Семь шагов, которые нужно сделать для создания эффективной фотоэлектрической станции

Первый шаг. Проведение скрининга (выбора) потенциальных площадок для проектирования фотоэлектричкой станции (ФЭС)

На текущем этапе происходит ранжирование потенциальных площадок по соответствию критериям, для дальнейшего исследования. Площадки проверяются на соответствие критериям, определяющих возможность, оптимизацию и эффективность строительства. Скрининг потенциальных площадок производится, как минимум на основании следующих критериев.

1. Критерии влияющие на выработку э/э.

• Отсутствие затеняющих элементов рельефа (холмы, горы, леса) и строений в южном направлении;
• Рельеф должен быть ровным или опускаться в южном направлении (влияние на длину тени). Площадка не дожна быть в низине, в районе разлива рек;
• Первоначальная оценка инсоляции и выработки э/э с помощью онлайн ресурсов (Global solar atlas).

2. Критерии влияющие на стоимость строительства.

• Наличие рабочей подъездной дороги для обслуживания станции;
• Подходящие геологические условия для строительства (выполняются предварительные геологические изыскания);
• Протяженность кабельной (воздушной) линии для выдачи электрической энергии в государственные электрические сети, напряжение линии;
• Наличие действующей трансформаторной подстанции, удовлетворяющие требуемой мощности.

3. Критерии влияющие на возможность строительства.

• Назначение земельного участка должно подходить для строительства;
• Отсутствие религиозных, историко-культурны, охраняемых природных объектов и других ограничивающих факторов на площадке.

Для каждой из выбранной площадки необходимо определить максимальную мощность источника ФЭС, которая зависит от размеров выбранной площадки и от требований технического задания. В последующем мощность может быть ограничена пропускной способностью электрических сетей.

Второй шаг. Исследование возможности передачи электроэнергии для выбранных площадках

Анализ возможности передачи электроэнергии в сеть энергосистемы и оптимального выбора точки подключения (в случае наличия на площадке сетей с разным классом напряжения) выполняется следующим образом:

1. Разработка ситуационной схемы ближайших к площадке линий электропередач на основании данных от энергоснабжающих предприятий, натурального визуального обследования, спутниковых съёмок Yndex map, Google map, карт национальной кадастровой службы.
2. На основании полученных данных о протяженности ЛЭП и максимальной мощности проектируемого энергоисточника (ФЭС), осуществляется оценка возможных классов напряжения ЛЭП для выдачи электрической мощности в электрические сетей (на основании графика области применения электрических сетей разных номинальных напряжений).
3. Анализируется наиболее оптимальная трасса прокладки кабельной (воздушной) линии от энергоисточника (ФЭС) до ЛЭП. Выполняется расчет и выбор сечения, а также типа кабельных линий для подключения энергоисточника к ЛЭП. Результатом является техническая характеристика схемы выдачи мощности, включая следующие показатели:

• протяжённость кабельной (воздушной) линии;
• требуемая мощность и класс напряжения трансформаторных подстанций.

4. На основании полученных данных составляется однолинейная схема электрической сети района с включением в нее проектируемого энергоисточника. На данной схеме отображается протяженность, тип и сечение ЛЭП между подстанциями, основное оборудование трансформаторных подстанций (мощность, уровни напряжений, тип обмоток трансформаторов и их мощность), точки и сила тока короткого замыкания (КЗ), положение коммутационных аппаратов.
5. Составляется расчетная схема замещения с указанием рассчитанных параметров сети (сопротивление трансформаторов, сопротивление ЛЭП, напряжение в узлах системы, мощность, потребляемая узловыми подстанциями).
6. Анализируется потокораспределение мощности проектируемого энергоисточника в электрических сетях. Для выполнения моделирования используется программно-технический комплекс RastrWin.
7. По полученным данным так же проверяется пропускная способность линий электропередач и необходимость их реконструкции.

По вышеуказанным результатам, возможно выполнить следующее:

• исследование возможных вариантов подключения, проектируемой ФЭС к сетям энергосистемы;
• оценка возможность подключения к энергосистеме;
• оценка необходимости реконструкции существующих сетей энергосистемы (далее можно определить стоимость реконструкции);
• результаты работы лягут в основу проектных работ, как исходные данные для проектирования.

Третий шаг. Разработка технико-экономического обоснования строительства источника ВИЭ на площадках

Разработка ТЭО состоит из следующих основных этапов:

1. Выбор основанного оборудования ФЭС. Выбор количества и варианта расположения панелей на столе. Расстановка столов на площадке.

Выбор основанного оборудования

Основным оборудование ФЭС являются солнечные панели. Наиболее распространены два вида:

• поликристаллические солнечные панели;
• монокристаллические солнечные панели.

Монокристаллический модуль более эффективен (КПД от 15% до 22%) и выдает больше мощности при тех же размерах, но поликристаллические (КПД от 12 до 17%) модули дешевле.

