Комплексное решение, объединяющее солнечную и ветровую энергетику, аккумуляторные батареи, генераторы на основе ТЭЦ и систему управления энергией (EMS), для промышленных и жилых объектов
В Валенсии высокий потенциал солнечной энергетики, однако практичная микросеть должна также решать задачи удовлетворения спроса вечером, колебаний цен на электроэнергию, ограниченных ветровых ресурсов, потребностей в отоплении и горячей воде, перебоев в работе централизованной сети и ограничений по уровню шума в жилых зонах. Комплексная система, объединяющая фотоэлектрические панели (solar PV), аккумуляторные накопители энергии, ветрогенераторы, дизельные генераторы на основе ТЭЦ, централизованную сеть и систему управления энергией (EMS), способна сбалансировать все эти требования.
1. Энергетические проблемы, которые вы можете не заметить до запуска системы
Настоящая сложность заключается не просто в том, сколько возобновляемой энергии может произвести объект. Ключевой вопрос — совпадает ли выработка по времени, стоимости и типу потребления. Система может производить достаточное количество энергии за год и при этом испытывать трудности с нагрузкой вечером, отоплением, горячей водой или перебоями в подаче.
Высокие и нестабильные затраты на электроэнергию
Стоимость электроэнергии может значительно различаться в зависимости от времени суток. Это делает сдвиг энергопотребления выгодным: аккумуляторные системы хранения могут использовать дешёвую электроэнергию и сокращать закупки из сети в периоды её высокой стоимости.
Справочник цен на электроэнергию по временным зонам
Приведённые ниже значения носят ориентировочный характер и используются при анализе проектов. Фактические затраты заказчика зависят от условий договора на электроэнергию, рыночной конъюнктуры и применяемых надбавок.
|
Будни Время / Условие
|
Диапазон цен
|
Типичная реакция EMS
|
|
00:00–08:00
Ночная зона (минимальная цена)
|
Примерно 0,02–0,04 €/кВт·ч
|
Зарядка ESS недорогой электроэнергией из сети при экономической целесообразности; использование доступной ветроэнергии.
|
|
08:00–10:00
Промежуточная зона / период низких цен
|
Примерно 0,04–0,08 €/кВт·ч
|
Использовать солнечную энергию для местных нагрузок; избирательно использовать систему хранения энергии (ESS); сеть покрывает оставшийся дефицит.
|
|
10:00–14:00
Пиковая (высокая цена)
|
Примерно 0,20–0,35 евро/кВт·ч
|
Разряжать ESS для снижения закупок из сети в пиковые часы; использовать солнечную энергию для местных нагрузок; экспортировать электроэнергию только при экономической целесообразности.
|
|
14:00–18:00
Промежуточная зона / период низких цен
|
Примерно 0,04–0,08 €/кВт·ч
|
Продолжать самообеспечение за счёт возобновляемых источников и управлять ESS в зависимости от степени заряда и ожидаемого пикового спроса.
|
|
18:00–22:00
Пиковая (высокая цена)
|
Примерно 0,20–0,35 евро/кВт·ч
|
Разряжать ESS; использовать ТЭЦ только тогда, когда генерация из возобновляемых источников и запасы в системе хранения не могут удовлетворить критические потребности.
|
|
22:00–24:00
Промежуточная зона / период низких цен
|
Примерно 0,04–0,08 €/кВт·ч
|
Балансировать оставшуюся ёмкость ESS, доступность ветровой энергии ночью и энергопотребление на следующий день.
|
|
Период отрицательных цен (специальное условие) 11:00–16:00
|
Отрицательная цена; Продажа избыточной электроэнергии с убытком
|
Отдавать приоритет местному потреблению и зарядке систем хранения энергии (ESS); избегать ненужного экспорта и сокращать выработку при необходимости.
|
Периоды отрицательных цен могут совпадать с обычными дневными тарифными периодами, а не образовывать отдельную суточную зону. В выходные дни и государственные праздники также могут действовать иные условия ценообразования.
Солнечная генерация не совпадает по часам с потреблением
Валенсия обладает высоким потенциалом солнечной энергии: годовая инсоляция составляет примерно 1600–1700 кВт·ч/м², а ожидаемая выработка фотоэлектрических модулей — около 1600 кВт·ч/кВтp при оптимальном угле наклона примерно 38°. Однако выработка ФЭС падает до нуля после захода солнца, в то время как многие нагрузки остаются активными. Поэтому аккумуляторные системы хранения играют важную роль в переносе дневной генерации на другие часы.
