Енергетична автономність елеваторів під час жнив: розрахунок необхідної потужності
Водночас для багатьох агропідприємств в Україні основною проблемою стає не загальний обсяг спожитої електроенергії, а короткочасні пікові навантаження. Вони визначають необхідну договірну потужність, упливають на експлуатацію обладнання та можуть призводити до додаткових витрат у разі перевищення погоджених параметрів електроспоживання. Тому під час модернізації елеватора варто приділити увагу як власній генерації, так і системам управління енергоспоживанням.
Робота елеваторів у період пікових навантажень
У таких комплексах працюють десятки електроприводів різної потужності, а частина обладнання запускається навіть одночасно. Окремі технологічні операції не можуть виконуватися послідовно без втрати продуктивності, а найбільшими споживачами електроенергії є такі елементи:
- зерносушильні комплекси;
- норії та транспортери;
- сепаратори й машини попереднього очищення;
- вентилятори аспіраційних систем;
- обладнання для активної вентиляції зерна;
- помпове обладнання та допоміжні виробничі системи.
Особливо енергомістким процесом є саме сушіння зерна. Залежно від типу сушарки, її продуктивності та культури, що обробляється, споживання електроенергії допоміжним обладнанням може становити десятки або навіть сотні кіловат, тоді як основні витрати теплової енергії забезпечуються природним газом, біопаливом чи іншими джерелами тепла. Якщо на елеваторі одночасно працюють кілька транспортних ліній і зерноочисних машин, тоді стрімко зростає загальне електричне навантаження підприємства.
Наприклад, елеватор із продуктивністю близько 100-150 тис. тонн одночасного зберігання нерідко має встановлену електричну потужність від кількох сотень кіловат до понад 1 МВт. При цьому середнє навантаження протягом доби значно нижче за максимальне. Різниця між середнім і піковим споживанням створює потенціал для використання сучасних систем накопичення енергії.
Альтернативи збільшенню договірної потужності
Традиційно підприємство просто замовляло б більшу потужність від оператора системи розподілу. Проте таке рішення не завжди є економічно доцільним, а наразі й зовсім недоречним. Збільшення приєднаної потужності може потребувати модернізації мережі, додаткових узгоджень і значних капітальних витрат бізнесу. Ба більше, по суті підприємство резервує потужність, яка потрібна лише протягом кількох місяців на рік!
Тож краще пошукати інші варіанти. Один з них – це використання дизельних генераторів, здатних забезпечити резервне живлення в разі аварійного відключення. Проте вони не розв’язують проблему економічної оптимізації пікових навантажень. Постійна робота генераторів під час виробничого циклу супроводжується витратами на паливо, логістику його постачання та технічне обслуговування. До того ж генератор не може:
- накопичувати надлишок електроенергії, що було б доречним у навантаженні місяці;
- брати участь в управлінні добовим графіком споживання.
Проте рішення, що здатні забезпечити перелічене, існують, і агросектор знає про них. Українські підприємства цієї галузі переходять від концепції резервного живлення до комплексного управління енергетичною інфраструктурою, де як єдиний комплекс працюють:
- сонячна електростанція;
- установки зберігання енергії BESS;
- інтелектуальна система керування.
Надалі, за умов упровадження такого рішення, перед підприємствами виникає наступний виклик: як правильно розрахувати потрібну потужність BESS для елеватора. Поговоримо про те, чому накопичувач не повинен покривати все навантаження підприємства та як комбінація СЕС і УЗЕ допомагає уникати перевищення договірної потужності під час жнив.
Як розрахувати необхідну для елеватора потужність УЗЕ?
Спочатку варто оминути поширених помилок. Однією з них є спроба підібрати BESS таким чином, щоб установка могла автономно живити весь елеватор протягом тривалого часу. Для більшості підприємств це економічно невиправдано, і основним для системи накопичення є не заміна зовнішнього електропостачання, а виконання таких завдань:
- покриття короткочасних пікових навантажень;
- підвищення гнучкості енергосистеми;
- максимально ефективне використання власної генерації.
Під час проєктування фахівці Ecotech Ukraine аналізують погодинний графік споживання електроенергії підприємства. Якщо воно має договірну потужність 1 МВт, але в окремі моменти навантаження зростає до 1,3-1,4 МВт лише на 30-60 хвилин, економічно доцільніше компенсувати різницю накопичувачем, ніж збільшувати приєднану потужність або запускати промисловий генератор.
Для такої задачі застосовується технологія Peak Shaving, тобто так зване зрізання піків. Під час короткочасного перевищення навантаження УЗЕ автоматично віддає необхідну потужність, а після завершення пікового періоду знову заряджається від мережі або власної генерації. В такий спосіб підприємство не перевищує встановлені ліміти та підтримує стабільну роботу всіх виробничих процесів.
Розгляньмо приклад. Якщо максимальне навантаження елеватора становить 1400 кВт, а договірна потужність – 1000 кВт, система накопичення може покривати відсутні 400 кВт лише протягом часу, коли це потрібно. Якщо пікове навантаження триває близько години, достатньо накопичувача місткістю до 500 кВт·год з урахуванням ККД і розряду акумуляторів. Розрахунок враховує також резерв, перспективу розширення підприємства та інші інженерні параметри, тому остаточна конфігурація визначається індивідуально.
Ефективність BESS у комплексі з СЕС
Окрема система накопичення здатна закривати низку важливих потреб, але максимальний економічний ефект досягається, коли вона інтегрована з сонячною електростанцією. В цьому випадку комплекс:
- компенсує пікові навантаження;
- захищає від раптових блекаутів, що критично для безперервного циклу сушіння зерна;
- акумулює надлишок електроенергії, виробленої вдень, для її подальшого використання.
Для елеваторів це актуально саме в сезон жнив, про який ідеться. Приймання, очищення та доробка зерна часто тривають з раннього ранку до пізнього вечора, а окремі виробничі операції виконуються цілодобово. В денні години сонячна електростанція забезпечує частину власного споживання, а надлишок генерації може накопичуватися у BESS. Увечері або в моменти різкого збільшення навантаження накопичена енергія повертається в систему, завдяки чому можна зменшити споживання електроенергії від зовнішньої мережі. Тож у такий спосіб можна підвищувати частку використання власної генерації, згладжувати нерівномірний графік і робити енергетичну інфраструктуру об’єкта керованою набагато краще.
Комплексний підхід замість окремих методів
Енергетична система сучасного елеватора в Україні – це єдиний комплекс, де узгоджено працюють всі елементи:
- сонячна електростанція;
- УЗЕ;
- система енергоменеджменту (EMS);
- зовнішня мережа.
І тому в проєктуванні важливо аналізувати й встановлену потужність обладнання, й реальні виробничі процеси, й сезонність роботи, і графік приймання зерна, й перспективи розвитку підприємства.
Комплексний інженерний підхід – це спосіб підібрати оптимальну потужність генерації та накопичення та мінімізувати ризики перевищення договірної потужності. Це також спосіб ефективніше використовувати власну електроенергію й знижувати експлуатаційні витрати без втрати продуктивності. Для аграрного сектора, де кілька місяців на рік є визначальними для фінансового результату всього сезону, така модель стає способом підвищення енергетичної автономності та важливим інструментом забезпечення стабільної роботи елеватора в період найбільшого навантаження.
