СИСТЕМА АВТОМАТИЗОВАНОГО РЕГУЛЮВАННЯ ЕЛЕКТРОЖИВЛЕННЯ ПІДПРИЄМСТВА НА БАЗІ ФОТОЕЛЕКТРИЧНОЇ СТАНЦІЇ
Національний технічний університет України
«Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»
Презентація дипломного проєкту на тему:
на здобуття освітнього ступеня магістра
за освітньою програмою «Електричні системи і мережі»
Виконав: Кирило АЛЕКСЕЄВ
Керівник дипломного проєкту: Оксана БОГОМОЛОВА
Консультант з розділу «Проєктування підстанції»: �Вадим МОССАКОВСЬКИЙ
Рецензент: Микола БОЛОТНИЙ
АКТУАЛЬНІСТЬ ТЕМИ
Зростання попиту на електроенергію в умовах глобальної енергетичної кризи зумовлює необхідність пошуку нових шляхів забезпечення енергетичної стабільності. Відновлювані джерела енергії відіграють ключову роль у вирішенні цієї проблеми. Серед них фотоелектричні станції займають особливе місце завдяки своїй екологічності, зниженню витрат на енергоспоживання та мінімальному впливу на навколишнє середовище.
Для промислових підприємств інтеграція ФЕС є не лише екологічно доцільною, але й економічно вигідною. Сучасні системи автоматизації електроживлення, розроблені на базі цифрових технологій, дозволяють забезпечити стабільність постачання енергії, оптимізувати її споживання та підвищити загальну ефективність підприємств. Вивчення цих питань є актуальним як у контексті забезпечення енергетичної незалежності, так і для досягнення цілей сталого розвитку.
МЕТА РОБОТИ
ЗАВДАННЯ РОБОТИ
Мета дослідження полягає у створенні теоретичних основ і практичних рішень для впровадження автоматизованих систем регулювання електроживлення на базі фотоелектричних станцій у промислових умовах.
1) Провести аналіз системи електроживлення на базі ВДЕ
2) Побудова системи живлення за допомогою відновлювальних джерел енергії
3) Моделювання та оцінка ефективності системи регулювання
4) Вибір обладнання ТП 110/10 кВ електричної мережі;
5) Стартап-проєкт по забезпеченню автономного живлення підприємства
6) Розробка системи автоматизованого регулювання електроживлення для підприємства
ЗАВДАННЯ РОБОТИ
ОБ’ЄКТ ДОСЛІДЖЕННЯ
ПРЕДМЕТ ДОСЛІДЖЕННЯ
Системи автономного та комбінованого енергопостачання промислових підприємств із використанням відновлювальних джерел енергії.
Технічні, економічні та екологічні аспекти функціонування фотоелектричних станцій, систем накопичення енергії та резервних джерел живлення.
1 Розділ аналіз систем електроживлення на базі відновлювальних джерел
1. Огляд сучасних технологій використання відновлювальних джерел енергії
– Огляд нових технологій в сфері ВДЕ
2. Особливості функціонування фотоелектричних станцій на промислових підприємствах
– Технічне обслуговування
– Нестабільність СЕС
3. Аналіз чинників, що впливають на ефективність фотоелектричних станцій
2 Розділ Побудова системи жвлення за допомогою відновлювальних джерел енергії
1. Загальна характеристика об’єкту
Було розглянуте існуюче підприємство «Рудь», на якому було вирішено встановити фотоелектричну станцію. Один з складів-холодильників підприємства знаходиться неподалік заводу та має номінальне споживання 400 кВт
Згідно до завдання передбачається наступні проєктні рішення:
- вибір сонячних фотомодулів на даху будівлі використовуючи рейкову систему кріплень;
- вибір мережевих інверторів;
- вибір шаф моніторингу;
- формування схеми підключення обладнання до існуючих кабельних ліній у комірці РП-0,4 кВ у будівлі холодильника;
2 Розділ Побудова системи жвлення за допомогою відновлювальних джерел енергії
2. Вибір супутнього обладнання станції
Виходячи з габаритів даху були обрана відповідна кількість панелей: 495 сонячних фотоелектричних модулів SUNPOWER SPR-P6-500-COM-S-BF потужністю 500 Вт кожна
Дах складу підприємства
(81,860м на 18,740м)
2.1 Мережеві інвертори
Згідно обраної потужності станції було обрано 2 мережевих трифазних інверторів потужністю 100 кВт типу SUN2000-100KLT-M2
Схема підключення інверторів до РУ 0,4
Схема розподілу сонячних панелей по ланцюгам
2 Розділ Побудова системи жвлення за допомогою відновлювальних джерел енергії
2.2 Система моніторингу сонячної станції
Зв’язок між інверторами виконується за допомогою розумного моніторингу Smart Logger
Технології контролю та моніторингу параметрів енергоспоживання є ключовим елементом енергоменеджменту сучасних промислових підприємств. Їх інтеграція дозволяє досягти суттєвого зниження витрат, підвищення надійності роботи обладнання та дотримання екологічних стандартів.
