Как обезопасить компьютер от сбоев электропитания: подробное руководство
Электрическое питание компьютеров, равно как и любой другой высокотехнологичной техники, не было бы таким щепетильным моментом, если бы качество электроэнергии всегда находилось на одном неизменно высоком уровне. К сожалению, в жизни это далеко не так. Стопроцентных защит не бывает в принципе, но снизить зависимость вашего ПК от «недугов из розетки» можно, причем в десятки и сотни раз. Благо сегодня рынок просто переполнен различными фильтрами, стабилизаторами, источниками бесперебойного питания и прочими девайсами, которые созданы лишь для того, чтобы защитить основное оборудование. В рамках этого материала мы постараемся подробно описать все «недомогания» отечественных электросетей, и посоветовать оптимальные варианты защиты.
Быстрый переход к другим страницам статьи:
- Выбираем сетевой фильтр-удлинитель
- Выбираем сетевой стабилизатор (автоматический регулятор напряжения)
- Выбираем источник бесперебойного питания
Отличие ИБП (UPS) от накопителей
Постараюсь подробно объяснить разницу между ИБП и накопителем энергии. Для качественной оценки придется делать сравнение по всем характеристикам, данные которых решил свести в таблицу.
Теперь приведу небольшие пояснения по таблице.
Срок службы свинцово-кислотных батарей в ИБП составляет в среднем 1-2 года, при заявляемых производителем 3-7 лет. Дело в том, что срок жизни батарей измеряется не годами, а циклами.
Время работы аккумуляторных батарей измеряется циклами.
Источники бесперебойного питания (UPS) подключают к потребителям по нескольким схемам (их рассмотрим в других статьях). Схема с двойным преобразованием энергии наиболее распространенная. По ней к ИБП можно подключить от 1-6 устройств, например, системных блоков от компьютеров. На вход ИБП подают 220В (шнур питания подключают к розетке), на выходе и в случае пропадания электричества или отклонения от допустимых значений (например, < 180 В или >260 В) электропитание поступает от аккумуляторов.
Аккумуляторы в бесперебойниках заряжаются всегда — это уменьшает срок их службы.
- сглаживают импульсы;
- просадки;
- повышенное, пониженное напряжение;
- отсутствие энергии;
- скачки;
- быстрое время срабатывания (5-20 мс)
- стабилизирует синусоиду.
- большая емкость;
- повышенный энергоресурс;
- поставил и забыл (нет необходимости в обслуживании);
- время автономной работы;
- возможно подключить дом, этаж, объект;
- вес, размеры.
Каждое устройство предназначено для определенной задачи. Приведу аналогию. Легковой автомобиль нужен для скорости, грузовой для перевозки грузов. И также с ИБП и накопителем энергии. Источник бесперебойного питания необходим для одного устройства, накопитель энергии для всего дома.
Аккумуляторные электростанции, использование аккумуляторных батарей для хранения электрической энергии
Одним из наиболее эффективных и перспективных способов накопления электрической энергии, с точки зрения плотности ее хранения, является применение аккумуляторных электростанций на базе батарей, позволяющих запасать энергию в химической форме.
Электростанции на аккумуляторных батареях оказываются особенно полезными когда необходимо вспомогательно обеспечить кратковременную пиковую мощность, тем самым предотвратить аварийное отключение подачи электроэнергии к потребителям.
Таким образом, аккумуляторные электростанции, по принципу своей работы, имеют много общего с обычными источниками бесперебойного питания, отличаясь, однако, более крупным размером сооружения. Под размещение батарей станции выделяется отдельное помещение, похожее на большой склад, либо несколько контейнеров.
Так же как и в технологии бесперебойных источников питания, здесь существует характерная особенность, заключающаяся в том, что накопленную в аккумуляторах электрохимическую энергию можно использовать исключительно в форме постоянного тока.
