tipu, a i ceni, pa je pre kupovine bitno shvatiti prednosti i mane svakog od njih. U glavne tipove spadaju: standardni akumulatorski sistemi, hibridni akumulatorski sistemi i agregatski sistemi.

Prva grupa uređaja je već pronašla primenu u našim domovima i to su najčešće UPS uređaji koji obično nude kratku autonomiju (meri se minutima). Moguće je napraviti takve sisteme i s baterijama velikog kapaciteta, ali to onda znatno poskupljuje rešenje koje i dalje nema neku veliku autonomiju. Hibridni sistemi sadrže solarne panele ili vetrogeneratore, koji mogu da autonomiju znatno produže, ali zahtevaju veću investiciju i komplikovaniju instalaciju.

Ne može svaki agregat da neprekidno radi na 100% svoje snage. Dosipanje goriva nije preporučljivo dok agregat radi, a sam generator mora da se posle određenog vremena rada ohladi. Obično se budžetira da se agregat optereti 50% od svoje nominalne snage

Treća grupa, strujni agregati, nudi najdužu autonomiju za najmanju cenu, pa nije ni čudo što je u poslednjih par meseci ponuda ovih uređaja značajno porasla; skoro da nema neke prodavnice alata, mešovite robe ili tehnike da nema agregat u svojoj ponudi. Naizgled za male pare može da se kupi uređaj koji bi mogao „beskonačno“ da radi i učini naše živote jednostavnijim. U ovom tekstu ćemo videti da li je to baš tako i kada ima smisla primeniti ovo rešenje.

Tipova strujnih agregata ima puno. Ove mašine nisu nikakva nova reč tehnike, već spadaju među najstarije. Inače, termin agregat obuhvata znatno širi skup uređaja. Tehnički, to je obično skup dve mašine koje rade zajedno, jedna je pokretačka dok je druga potrošačka. Pokretačka mašina može da bude motor sa unutrašnjim sagorevanjem, vodena, parna ili vetro turbina itd. Potrošačka mašina koristi stvorenu energiju. To su obično strujni generator, vodena pumpa, kompresor itd. Znači, naše strujne agregate koji u domaćinstvu obezbeđuju napajanje čine jedan SUS motor i jedan strujni generator. Kao pogonsko gorivo koriste se benzin, dizel ili gas. Preciznije, tečni naftni gas (TNG), mada uz malu modifikaciju može da se koristi i komprimovani prirodni gas (CNG). Postoje i dve varijante benzinskog motora, dvotaktna i četvorotaktna, a strujni generator može da bude monofazni ili trofazni. Kada se sve uzme u obzir, jasno je da ima mnogo kombinacija, i svaka od njih je jedinstvena po više faktora te je za neke primene zgodnija, dok za druge nije. Glavne karakteristike svakog strujnog agregata koje treba uzeti u obzir prilikom odabira jesu: snaga, tip pogonskog goriva, dužina rada, naponska stabilizacija i tip struje koju proizvodi.

Izaberite gorivo

Snaga agregata nam govori koliko i kojih uređaja može da napaja. Nije isto da li je u pitanju sijalica, neki klasični tip grejača ili kompresor koji se nalazi u frižideru odnosno klima-uređaju. Sijalica ili grejalica uvek troše skoro istu količinu energije, dok neki drugi uređaji imaju veće zahteve prilikom pokretanja. Primer za to je laserski štampač. On prilikom zagrevanja, koje traje vrlo kratko, može da povuče i 1 kW, dok kasnije, tokom čitavog toka štampe, troši upola manje, 500 W. Slično je i s klasičnim klima-uređajima i frižiderima, dok invertorski klima-uređaji prave znatno manju razliku. Kod njihovog startovanja povuče se do 1 kW, a tokom rada potrošnja je, u zavisnosti od potreba, od 500 W do 750 W. Dodatno, ne može svaki agregat da neprekidno radi na 100% svoje snage – obično se budžetira da se agregat optereti 50% od svoje nominalne snage. Videćemo kasnije u tekstu da to doprinosi i dužem radnom veku same mašine.

Tip pogonskog goriva je vezan sa snagom. Manje snažni agregati (do 1 kW) obično imaju dvotaktni benzinski motor. Kod njih ne treba posebno menjati ulje, već se ono meša s gorivom prilikom sipanja. Zbog toga je njihova eksploatacija jednostavnija, ali prave veću buku i izduvni gasovi imaju specifičan neprijatan miris. Konstrukcija je jednostavnija, pa su agregati najjeftiniji.

Malo snažniji agregati koriste četvorotaktni benzinski motor. Kod njih je neophodno menjati ulje, kao i kod automobila, što se radi na oko 50 sati rada. To ne predstavlja neki veliki trošak, ali je procedura komplikovana jer ne postoji čep gde može da se ulje ispusti, već mora da se izvuče kroz rupu za dolivanje. Za razliku od dvotaktnih, ovi motori su malo tiši i ekonomičniji.

