Энергоснабжение удалённых промышленных объектов (часть 2)

Интеллектуальные системы управления для обеспечения эффективности

Неэффективность гибридных энергокомплексов в экономическом и технологическом планах может стать серьёзным препятствием для перехода к их повсеместному использованию. Если отсутствует возможность планирования и управления системой, то и отказ от её внедрения вполне объясним.

Одной из главных причин, из-за которой гибриды всё ещё являются редким явлением в энергетике, остаётся ненадёжность прогнозов энергоресурсов. Здесь речь идёт о ветровой и солнечной типах энергии. Не менее важным является и переменчивость и сложность графиков потребления энергии на промышленных и коммерческих объектах. А отсутствие комплексной системы управления, которая обеспечивает среднесрочное планирование и управление имеющимися ресурсами в режиме реального времени, делает ГЭК неэффективным проектом, который не сможет стать альтернативой более традиционным энергетическим системам.

Для того чтобы стать конкурентноспособной и эффективной, ГЭК должен учитывать следующие факторы управления:

1. Оптимизация рабочего режима оборудования. Это означает, что каждый элемент системы, имеющий свои эксплуатационные характеристики и требования к ТО, должен использоваться, согласно указанным параметрам. Неправильная эксплуатация, учащённые запуски и остановки, постоянная работа в максимально допустимых режимах – всё это ведёт к быстрому и значительному износу оборудования.
2. Выстраивание планирования с учётом износа оборудования и режима ТО. Система должна быть оптимизирована. Она должна учитывать сроки технического обслуживания и ремонта оборудования, чтобы периоды простоя были оптимизированы, а рабочее состояние поддерживалось на нужном уровне.
3. Подбор состава генерирующего комплекса. Здесь нужно опираться на прогнозы доступных ресурсов, а также на предполагаемый спрос. Система должна определять, какие источники энергии нужно включать, какие режимы работы выбирать. Например, подключение дизельного генератора при малых нагрузках может быть невыгодным экономически и приводить к его износу.

Если система управления, учитывающая вышеприведённые факторы, отсутствует, то может возникнуть ряд проблем, в числе которых:

• быстрый износ оборудования – частый запуск и остановка генераторов, неэффективное использование элементов системы (в том числе СНЭ) ведёт к ускоренному износу оборудования;
• снижение эффективности – если оборудование работает в неэффективных режимах, то и топлива будет затрачиваться гораздо больше, равно как и электроэнергии на поддержание нагрузки будет уходить немало;
• увеличение операционных расходов – ГЭК по идее должен помогать снизить расходы, однако если оптимизированная система управления отсутствует, то вместо экономии на энергоснабжении пользователь получает ещё более высокий уровень расходов за счёт непредсказуемости эксплуатации и необходимости в любой момент проводить внеплановой ТО.

Высокая капитальная составляющая

Ещё одной критически важной проблемой внедрения ГЭК является высокая капитальная составляющая. Несмотря на то что технологии возобновляемой энергии и систем её накопления заметно подешевели за последние несколько десятилетий, начальные затраты на их организацию всё ещё остаются в положении выше среднего. Для крупных предприятий это не так затратно, но вот для промышленных объектов, для которых начальные вложения могут повлиять на рентабельность проекта – каждая копейка имеет значение.

Потому планирование состава ГЭК должно быть грамотным и тщательным. Выбирать оборудование для системы нужно с учётом потребностей, климатических особенностей и режима работы. Только при учёте этих факторов оборудование сможет в долгосрочной перспективе проявить свою экономическую эффективность. Любая ошибка в подборе, например, мощностей или конфигураций резервных систем может привести к внеплановым инвестициям, что, конечно, скажется на сроках окупаемости проекта.

Для удобства пользователей существуют специальные инструменты для моделирования (как технической составляющей, так и экономической составляющей проекта). Эти инструменты помогают оптимизировать выбор. Техническое моделирование учитывает физические и эксплуатационные характеристики оборудования. Экономическое моделирование оценивает расходы и доходы в течение всего жизненного цикла комплекса. Этот набор инструментов является ценным помощником, позволяющим снизить риск возникновения финансовых кризисов, а также максимизировать отдачу от тех вложений, которые были внесены в качестве начального капитала.

Тщательное планирование и применение современных инструментов моделирования позволяют снизить любые риски, связанные с организацией ГЭК для промышленных объектов. Высокая капитальная составляющая также нивелируется, что делает проект более устойчивым и экономически эффективным.

Примеры использования ВИЭ в организации энергокомплексов

В качестве одного из примеров возьмём ВДК «Новиково» — ветродизельный комплекс, располагающийся в Сахалинской области. Под обслуживание комплексом попадает село Новиково, которое, собственно, комплекс является единственным источником генерации. Мощность системы (всё зависит от сезона) составляет около 100-380 кВт. За последние два года (2023-2024 гг) комплекс был усовершенствован, а его доступная степень замещения ВИЭ повышена.