Выбор угла наклона панелей

Панель работает максимально эффективно когда солнечные лучи падают на неё под прямым углом, оптимальный угол близок к углу равному широте. Однако, воздействие других факторов таких как протяжённость дня, ограничения по высоте, затенение и компоновка ФЭС воздействует на выработку - угол наклона панелей лучше выбирать (проверять) с помощью моделирования в программном комплексе PVSYST или другом.

Практика показывает, что наиболее эффективный угол наклона солнечных панелей широта⁰ минус 10⁰-15⁰. В случае если нужно обеспечить максимальную выработку электроэнергии зимой или летом (работа кондиционеров, электрического отопления), то угол наклона должен быть зимой (21 декабря) ширта⁰ + 23⁰, летом (21 июня) = ширта⁰ - 23⁰.

2. Выбор количества панелей и их расположение на столе.

Столы ориентируются строго на юг. Цепочка последовательно соединённых панелей называется «string», является единицей солнечной станции, которая определяет постоянное напряжение на котором будут подключатся инверторы.

Важно, чтобы на одном столе были соединены панели:

• одного вида, если на столе среди монокристаллов есть поликристаллическая панель, преимущества монокристалла теряется, так как стол работает так как самая неэффективная панель на нем!
• одной мощности (с одинаковым КПД).

3. Расстановка столов с панелями.

Расстояние между рядами столов с панелями рассматривается из условия не затенения по наименьшему значению высоты солнца над горизонтом (декабрь).

Максимальная мощность ФЭС зависит от количества установленных панелей, а на это влияют следующие факторы:

• площадь участка;
• угол наклона панелей;
• географическая широта расположения площадки;
• характеристики инверторного оборудования;
• напряжение выдачи в сеть энергосистемы.

4. Расчет технико-экономических показателей.

Для расчёта максимальной мощности, выработки и для расстановки солнечных панелей может быть использовано специализированное программное обеспечение такое как PVSYST. Программа позволяет моделировать солнечную станцию, схему подключения к сетям энергосистемы, рассчитывает все необходимые параметры.

При расчете выработки электроэнергии от ФЭС необходимо учитывать влияние климатических условий и фактора времени:

• Температурный коэффициент.

В процессе эксплуатации модуль нагревается, в результате чего номинальная мощность солнечного модуля снижается. В среднем у моно и поликристаллических солнечных модулей температурный коэффициент составляет -0,45%. То есть при повышении температуры на 1 градус цельсия от стандартных условия STC, каждый солнечный модуль будет терять мощность согласно коэффициенту. Солнечный модуль может терять при нагреве от 15 до 25% от своей номинальной мощности.

• Запыленность на площадке строительства ФЭС.

В местности где мало осадков и повышенное пылеобразование необходимо предусматривать чистку панелей. В наиболее пыльных регионах мира, даже если панели очищаются ежемесячно, они все равно могут потерять от 17 до 25% производства энергии. И если очистка происходит каждые два месяца, потери составляют от 25 до 35 %.

• Панели стареют.

Мощность качественного поликристаллического модуля в первый год снижается в среднем на 2%, монокристаллического на 3%. В последующие годы монокристаллический модуль деградирует на 0,71%, в то время как поликристаллический деградирует на 0,67% в год.

При выборе панелей и расчете выработки электроэнергии необходимо учитывать все указанные параметры, в том числе температурный режим летом.

5. Оценка капитальных затрат производится на основании объектов-аналогов или рассчитывается на основании спецификаций оборудования и перечня работ.

В оценке капитальных затрат оцениваются следующие:

• стоимость проектно-изыскательских работ;
• стоимость основного оборудования;
• строительно-монтажные работы;
• затраты на создание инфраструктуры: подключение к электрическим сетям, реконструкция сетей, дорога для доставки и обслуживания оборудования;
• транспортные расходы и др.

6. Расчет экономической эффективности и технической целесообразности строительства источника ВИЭ.

Основными показателями эффективности использования инвестиционных ресурсов являются: чистый дисконтированный доход (NPV), внутренняя норма рентабельности (IRR) и динамический срок окупаемости проекта. Критериями принятия решения являются:

• NPV>0;
• IRR>ставки дисконтирования;
• срок окупаемости проекта <срока службы основного оборудования.

Расчет экономической эффективности можно производить по другим методикам, если это предусмотрено ТЗ или нормативными актами.

7. Выбор наилучших площадок, соответствующих условиям ТЗ.

Четвертый шаг. Установка измерительного оборудования на выбранных площадках

На данном этапе уже выбрано потенциальное место расположения солнечной станции на основании карт ресурсов солнечной энергии и других важных критериев, таких как, существующая инфраструктура, расстояние до сетей электропередач и т.д.