Dizel-motore srećemo gotovo isključivo kod agregata veće snage. Razlog leži u činjenici da agregat troši više goriva kada je potrebno da generiše više struje, a dizel-motori su skuplji, te se njihova eksploatacija isplati samo kada je potrebno i više snage.

Posebnu grupu čine benzinski agregati posebno modifikovani tako da mogu da koriste tečni naftni gas (TNG) ili (odskora) komprimovani prirodni gas (CNG). Prednosti ovakvih rešenja ima nekoliko. Prvo i najočiglednije je cena goriva – gas je jeftiniji. Benzin ima specifičan miris, mora da se čuva na propisan način, a njegovo dosipanje skoro uvek uključuje i prosipanje, pa je posle te akcije neophodno i čišćenje. Gas koji se koristi kod agregata može da se skladišti u istim bocama koje se koriste u domaćinstvima, a njihova zamena je jednostavna, mada nije tako trivijalna kao sipanje goriva iz kanistera. Za one koji imaju malo više mesta, postoje i velike boce koje omogućavaju dužu autonomiju. Nije sve bolje kod ovakvih motora – zbog manje kalorične vrednosti, snaga agregata je manja, potrošnja je veća, sami agregati su skuplji i obično je teško napraviti računicu da se to isplati, osim u slučaju kada se dosta eksploatiše.

Koliko će raditi?

Jedna od najčešće zaboravljenih karakteristika agregata jeste dužina rada. Smatra se da agregat može da radi dok god ima goriva, ali nije baš uvek tako. Prvo, dosipanje goriva nije preporučljivo dok agregat radi. Motor je izuzetno vruć i prosipanje može dovesti do požara. Drugo, sam generator mora da se posle određenog vremena rada ohladi, inače može da dođe do kvara. Rezervoar manjih uređaja obično je dovoljan za četiri sata rada i očekuje se da posle toga barem isto toliko ne budu u upotrebi.

Posebnu grupu čine benzinski agregati posebno modifikovani tako da mogu da koriste tečni naftni gas (TNG) ili (odskora) komprimovani prirodni gas (CNG)

Veći modeli imaju i veće rezervoare koji obezbeđuju između 10 i 20 časova rada. Nepisano pravilo je da takvi agregati mogu da rade kada su opterećeni do 50% od svoje maksimalne snage dok ne potroše sve gorivo iz rezervoara, a da period hlađenja bude oko sat vremena. Posle toga se može dosuti gorivo i ponoviti ciklus. Ukoliko se agregat optereti 100%, period hlađenja mora da bude duži.

Agregati velike snage, a posebno oni s dizel-motorom, mogu da rade duže i potrebno je konsultovati dokumentaciju za precizne podatke jer se oni znatno razlikuju od modela do modela.

Stabilan napon?

U stabilizaciju napona uključujemo mogućnost agregata da održava konstantan napon prilikom promene povezanog opterećenja. Mali agregati i mnogi agregati srednje snage nemaju ovu mogućnost, već prilikom povećanja opterećenja može da dođe do pada napona, što uređajima sa osetljivom elektronikom nikako ne prija. Koriste se razna rešenja da ove efekte ublaže, ali se u praksi pokazalo da to nije dovoljno. Takva struja nije problematična kod klasičnih sijalica (sa užarenim vlakom), grejalica, punjača za mobilne telefone ili male građevinske alatke.

Neki agregati srednje snage imaju mogućnost automatske regulacije napona (AVR), pa ovakve mašine mogu da pokreću osetljive elektronske uređaje. Poseban problem kod ovakvih agregata (sa AVR-om i bez njega) jeste kvalitet struje, tj. oblik sinusoide koju generator proizvodi.

Ovaj kvalitet se izražava kroz meru koja se zove koeficijent harmonijskih izobličenja (THD). Kod standardnih generatora ona je između 10% i 20%, u zavisnosti od opterećenja agregata. Ovakvo napajanje je dovoljno dobro za obične kućne aparate, kao što su televizor, računar, ruter, LED rasveta i slično. Osetljivi uređaji zahtevaju da je THD ispod 5%, a to su na primer UPS uređaji, elektronika za kontrolu kotlova na pelet i toplotne pumpe. Za napajanje takvih potrošača neophodni su invertorski generatori struje. Kod invertorskog strujnog agregata, motor proizvodi struju koja napaja invertor koji generiše idealnu sinusoidnu struju. Mana ovakvog sistema je što ne može da ima veću snagu (do 3 kW) i znatno je skuplji od običnog (dva puta ili više).

 

Na kraju, tu je tip struje koja se proizvodi, monofazna ili trofazna. Samo veći agregati imaju mogućnost da proizvode trofaznu struju, i to su obično uređaji sa snagom od 6 kW i više. Glavna prednost ovakvih agregata jeste to što oni mogu da pokreću trofazne potrošače (na primer, specijalne motore velike snage). U domaćinstvima trofazni potrošači su obično samo samo šporet, TA peć ili protočni bojler, ali to su u stvari monofazni potrošači kod kojih je samo urađeno rasterećenje po fazama. Jedina prednost koja može da se dobije koristeći ovakve agregate jeste ako se želi povezivanje celog objekta koji ima trofaznu struju bez modifikacije električne šeme. Onda se preko posebnog prekidača poveže agregat direktno s razvodnom tablom.