Низкая скорость ветра ограничивает роль ветроэнергетики
Средняя скорость ветра составляет около 3 м/с, поэтому ветроэнергетику целесообразно рассматривать скорее как дополнительный источник, чем как основной. Более сильные ночные ветры могут обеспечить полезную выработку в периоды, когда солнечная генерация недоступна.
Спрос на отопление и горячую воду создаёт вторую энергетическую задачу
Дизель-генератор обычно отводит значительное количество тепла через свои системы охлаждения и выпуска отработавших газов. При когенерации (ТЭЦ) тепло, отбираемое из рубашки охлаждения и выхлопных газов с температурой около 450 °C, можно использовать для отопления, горячего водоснабжения или технологических нужд.
Нестабильность электросети может превратить проблему с электроснабжением в проблему бесперебойности питания.
Возобновляемые источники энергии снижают зависимость от централизованной сети, однако их выработка остаётся переменной. Для критически важных нагрузок необходимы резервные аккумуляторные системы, возможность автономной работы («островного» режима) и управляемый источник генерации. Дизельные генераторы ТЭЦ могут обеспечить такой управляемый резервный уровень.
Шум может стать ограничением при проектировании в жилых зонах.
Жилые проекты выигрывают от использования малошумного оборудования. Вертикально-осевые ветротурбины (VAWT) подходят там, где важны низкий уровень шума и минимальное визуальное воздействие, тогда как горизонтально-осевые ветротурбины (HAWT) лучше подходят для промышленных предприятий и ферм.
2. Решение: интегрированная микросеть на основе солнечной, ветровой, аккумуляторной, когенерационной (ТЭЦ) и систем управления энергией (EMS)
Система функционирует как единая согласованная энергетическая платформа, а не как отдельные продукты: фотоэлектрические модули, аккумуляторы, ветрогенераторы, дизельные генераторы и сеть. Управление посредством системы управления энергией (EMS) согласует выработку и накопление энергии с потреблением, ценами на электроэнергию, доступностью возобновляемых источников и требованиями к резервному питанию.
3. Принцип работы микросети
Стратегия эксплуатации должна быть динамичной, а не основываться на фиксированной иерархии источников. Возобновляемая энергия используется для локальных нагрузок при её наличии; аккумуляторы переносят энергию во времени; электроэнергия из сети применяется при выгодных тарифах; комбинированная теплоэлектроцентрали (CHP) включается при необходимости обеспечения надёжности или удовлетворения теплового спроса за счёт управляемой генерации.
|
Время / Условие
|
Цена / Условие
|
Стратегия EMS
|
Основная цель
|
|
00:00–08:00
|
В период низкого спроса; 0,02–0,04 €/кВт·ч
|
Заряжать систему хранения энергии (ESS) электроэнергией из сети по более низким тарифам при целесообразности; использовать доступную ветровую энергию.
|
Оптимизация затрат на энергию.
|
|
08:00–10:00
|
Низкая цена; 0,04–0,08 €/кВт·ч
|
Фотоэлектрические модули обеспечивают местные нагрузки; аккумуляторная система хранения энергии (ESS) подключается по мере необходимости; сеть покрывает дефицит.
|
Максимизировать собственное потребление.
|
|
10:00–14:00
|
Пиковая зона; 0,20–0,35 €/кВт·ч
|
Разряжать ESS; использовать электроэнергию от фотоэлектрических модулей локально; экспортировать только при экономической целесообразности.
|
Сглаживание пиков и оптимизация стоимости.
|
|
14:00–18:00
|
Низкая цена; 0,04–0,08 €/кВт·ч
|
Продолжать собственное потребление электроэнергии от фотоэлектрических модулей и готовить ESS к вечернему пику.
|
Сократить закупки электроэнергии из сети.
|
|
18:00–22:00
|
Пиковая зона; 0,20–0,35 €/кВт·ч
|
Разряжать ESS; включать газопоршневую электростанцию (CHP) только тогда, когда возобновляемые источники энергии и накопители не могут удовлетворить критические потребности.
|
Надёжность при контролируемом расходе топлива.
|
|
22:00–24:00
|
Низкая цена; 0,04–0,08 €/кВт·ч
|
Балансировать уровень заряда ESS с учётом ночного ветра и потребностей следующего дня.
|
Стоимость и устойчивость.
|
|
Период отрицательных цен
|
Специальное условие; пример из источника: 11:00–16:00
|
Приоритезировать местное потребление и зарядку аккумуляторной системы хранения энергии (ESS); избегать ненужного экспорта; при необходимости ограничивать выработку.
|
Избегать потерь из-за отрицательных цен.
|
4. Почему ТЭЦ превращает микросеть в нечто большее, чем резервную систему электроснабжения
ТЭЦ превращает дизельный генератор из устройства исключительно аварийного резерва в управляемый источник электроэнергии и полезного тепла. Отходящее тепло может использоваться для отопления и обеспечения горячей водой бытовых или технологических нужд, а накопители горячей воды позволяют разъединить производство тепла и его потребление. В автономных (off-grid) системах ТЭЦ также может сократить требуемую ёмкость аккумуляторов в периоды продолжительного снижения выработки возобновляемых источников энергии.
