Энергетическая автономность элеваторов во время жатвы: расчет необходимой мощности

В то же время, для многих агропредприятий в Украине основной проблемой становится не общий объем потребленной электроэнергии, а кратковременные пиковые нагрузки. Они определяют необходимую договорную мощность, влияют на эксплуатацию оборудования и могут приводить к дополнительным затратам при превышении согласованных параметров электропотребления. Поэтому при модернизации элеватора следует уделить внимание как собственной генерации, так и системам управления энергопотреблением.

Работа элеваторов в период пиковых нагрузок

В таких комплексах работают десятки электроприводов разной мощности, а часть оборудования запускается даже одновременно. Отдельные технологические операции не могут выполняться последовательно без потери производительности, а наибольшими потребителями электроэнергии являются следующие элементы:

• зерносушильные комплексы;
• нории и транспортеры;
• сепараторы и машины предварительной очистки;
• вентиляторы аспирационных систем;
• оборудование для активной вентиляции зерна;
• насосное оборудование и вспомогательные производственные системы.

Особенно энергоемким процессом является именно сушка зерна. В зависимости от типа сушилки, ее производительности и обрабатываемой культуры потребление электроэнергии вспомогательным оборудованием может составлять десятки или даже сотни киловатт, тогда как основные расходы тепловой энергии обеспечиваются природным газом, биотопливом или другими источниками тепла. Если на элеваторе одновременно работают несколько транспортных линий и зерноочистительных машин, то стремительно растет общая электрическая нагрузка предприятия.

К примеру, элеватор с производительностью около 100-150 тыс. тонн одновременного хранения нередко имеет установленную электрическую мощность от нескольких сотен киловатт до более 1 МВт. При этом средняя нагрузка в течение суток значительно ниже максимальной. Различие между средним и пиковым потреблением создает потенциал для использования современных систем накопления энергии.

Альтернативы увеличению договорной мощности

Традиционно предприятие просто заказывало бы большую мощность оператора системы распределения. Однако такое решение не всегда экономически целесообразно, а пока и совсем неуместно. Увеличение присоединенной мощности может потребовать модернизации сети, дополнительных согласований и крупных капитальных затрат бизнеса. Более того, по сути предприятие резервирует мощность, которая нужна только в течение нескольких месяцев в году!

Так что лучше поискать другие варианты. Один из них – использование дизельных генераторов, способных обеспечить резервное питание в случае аварийного отключения. Однако они не решают проблему экономической оптимизации пиковых нагрузок. Постоянная работа генераторов во время производственного цикла сопровождается расходами на топливо, логистикой его снабжения и техническим обслуживанием. К тому же генератор не может:

• накапливать избыток электроэнергии, что было бы уместно в нагрузке месяце;
• участвовать в управлении суточным графиком потребления.

Однако решения, способные обеспечить перечисленное, существуют, и агросектор знает о них. Украинские предприятия этой отрасли переходят от концепции резервного питания к комплексному управлению энергетической инфраструктурой, где работают как единый комплекс:

• солнечная электростанция;
• установки хранения энергии BESS;
• интеллектуальная система управления

В дальнейшем при условии внедрения такого решения перед предприятиями возникает следующий вызов: как правильно рассчитать нужную мощность BESS для элеватора. Поговорим о том, почему накопитель не должен покрывать всю нагрузку предприятия и как комбинация СЭС и BESS помогает избегать превышения договорной мощности во время жатвы.

Как рассчитать необходимую для элеватора мощность УЗЭ?

Сначала следует обойти распространенные ошибки. Одной из них есть попытка подобрать BESS таким образом, чтобы установка могла автономно питать весь элеватор в течение длительного времени. Для большинства предприятий это экономически неоправданно, и основным для системы накопления является не замена внешнего электроснабжения, а выполнение следующих задач:

• покрытие кратковременных пиковых нагрузок;
• повышение гибкости энергосистемы;
• максимально эффективно использование собственной генерации.

При проектировании специалисты Ecotech Ukraine анализируют почасовой график потребления электроэнергии предприятия. Если оно имеет договорную мощность 1 МВт, но в отдельные моменты погрузки возрастает до 1,3-1,4 МВт всего на 30-60 минут, экономически целесообразнее компенсировать разницу накопителем, чем увеличивать присоединенную мощность или запускать промышленный генератор.

Для такой задачи применяется технология Peak Shaving, то есть так называемая срезка пиков. При кратковременном превышении нагрузки BESS автоматически отдает необходимую мощность, а по завершении пикового периода снова заряжается от сети или собственной генерации. Таким образом, предприятие не превышает установленные лимиты и поддерживает стабильную работу всех производственных процессов.

Рассмотрим пример. Если максимальная нагрузка элеватора составляет 1400 кВт, а договаривающаяся мощность – 1000 кВт, система накопления может покрывать отсутствующие 400 кВт только в течение времени, когда это требуется. Если пиковая нагрузка длится около часа, достаточно накопителя емкостью до 500 кВтч с учетом КПД и разряда аккумуляторов. Расчет учитывает также резерв, перспективу расширения и другие инженерные параметры, поэтому окончательная конфигурация определяется индивидуально.

Эффективность BESS в комплексе с СЭС

Отдельная система накопления способна закрывать целый ряд важных потребностей, но максимальный экономический эффект достигается, когда она интегрирована с солнечной электростанцией. В этом случае комплекс:

• компенсирует пиковые нагрузки;
• защищает от внезапных блекаутов, что критично для непрерывного цикла сушки зерна;
• аккумулирует избыток электроэнергии, производимой днем, для дальнейшего ее использования.

Для элеваторов это актуально именно в сезон жатвы, о которой идет речь. Прием, очистка и доработка зерна часто продолжаются с раннего утра до позднего вечера, а отдельные производственные операции выполняются круглосуточно. В дневные часы солнечная электростанция обеспечивает часть собственного потребления, а переизбыток генерации может накапливаться в BESS. Вечером или в моменты резкого увеличения нагрузки накопленная энергия возвращается в систему, благодаря чему можно снизить потребление электроэнергии от внешней сети. Таким образом, можно повышать долю использования собственной генерации, сглаживать неравномерный график и делать энергетическую инфраструктуру объекта управляемой гораздо лучше.

Комплексный подход вместо отдельных методов

Энергетическая система современного элеватора в Украине – это единственный комплекс, где согласованно работают все элементы:

• солнечная электростанция;
• УЗЕ;
• система энергоменеджмента (EMS);
• внешняя сеть.

Для этого в проектировании принципиально анализировать и установленную мощность оборудования, и настоящие производственные процессы, и сезонность работы, и график приема зерна, и перспективы развития компании.

Комплексный инженерный подход – это способ подобрать оптимальную мощность поколения и накопления и минимизировать риски превышения договорной мощности. Это также способ более эффективно использовать собственную электроэнергию и снижать эксплуатационные расходы без потери производительности. Для аграрного сектора, где несколько месяцев в году определяют финансовый результат всего сезона, такая модель становится способом повышения энергетической автономности и важным инструментом обеспечения стабильной работы элеватора в период наибольшей нагрузки.