Kako izabrati?

Pre početka bilo kog projekta, bitno je napraviti spisak zahteva koje taj projekat treba da reši. Kada je u pitanju struja, prvo pitanje je: „Koji uređaji treba da rade i koliko dugo“. U zavisnosti od tako definisanih potreba može se odabrati pogodan strujni agregat. Jednima će biti potrebno da radi samo osvetljenje ili neki manji potrošači, kao što su televizor i ruter, dok će drugi želeti da zaštite namirnice u zamrzivaču.

U većini slučajeva neisplativo je očekivati da se ceo objekat normalno napaja putem agregata, kao i kada ima struje. Razlog za ovo je što jedno klasično domaćinstvo ima priključnu snagu od minimum 6 kW (a oni s trofaznim brojilima 17 kW). Samo za primer možemo da uzmemo da smo uključili bojler (2 kW), stavili u rernu nešto da se ispeče (2 kW), uključili jednu ringlu da kuvamo (2 kW), dodali jednu grejalicu ili klima-uređaj (1 kW) i na sve ovo dodali male potrošače (1 kW) i vidimo da bi nam bio neophodan veliki agregat koji je i skup i troši puno goriva. Zato je bolje napraviti selekciju onoga što je neophodno da bude pod naponom kada regularne struje nema. Treba, takođe, uzeti u obzir da se na primeru agregata od 3 kW koji radi na 50% potroši oko 180 dinara na sat za benzin ili 120 dinara za gas. Zbog ovoga se obično grejna tela isključuju iz projekta, i predlažu se drugačija rešenja, kao što su plinski bojler, rešo i grejalica na plin.

Pošto su sabrani svi potrošači i neophodna autonomija, sledeći korak je izbor kvaliteta struje i tip struje koji nam je neophodan. Za potrebe povremenog osvetljenja, punjenja mobilnih telefona i gledanje televizije dovoljni su i oni najmanji. Za korišćenje UPS uređaja za napajanje računara, savetuje se isključivo invertorsko rešenje.

Potom treba izabrati lokaciju na koju će se agregat montirati. Ovde treba biti vrlo pažljiv jer motori sa unutrašnjim sagorevanjem proizvode vrlo štetne gasove od kojih je jedan i ugljen-monoksid, izuzetno otrovan gas koji može brzo da dovede do smrti. Zato je agregat treba da bude udaljen od objekta, da se nikako ne postavlja u zatvorenoj prostoriji, a da se u delovima objekta koji su blizu postave detektori za ugljen-monoksid.

Na kraju treba odlučiti na koji način će se agregat povezati na objekat. Male agregate za par uređaja možemo povezati običnim produžnim kablom (pod uslovom da je dovoljno dugačak). To nije zgodno ako želimo da više uređaja koristi tu struju istovremeno i ako se oni ne nalaze jedan pored drugog. Za takve slučajeve se mora pribeći drugačijem povezivanju. Prvi način je da se agregat poveže paralelno na razvodnu tablu preko odgovarajućeg prekidača. Time se omogućava da svi uređaji mogu da koriste struju iz agregata. Ako on nema dovoljnu snagu, mora da se obrati pažnja da se ne uključuju svi u isto vreme. Ovo rešenje je najjeftinije i najjednostavnije, ali zahteva dobru organizaciju oko toga šta i kada može da se uključi.

Prvo pitanje je: „Koji uređaji treba da rade i koliko dugo“. U zavisnosti od tako definisanih potreba može se odabrati pogodan strujni agregat

Drugi način je da se u razvodnoj tabli i objektu, ako postoji potreba i mogućnost, uvede tzv. „četvrta faza“. To nije prava faza, već odvojena grupa potrošača koja će biti napajana putem agregata u slučaju nestanka struje. Dok struje ima, koriste se klasične tri (ili jedna) faze i svi potrošači su pod naponom. Kada struje nema i kada se uključi agregat, samo odabrani potrošači će moći da rade. Naravno, i ovde je potrebno da se posebnim prekidačem ili sklopkom reguliše razdvajanje i povezivanje agregata s potrošačima. Kod ovakvih rešenja je dodatno moguće da se koristeći automatizaciju uradi dodatna optimizacija. Na primer, ako se uključi šporet da se isključi bojler. Ovo rešenje je najskuplje i najkomplikovanije, ali nudi znatno veću sigurnost u radu, mogućnost automatizacije i najveći komfor.

Za kraj ostaje samo da napomenemo da je za modifikaciju kućne instalacije neophodno da se konsultuje i angažuje stručno lice. Svi načini korišćenja agregata, osim onog najjednostavnijeg (s produžnim kablom), zahtevaju da se ovom projektu pristupi odgovorno. Stručno lice može da sagleda sve potrebe i ponudi precizne savete i tako dizajnira pre svega sigurno i efikasno rešenje.

Autor: Srđan Simić