Но поскольку для традиционных сетей необходим ток переменный, для его получения необходимо осуществить дополнительное преобразование накопленной в батареях энергии. Вот почему ток высокого напряжения, гораздо более подходящий для передачи энергии на расстояние, получают при помощи мощных тиристорных инверторов, обязательно входящих в состав электростанций.
То, какого типа аккумуляторы используются на конкретной станции, определяется ее стоимостью, требованиями к характеристикам (запасаемая энергия, доступная мощность) и предполагаемым сроком службы. В 80-е годы на аккумуляторных электростанциях можно было встретить лишь свинцово-кислотные батареи. В 90-е годы и в начале нулевых — появились никель-кадмиевые и натриево-серные аккумуляторы.
Сегодня, в связи со снижением стоимости на литий-ионные аккумуляторы (из-за стремительного развития автомобильной отрасли), главным образом применяются литий-ионные. Кое-где уже появились системы проточных батарей. Однако на некоторых бюджетных сооружениях все еще можно встретить свинцово-кислотные решения.
Преимущество аккумуляторных электростанций, по сравнению с гидроаккумулирующими, очевидно. Здесь нет постоянно движущихся частей, практически отсутствуют источники шума. Для запуска аккумуляторной электростанции достаточно нескольких десятков миллисекунд, после чего она сразу способна работать на полную мощность.
Данное преимущество позволяет аккумуляторным электростанциям легко выдерживать максимальные нагрузки, которые даже не воспринимаются оборудованием как что-то критическое, так что подобная станция способна работать на максимум часами.
Стоит ли говорить о том, что аккумуляторные станции легко справляются с задачей гашения колебаний напряжения, вызванных пиковыми нагрузками на сеть. Благодаря им города и целые регионы могут быть защищены от отключений электроэнергии вызванных перегрузками.
Ч то же касается работы аккумуляторных электростанций совместно с возобновляемыми автономными источниками энергии, то сегодня это — целая отрасль.
Возобновляемая энергетика [renewable energy production (renewable power engineering)] — Область хозяйства, науки и техники, охватывающая производство, передачу, преобразование, накопление и потребление электрической, тепловой и механической энергии, получаемой за счет использования возобновляемых источников энергии.
У аккумуляторов различных типов есть свои достоинства и недостатки. Одни (натриево-серные) хорошо работают в постоянном режиме, например в сочетании с автономными источниками энергии, однако подвержены коррозии и старению даже если не используются. Другие страдают от износа просто из-за большого количества быстрых циклов заряда-разряда.
Некоторые батареи требуют регулярного обслуживания (в свинцово-кислотные необходимо доливать воду), отвода газов во избежание взрыва и т. д.
Более современные герметичные литий-ионные аккумуляторы способны длительно работать без обслуживания, их состояние контролирует электроника, и если нужно — сигнализирует о необходимости замены ячейки.
В качестве современного примера можно привести одну из крупнейших в мире аккумуляторных электростанций — Hornsdale Power Reserve, работающую совместно с ветряной электростанцией Hornsdale. Компания Tesla построила ее в конце 2017 года.
В начале 2018 года, когда Южная Австралия несла экономические потери, станция принесла ее владельцам около миллиона долларов за поставку в сеть электричества по цене 14000 австралийских долларов за мегаватт-час. Станция способна непрерывно обеспечивать 30 МВт в течение 3 часов и 70 МВт в течение 10 минут.
100 МВт — общая проектная мощность электростанции. Вся аккумуляторная емкость станции в 129 МВт-ч набрана из нескольких миллионов литий-ионных элементов Samsung типоразмера 21700 (3000-5000 мАч).
Система надежно поддерживает сеть потребителей электроэнергии в стабильном состоянии даже в тех случаях, когда скорость ветра чрезвычайно мала. В 2020 году емкость станции была увеличена до 194 МВт-ч, а проектная мощность составила 150 МВт.
Пример старой технологии — существовавшая с 1988 по 1997 годы аккумуляторная электростанция в калифорнийском городе Чино. Станция включала в себя 8256 свинцово-кислотных батарей, размещенных в двух залах.