При необходимо проверить правильность выбора, устанавливают оборудования для измерений потока энергии солнечного излучения непосредственно на месте в течение как минимум года.

Частота измерений должна обеспечивать полное понимание изменений необходимых параметров в течение каждого дня. Например, выбранное место может иметь много солнечных дней, но если там слишком высокий уровень загрязнения атмосферы или большая ее запыленность, то такое место не подходит для установки солнечной электростанции.

В качестве измерительного оборудования устанавливают два пиранометра один в горизонтальной плоскости, другой под расчетным углом к горизонту, датчики температуры и влажности.

Зачастую решение о строительстве принимается на основании данных ближайшей существующей метеостанции и глобальных данных о инсоляции для рассматриваемого региона.

Все прибору должны быть откалиброваны и иметь сертификаты.

Пятый шаг (в случае проведения измерений). Анализ полученных данных после года измерений. Расчет показателей выработки и расчет эффективности инвестиций на основании проведенных измерений.

Анализ данных измерений должна выполнять компания с аккредитацией DIN EN ISO / IEC 17025 на выполнение работ в области анализа и оценки данных измерений.

На основании анализа годовых измерений инсоляции и температуры окружающей среды производится моделирование ФЭС и рассчитываются показатели эффективности станции на выбранных площадках с разными вероятностями (P50, P75, P90, P95).

Лучшие площадки выбирают для дальнейшего строительства.

Шестой шаг. Сбор исходно-разрешительной документации для проведения проектно-изыскательских работ

До начала проектирования необходимо собрать исходно-разрешительную документацию для выбранных площадок.

Часть необходимых исходных данных для проектирования:

• задание на проектирование;
• разрешение местного органа управления;
• геологические и геодезические изыскания;
• документация о выводе земельного участка;
• технические условия (ТУ) на подключение электрогенерирующих мощностей от энергоснабжающей организации;
• ТУ местного водоканала (справка) на водоснабжение на период строительства;
• ТУ на подключения к системам связи;
• ТУ автоинспекции;
• заключение пожарной организации;
• заключение центра эпидемиологии и гигиены;
• разрешение служб по чрезвычайным ситуациям;
• разрешение экологов.

Седьмой шаг. Разработка архитектурного и/или строительного проекта ФЭС

Основные разделы проекта солнечной электростанции включают в себя, такие основные разделы как:

1. Технологические решения

Раздел проекта «Технологические решения» («ТХ») является одним из ключевых разделов в проектировании, в данном раздела проекта выбирается основное и вспомогательное оборудование и описываются все необходимые ресурсы, их количество для обеспечения работоспособности объекта. Все остальные разделы проекта являются вспомогательными и обеспечивают работоспособность внедряемого оборудования и процессов, связанных с ним.

2. Конструктивные решения

Позволяют проработать несущий конструктив сооружений (такие как, фундамент и несущий каркас столов солнечных панелей, несущие элементы вспомогательных зданий,), обеспечивающего его надежность, прочность, а также долговечность. КР обозначают специфику, а также назначение конструкций, тип применяемых стройматериалов. При разработке необходимо учитываются климатические и гидрогеологические характеристики района.

3. Электротехнические решения

Выполняются проектные работы, связанные с устройством сетей и оборудования для обеспечения электроснабжения объекта и выдачи электроэнергии в сети энергосистемы.

4. Генеральный план, благоустройство и транспорт

Работы связанные с расстановкой оборудования и сооружений на генеральном плане, подготовка участка, строительство автомобильных и пешеходных дорог, благоустройство, вертикальная планировка.

5. Автоматизация комплексная

Выполняется проектирование систем автоматики и управления технологическим процессом (выработка электроэнергии, создание базы данных, взаимодействие датчиков с системами и оборудованием).

6. Охрана окружающей среды

В разделе описываются требования, работы и мероприятия, связанные с охраной окружающей среды, соответствие экологическим условиям объекта строительства. Производится общая оценка воздействия проектируемого объекта на окружающую среду и людей.

7. Проект организации строительства

В разделе проекта описывается работы и строительное оборудование, которое потребуется на разных этапах строительства. Расстановка крупной строительной техники на площадке строительства и условия её эксплуатации.

8. Другие не менее важные разделы.

Такие как: релейная защита и телемеханизация, автоматизированный учет электроэнергии, видеонаблюдение, сметная документация.

Почему стоит выбрать ЭНЭКА для выполнения проектных и предпроектных работ в области ВИЭ?

• В настоящее время в штате компании находятся ведущие инженеры-технологи всех направлений альтернативной энергетики.
• При разработке подобных проектов используются современное программное обеспечение и методы проектирования (BIM – технологии).
• Компания находится на рынке инженерно-консалтинговых услуг уже более 17 лет и является одной из первых в сфере строительства альтернативных источников энергии.
• Обладает весомым опытом проектирования в данном направлении на международном рынке и обширным референс-листом.