5. Пример применения:
Микросеть для завода и фермы
Заводы и фермы могут комбинировать солнечные панели на крышах или на земле, аккумуляторные системы хранения энергии, ветрогенераторы, ТЭЦ и тепловые накопители для обеспечения непрерывной работы, удовлетворения потребностей в ночное время и тепловой нагрузки.
Представительная оценка срока окупаемости составляет примерно 3–5 лет, однако фактические результаты зависят от профиля нагрузки, цен на электроэнергию, стоимости оборудования, выработки возобновляемых источников энергии и стратегии эксплуатации.
Жилые и сельские микросети
Для отдельно стоящих домов, вилл и сельских объектов предлагаемое решение предусматривает компактную малошумную конфигурацию, ориентированную на самообеспечение, резервное электропитание, отопление и горячее водоснабжение.
Окончательный подбор мощности должен основываться на реальных нагрузках домохозяйства, сезонной выработке энергии из возобновляемых источников, автономности аккумуляторов и мощности генератора. Полная независимость от централизованной сети без проверки на конкретном объекте не должна предполагаться.
6реализация проекта: от оценки до ввода в эксплуатацию
Успешная микросеть требует инженерной проработки, выходящей за рамки простого перечня оборудования. Проект должен последовательно проходить этапы оценки нагрузок, индивидуального проектирования, обеспечения соответствия нормативным требованиям, производства, монтажа, ввода в эксплуатацию и долгосрочной технической поддержки.
7ключевые преимущества комплексного подхода
- Снижение затрат на электроэнергию из централизованной сети за счёт самостоятельного потребления солнечной энергии, использования аккумуляторных систем хранения и управления потреблением в зависимости от времени суток.
- Сглаживание пиковых нагрузок и перенос потребления энергии во времени вместо полной зависимости от мгновенной выработки возобновляемых источников энергии.
- Взаимодополняющая генерация на основе солнечной и ветровой энергии, при этом ветровая энергия рассматривается как вторичный источник в условиях низкой ветровой активности в Валенсии.
- Теплоэлектроцентраль на дизельном топливе, обеспечивающая регулируемую выработку электроэнергии и полезное утилизируемое тепло.
- Повышение устойчивости за счёт резервного питания от аккумуляторов и автономного режима работы под управлением системы управления энергией (EMS).
- Комплексные решения для отопления и обеспечения горячей водой бытового или технологического назначения.
- Тихие варианты ветрогенераторов и акустическая обработка для объектов, чувствительных к шуму.
- Дистанционный мониторинг и согласованное управление несколькими энергетическими активами.
- Модульные конфигурации для промышленных предприятий, ферм, жилых домов и сельских участков.
- Комплексная инженерная поддержка «под ключ» — от предварительной оценки до ввода в эксплуатацию и послепродажного обслуживания.
8. Более умный способ проектирования энергосистем в Валенсии
Микросеть должна проектироваться с учётом взаимодействия между производством энергии, её потреблением, ценами на электроэнергию, тепловыми нагрузками и требованиями к надёжности. Солнечная энергия обеспечивает высокую генерацию днём, однако сама по себе не решает задачу удовлетворения спроса вечером, отключений сети или потребностей в отоплении. Ветровая энергия может дополнять солнечную, но низкая средняя скорость ветра ограничивает её роль. Аккумуляторные системы переносят энергию во времени, а ТЭЦ обеспечивает управляемый резерв и полезное тепло.
Следовательно, ценность системы определяется координированным управлением, а не каким-либо отдельным компонентом. Окончательное определение мощностей должно основываться на реальных данных объекта, включая графики электрических нагрузок, критические нагрузки, потребности в отоплении и горячей воде, ресурсы солнечной и ветровой энергии, состояние сети, тарифы на электроэнергию и экономические цели.
9. Torchpower: Комплексные энергетические решения
Torchpower предоставляет комплексные решения в области энергетических технологий, охватывающие оценку систем, индивидуальное проектирование, поставку оборудования, поддержку соответствия требованиям, доставку, дистанционное техническое сопровождение, координацию пусконаладочных работ и долгосрочную послепродажную поддержку. Каждая микросеть может быть настроена в соответствии с профилем нагрузки объекта, доступным пространством, бюджетом, возобновляемыми ресурсами и условиями централизованной электросети.
EN