Сооружение служило в качестве статического компенсатора реактивной мощности и защищало потребителей от отключений электроэнергии при перебоях в работе электростанций. Ее пиковая мощность составляла 14 МВт при общей емкости аккумуляторов 40 МВт-ч.
Проблема выбора
Казалось бы, выбрать аккумулятор очень просто – бери самый мощный, и все проблемы будут решены. Однако есть вероятность, что даже самый мощный из имеющихся приборов не сможет обеспечить потребности дома в электроэнергии. Кроме того, нужно исходить из цели приобретения. Если вы можете переждать отключение, удовлетворяя лишь самые минимальные потребности, то не стоит сильно тратиться на аккумулятор.
Если вы не хотите себя ограничивать, тогда готовьтесь платить больше.
Не вдаваясь в сложные расчёты, можно предложить следующий подход к решению проблемы выбора. Для того, чтобы обеспечить всеми электрическими потребностями средний дом с постоянно проживающими там людьми в течение 24 часов, необходимо иметь батарею весом полтонны и стоимостью в 100-200 тысяч рублей. Целесообразность такой системы сомнительна. Проще создать автономную систему электроснабжения, которая легко запускается вскоре после отключения электроэнергии.
В среднем для обеспечения минимальных потребностей в электроэнергии в период отключения достаточно мощности в 5 кВт.
При энергии батареи инвертора в 24 кВт/ч, аккумулятор будет снабжать дом электроэнергией в течение 5 часов. Для обеспечения такой работы вполне можно уложиться в сумму 50 000 – 60 000 рублей. Впрочем, эти суммы ориентировочны и рассчитаны на продукцию отечественного производителя. Аккумуляторы, например, фирмы Panasonic обойдутся дороже, но они отличаются портативностью, надёжностью и долговечностью, а главное – энергии такого аккумулятора хватит на несколько дней работы без подзарядки.
Для жизни при отключении электричества уже создано всё необходимое. Осталось только приобрести и подключить аккумкляторы используя полученные знания.
Проблемы рынка
В 2021 году цена кобальта выросла на 40% из-за роста спроса со стороны производителей электромобилей. Основные месторождения кобальта находятся в Демократической Республике Конго. Однако в стране постоянно возникают перебои в цепочках поставок, а также зафиксированы случаи использования детского труда, что оттолкнуло многие компании.
По данным Fastmarkets, цены на самый дорогой в мире металл для производства аккумуляторов в марте 2021 года выросли до $42 за 1 кг. Аналитики предрекают, что к концу 2021 года они достигнут $57, а в 2024 году составят уже $80.
Международное энергетическое агентство отмечает, что в 2020 году продажи электромобилей подскочили на 40%, а в первом квартале 2021 года они выросли вдвое по сравнению с аналогичным периодом прошлого года.
Эндрю Миллер, директор по продуктам Benchmark Mineral Intelligence, говорит, что рынок пока наблюдает рост цен на кобальт, но к концу 2021 года может столкнуться с реальным дефицитом предложения.
Существует еще одна проблема, связанная с пандемией коронавируса и ее последствиями. В связи с сохраняющимся дефицитом чипов на глобальном рынке их также недополучают производители электромобилей.
Крупнейшие мировые автопроизводители признали дефицит микрочипов в начале 2021 года. Nissan, Honda и Ford были вынуждены сократить объемы выпускаемых автомобилей и закрыть некоторые свои заводы. Hyundai Motor был вынужден приостановить сборку автомобилей в Южной Корее. Позднее, в апреле, Ford и General Motors начали выпускать электромобили в некомплектном состоянии. Производители пообещали, что добавят нужную электронику в свои авто, когда появится такая возможность.
Гендиректор Tesla Илон Маск связал рост цен в цепочках поставок с удорожанием стоимости электромобилей Model 3 и Model Y. Однако, по его мнению, дефицит микрочипов продлится недолго.