В состав комплекса (первоначальной его вариации) входят:

• дизельная электростанция;
• две ветроэнергетические конструкции;
• балластная нагрузка (утилизация электроэнергии в тепловую);
• синхронный компенсатор.

После проведения модернизации в состав были включены:

• система накопления энергии на базе проточного накопителя;
• система утилизации электроэнергии для генерации водорода.

Кроме того, комплекс управляется автоматизированной системой управления.

В эксплуатации данный комплекс находится с 2016 года. В 2024 году была завершена его модернизация и введён в эксплуатацию новый набор оборудования, который помог сделать комплекс ещё более эффективным.

«Новиково» относится к категории автономных комплексов, которые обеспечивают постоянную нагрузку. Основной задачей объекта является снижение затрат на привозное топливо за счёт грамотного управления доступными природными ресурсами и максимальной утилизации энергии ВИЭ. Внедрение системы накопления ресурсов позволяет обеспечивать максимальное замещение энергии, вырабатываемой традиционными средствами генерации.

Рассмотрим другой комплекс – комплекс проектируемого горно-обогатительного комбината (ГОК), который располагается в Арктическом регионе России. На данный момент ГОК является самым богатым месторождением лития на территории РФ. Поскольку объект удалён от инфраструктуры, линии электропередач на нём отсутствуют. Поэтому в ходе проектирования рассматриваются различные варианты обеспечения энергоресурсами объектов комбината. Планируется внедрять ГЭК в два этапа с увеличением мощности с 5 МВт на первом этапе и с увеличением мощности до 20 МВт на втором этапе.

В качестве энергоисточников в случае с ГОК используются ветроустановки, поскольку объект располагается на территории, обладающей высоким ветропотенциалом. Дополняется система дизельной генерацией (предполагаемый резерв). На данный момент для первого этапа организации комплекса предполагается следующая компоновка оборудования: 4х2 МВт дизель-генераторные установки, 2х4,2 МВт, ветроустановки 5,8 МВт, 2,9 МВт ч Li-ion-система накопления энергии.

Для второго этапа планируется расширить имеющийся состав, снабдив систему дополнительным оборудованием: 7х2 МВт дизель-генераторными установками, ветроустановками 4х4,2 МВт, 12,7 МВт, 6,35 МВт ч Li-ion-системой накопления энергии. На данный момент проводится технико-экономическое обоснование проекта ГОК.

Главной задачей ГЭК в данном проекте является обеспечение бесперебойного снабжения энергией объектов комплекса. При этом итоговые затраты на энергоресурсы для конечного потребителя должны быть меньше, чем в том случае, если бы строился комплекс ЛЭП. Индикативные оценки с указанным составом оборудование указывают, что главная цель достижима.

Также стоит отметить, что эксплуатация ГОК подразумевает, что во время работы будут возникать резкопеременные нагрузки большой мощности, включение которых часто требует предварительных мероприятий по высвобождению вращающегося резерва. Подобранный состав комплекса позволит использовать систему накопления энергии в качестве демпфера для пусковых режимов при таких сложных нагрузках.

В качестве последнего примера остановимся на проектируемом комплексе объекта по добыче золота. Данный комплекс располагается в Приморском крае. Он призван обеспечивать энергоресурсами места разработки золотосеребряного месторождения. Потребность мощности в данном случае составляет 3 МВт.

В качестве основы состава комплекса было выбрано следующее оборудование: 4х1,5 МВт дизель-генераторные установки, ветроустановки 6х500 кВт, 500 кВт солнечная электростанция, 3 МВт, 1,5 МВт ч Li-ion-система накопления энергии. На данный момент выполняется технико-экономическое обоснование проекта. Основными задачами данного ГЭК является, прежде всего, снижение затрат на привозное топливо, а также увеличение экспортного потенциала производимой продукции с точки зрения покрытия углеродного следа.

Выводы

При грамотном подходе к организации и внедрению различных ВИЭ в ГЭК и соблюдении всех условий эксплуатации можно добиться отличных результатов в плане технологической и экономической эффективности промышленных и коммерческих объектов. Данный подход признаётся универсальным многими экспертами, поскольку он может применяться для любых объектов. Однако особенно эффективным его можно считать для объектов, располагающихся на отдалённых и труднодоступных территориях, где затраты на топливо и энергоресурсы могут серьёзно бить по бюджету. Кроме того, замена генерации энергии дизельными генераторами на генерацию ветровыми установками благоприятного отражается не только на экономической составляющей, но и на экологической.