Виталий БУТУЗОВ
Профессор, д. т. н., Кубанский государственный аграрный университет им. И. Т. Трубилина
Е-mail: ets@nextmail.ru
Виталий ГРИШИН
Генеральный директор ООО «ВИСТ ЭНЭРДЖИ»
Е-mail: ets@nextmail.ru
Энергоснабжение крупнейшего винодельческого предприятия Краснодарского края с установленной электрической мощностью 2000 кВт обеспечивается от Темрюкского района электрических сетей «Россетей» Кубани (основной источник) и от собственных солнечных электростанций установленной мощностью 1500 кВт и двух газопоршневых установок с расчетной электрической (2400 кВт) и тепловой (2380 кВт) мощностями. На рис. 1 представлен общий вид предприятия с размещением солнечных электростанций на кровлях производственных зданий.
Электроснабжение от электросетей района электрических сетей осуществляется
от четырех трансформаторных подстанций (ТП) – 10/0,4 кВт (рис. 2). К питающим фидерам района электрических сетей на напряжение 10 кВ подключены две газопоршневые электростанции TCS2020 V12 с расчетной электрической (1200 кВт) и тепловой (1190 кВт) мощностями каждая.
На кровлях цехов смонтированы фотоэлектрические модули с установленной мощностью 1500 кВт.
Генподрядчик проекта – ООО «Вист Энэрджи» (Краснодар), имеющий 10‑летний опыт строительства солнечных станций общей мощностью 7000 кВт, был определен по результатам тендера с участием 18 компаний. При многообразии типов и поставщиков фотоэлектрических модулей на российском рынке приоритет был отдан модулям одного из ведущих мировых производителей китайской фирмы Jinko Solar. Учитывались их энергетические характеристики, надежность при многолетней эксплуатации, цена. При монтаже применялись следующие модификации модулей Tiger: JKM 440M‑72 HLM–V; JKM 445M‑72 HLM–V и JKM470M‑7RL3-V. Фотоэлектрические модули установлены на кровлях производственных зданий с покрытием из металлопрофилей под углом 10° к горизонту (углы наклона кровель). Фотоэлектрические модули скомпонованы в 18 гелиополей, в каждом из которых в зависимости от мест размещения смонтированы от 128 до 308 модулей. Подключение гелиополей к ТП выполнено через инверторы австрийской фирмы Fronius International Gmb H. На рис. 3 приведена структурная схема электроснабжения инверторов гелиополей № 1–3.
На рис. 4 представлены графики расчетной и фактической выработок электрической энергии солнечных электростанций в 2022 г. Расчеты выполнялись по программе Photovoltaic geographical information system (URL: https://re.jrc.ec.europa.eu/pvg_tools/en/tools.html#PVP).
В январе 2022 г. работала I очередь солнечных электростанций (смонтирована в 2021 г.) с установленной мощностью 500 кВт, а с марта по декабрь ее мощность была увеличена до 1000 кВт (II очередь). Существенное расхождение значений фактической и расчетной производительностей солнечных электростанций в январе и феврале объясняется проблемами освоения нового оборудования, а некоторое превышение солнечной радиации летом 2022 г. над среднестатистической – общеклиматическим трендом. В 2023 г. была смонтирована III очередь солнечных электростанций мощностью 500 кВт.
Для совместной работы энергосистемы, газопоршневых установок и солнечных электростанций фирмой «Вист Энэрджи» была разработана и смонтирована станция автоматического управления на основе контроллеров генераторных установок фирмы Deif (Дания) и метеостанции фирмы Fronius. Станция обеспечивает работу в 2 режимах: «энергосистема – газопоршневые установки – солнечные электростанции» и в островном «газопоршневые установки – солнечные электростанции».
Газопоршневые установки работают совместно с энергосистемой в автоматическом режиме по заданному значению экспорта/импорта электрической энергии с остановкой одной машины при снижении мощности до 300 кВт. Тепловая энергия газопоршневых установок летом используется для горячего водоснабжения, а зимой – для отопления зданий. Основные сложности имели место при работе в островном режиме при переменных нагрузках производства и работе солнечных электростанций (влияние облачности). Чтобы не допустить «передавливания» солнечных электростанций и газопоршневых установок, необходимо было автаматическое и быстрое управление выработкой солнечной энергии.
На рис. 5 представлена схема энергобаланса предприятия. Из региональной энергосистемы предприятие за 2022 г. получило 2,2 МВт·ч и отдало избытки выработанной электроэнергии 1 МВт·ч.
Из региональных газовых сетей было получено 3 млн м3 природного газа, из которого было выработано 7,2 МВт·ч электрической и 8,6 МВт·ч тепловой энергий. На рис. 6 представлены графики производства и потребления электрической энергии газопоршневых установок, солнечных электростанций, энергосистемы.
Базовую нагрузку в течении года несут газопоршневые установки с пиковым значением в октябре. В летнее время она сокращается за счет работы солнечных электростанций. Максимальное значение потребления элетроэнергии от энергосистемы имеет место в сентябре-октябре. На рис. 7 представлен суммарный график производства-потребления электрической энергии предприятия, из которого следует возможность дальнейшего увеличения мощности солнечных электростанций на 500 кВт, всего до 1500 кВт.
На рис. 8 приведена структура каждого вида генерации в течении 2022 г. и их доли. Электрическая энергия в 2022 г. приобреталась от Темрюкского района электрических сетей по цене 9–10 руб./кВт·ч, стоимость энергии газопоршневых установок составляла 4,6 руб./кВт·ч.
При сметной стоимости солнечных электростанций в 64 млн руб. срок ее окупаемости составил около 4,5 лет.
С учетом изложенного на примере одного из предприятий Краснодарского края можно сделать вывод о технической возможности и экономической целесообразности сократить потребление электрической энергии из энергосистемы до 12,2% за счет работы газопоршневых и солнечных электростанций предприятия со сроком окупаемости инвестиций до 4,5 лет.
