ПРОЕКТ
Отрасль: генерацияО проекте
Задача
Обеспечение нулевых перетоков мощности во внешнюю сеть с сохранением непрерывности работы промышленного предприятия при интеграции солнечной электростанции.
Дополнительно:
- повышение энергоэффективности предприятия
- работа в условиях балансирующего рынка электроэнергии
- учёт жёстких ограничений по размещению оборудования
Проблема
Проекты с возобновляемыми источниками энергии, особенно с солнечной генерацией, характеризуются сложной экономической моделью, обусловленной:
- переменным характером генерации (временная и погодная зависимость)
- зависимостью стоимости электроэнергии от тарифного регулирования и условий балансирующего рынка
Особенности проекта
-
Работа СЭС на нагрузку с резко переменными режимами потребления
-
Требования Заказчика:
- обеспечение нулевых перетоков мощности во внешнюю сеть
- минимизация потребления электроэнергии из сети
-
Ограничения:
- жёсткие ограничения по площади размещения оборудования
- ограниченный бюджет проекта
-
Эксплуатационные условия:
- климатические условия - высокие температуры окружающей среды
- наличие гармонических искажений, вызванных работой инверторов
Риски
-
дефицит генерирующей мощности, приводящий к риску остановки технологического процесса и значительным экономическим потерям
-
зависимость от нестабильной внешней сети, включая:
- работу по повышенным тарифным ставкам в часы пикового потребления
-
отсутствие корректной методики сопоставления профилей генерации и нагрузки, что приводит к:
- избыточному резервированию мощности СЭС
- завышенной ёмкости накопителей энергии
- неэффективному использованию капитальных затрат
- ухудшению показателей LCOE/LACE (согласно методологии U.S. Energy Information Administration)
Подход
Для поиска оптимального решения была разработана полная цифровая модель, объединяющая:
- солнечную электростанцию
- энергосистему предприятия Заказчика
Модель включала систему электроснабжения вплоть до шин ОРУ 110/35 кВ.
В рамках реализации проекта был выполнен следующий комплекс работ:
- сбор и верификация исходных данных с выездом специалистов на объект
- подбор фотоэлектрических модулей и инверторов с учётом ограничений по размещению
- разработка цифровой модели энергосистемы
- расчёт необходимой установленной мощности СЭС
- расчёт установившихся режимов для различных погодных условий и времени суток
- расчёт необходимой ёмкости накопителей энергии
- моделирование режимов заряда и разряда аккумуляторных батарей
- расчёт токов короткого замыкания
- расчёт гармонических искажений сети
- подбор оборудования распределения электроэнергии
- техническое сопровождение закупочных процедур Заказчика по выбору поставщиков оборудования
Анализ
Для решения задачи была создана детальная модель электростанции и энергосистемы предприятия Заказчика до уровня ОРУ 110/35 кВ с учётом внешней сети.
При проведении расчётов рассматривались наиболее консервативные условия:
- анализировались все режимы работы предприятия, включая максимально возможный суточный график нагрузки
- профиль мощности электростанции принимался с учётом неблагоприятных погодных условий (облачность, осадки)
Профили генерации (с учётом реальной инсоляции региона) и нагрузки были сопоставлены для определения:
- оптимальной установленной мощности фотоэлектрических модулей
- параметров инверторного оборудования
- экономически эффективного режима работы СЭС
При выборе фотоэлектрических модулей учитывались:
- технология производства (монокристаллические, поликристаллические, тонкоплёночные)
- геометрические размеры
- температурные характеристики
- стоимость различных решений
В соответствии с полученной мощностью и доступным местом на генплане было подобрано максимально эффективное решение и модели панелей и инверторов.
Выбор инверторного оборудования выполнялся с учётом ограничений по размещению трансформаторных подстанций и распределительных устройств, что привело к применению решений с уровнем выходного напряжения 0,8 кВ.
Для минимизации занимаемой площади были выбраны трансформаторы с расщеплённой низковольтной обмоткой.
При этом увеличение стоимости нестандартного оборудования было компенсировано снижением затрат на строительную часть за счёт уменьшения габаритов КТП.
Расчётные параметры проверялись на соответствие требованиям:
- ГОСТ Р 70787-2023 «Единая энергетическая система и изолированно работающие энергосистемы. Возобновляемые источники энергии. Технические требования к фотоэлектрическим солнечным станциям»
- ГОСТ 32144-2013 «Электрическая энергия. Нормы качества электрической энергии»
- ГОСТ IEC/TR 61000-3-6-2020 «Электромагнитная совместимость (ЭМС). Часть 3-6»
- IEC 63409-3:2025 «Photovoltaic power generating systems connection with grid»
- ШНК 2.04.15-23 «Фотоэлектрические станции»
Результат
В ходе выполнения проекта были достигнуты следующие результаты:
-
обеспечено выполнение ключевого требования Заказчика — нулевые перетоки мощности во внешнюю сеть
-
обеспечена устойчивая и прогнозируемая работа предприятия при переменной генерации
-
определена оптимальная установленная мощность фотоэлектрических модулей и инверторов с учётом:
- профилей генерации
- профилей нагрузки
- ограничений по площади
-
подобраны фотоэлектрические модули с низким температурным коэффициентом, обеспечивающие минимальные потери в условиях высоких температур
-
применены трансформаторы с расщеплённой обмоткой, что позволило:
- снизить капитальные затраты
- уменьшить объём строительной части
- сократить количество высоковольтного оборудования, РЗиА и кабельных линий
-
выполнена замена существующих БСК на ПС 110/35 кВ на решения с дросселями, что позволило:
- компенсировать гармонические искажения от инверторов
- исключить ложные срабатывания релейной защиты
-
по результатам сопоставления профилей генерации и нагрузки определена оптимальная ёмкость накопителей энергии, обеспечивающая:
- нулевые перетоки мощности
- минимально возможные капитальные вложения
- достигнуто снижение потребления электроэнергии из внешней сети и снижение удельных затрат Заказчика на выпуск продукции