Схема підключення моніторінгу Smart Logger
3 Розділ Побудова системи жвлення за допомогою відновлювальних джерел енергії
Принципи побудови автоматизованих систем регулювання електроживлення
Керування в системах автоматизації
4 Розділ Проєкт електричної частини районної підстанції 110/10 кв підприємства
5 Розділ Стартап по впровадження безперебійного живлення підприємства
Підприємство підключено до зовнішньої електричної мережі та споживає електроенергію в середньому обсязі 400 кВт. Це забезпечує функціонування всіх технологічних процесів, але залежність від зовнішнього джерела електроживлення створює ризики, пов’язані з можливими перебоями в енергопостачанні. На підприємстві також встановлена сонячна електростанція (СЕС), яка частково компенсує споживання електроенергії. Потужність інверторів цієї станції становить 200 кВт, що дозволяє покривати до 50% загального споживання у періоди максимальної генерації сонячної енергії.
5 Розділ Стартап по впровадження безперебійного живлення підприємства
1. Варіант – дизельний генератор
Для забезпечення автономного живлення було обрано дизельний генератор моделі FG Wilson P400-3 (400кВт).
Загальна вартість впровадження системи, яка складається лише з одного дизельного генератора, становить 2,640,000 грн, включаючи вартість генератора та його монтаж. За 10 років експлуатації сукупні витрати на володіння системою включатимуть початкові витрати на впровадження та річні експлуатаційні витрати. Загальні річні витрати становлять 9,684,000 грн, а за 10 років вони досягнуть 96,840,000 грн (9,684,000 грн × 10). Таким чином, сумарна вартість володіння системою протягом 10 років оцінюється у 99,480,000 грн.
5 Розділ Стартап по впровадження безперебійного живлення підприємства
2. Варіант – Фотоелектрична станція та накопичувачі
Загальна вартість впровадження включає вартість обладнання та монтажних робіт. Для СЕС вартість обладнання становить 13,692,000 грн, для накопичувачів – 17,000,000 грн. Разом це 30,692,000 грн. Додатково витрати на монтажні роботи складають 3,069,200 грн. Таким чином, загальна вартість впровадження системи дорівнює 33,761,200 грн.
Протягом 10 років витрати на експлуатацію системи накопичення енергії становитимуть 3,400,000 грн (340,000 грн × 10 років). Разом із витратами на впровадження, загальна вартість володіння системою за 10 років складе 37,161,200 грн.
5 Розділ Стартап по впровадження безперебійного живлення підприємства
Сильні сторони (Strengths) | Слабкі сторони (Weaknesses) |
Екологічна чистота та відсутність викидів шкідливих речовин | Високі початкові витрати на обладнання та монтаж |
Економічна вигода в довгостроковій перспективі | Залежність від погодних умов |
Низькі витрати на обслуговування | Необхідність достатньої площі для встановлення панелей |
Стабільність енергопостачання завдяки накопичувачам |
|
Можливості (Opportunities) | Загрози (Threats) |
Державна підтримка та грантові програми | Ризик пошкодження панелей під час стихійних лих |
Зростаючий попит на екологічні та енергозберігаючі рішення | Залежність від цін на обладнання на світовому ринку |
Потенціал для масштабування системи | Тривалі строки доставки та монтажу обладнання |
Зменшення енергетичної залежності |
|
SWOT-аналіз варіанта СЕС із накопичувачами
6 Розділ моделювання та оцінка ефективності системи регулювання
1. Моделювання роботи системи при змінних умовах енергоспоживання
2. Розробка рекомендацій щодо оптимізації роботи системи
ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ
1) У магістерській роботі досліджено систему автоматизованого регулювання електроживлення підприємства на базі фотоелектричної станції. Виконані дослідження підтвердили актуальність і ефективність інтеграції відновлюваних джерел енергії в енергосистему промислових об’єктів.
2) Розроблена система дозволяє оптимізувати використання енергетичних ресурсів завдяки сучасним алгоритмам регулювання та моніторингу, що сприяє зниженню витрат на енергоспоживання, підвищенню надійності постачання та екологічної безпеки.
3) Досліджено автоматизовану систему регулювання електроживлення підприємства на основі фотоелектричної станції. Розглянуто технічні та організаційні аспекти впровадження сонячної електростанції потужністю 200 кВт для часткового покриття енергетичних потреб складу-холодильника підприємства "Рудь".
ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ
4) У межах роботи розроблено стартап-проєкт, спрямований на впровадження систем відновлюваної енергетики на промислових підприємствах. Стартап передбачає економічно обґрунтовану модель, яка враховує початкові інвестиції, витрати на обслуговування та прогнозовану економію енергії. Презентована модель може стати основою для залучення інвестицій у проєкти, пов'язані із впровадженням фотоелектричних станцій на інших підприємствах. Акцент зроблено на практичну цінність проєкту, враховуючи зростаючий попит на енергоефективні рішення.
ДЯКУЮ ЗА УВАГУ!