С 2011 года АО «МНПО «Энергоспецтехника» разрабатывает и производит автономные модульные энергокомплексы для электроснабжения технологического оборудования объектов, удаленных от централизованных источников электроснабжения. Направление ориентировано на создание решений с длительным периодом автономной эксплуатации и минимальными требованиями к обслуживанию.
Проект автономной гибридной энергоустановки ЭНЕРГО-КА 2/48–9М3, реализованный «Энергоспецтехникой» в Республике Башкортостан на горном хребте Зильмердак (перевал Тёщин Язык, высота около 850 м), стал победителем XI Международной премии «Малая энергетика — большие достижения» в номинации «Лучший проект 2025 года в сфере малой распределенной энергетики мощностью до 5 МВт». Энергокомплекс установлен в районе, полностью лишенном централизованного электроснабжения, и обеспечивает автономную работу базовой станции сотовой связи в течение одного года без дозаправки и технического обслуживания.
Автономные гибридные энергокомплексы (АГЭ) включают традиционные и альтернативные источники энергии. Основное назначение — обеспечение надежного электроснабжения узлов управления, систем электрохимической защиты, телекоммуникационного оборудования, средств спутниковой связи, объектов аэронавигации и других потребителей, расположенных в труднодоступных районах, значительная часть таких объектов эксплуатируется в Арктической зоне и на Дальнем Востоке.
Состав автономных гибридных энергокомплексов
В зависимости от условий эксплуатации в состав АГЭ могут входить следующие устройства генерации, преобразования и накопления энергии:
l фотоэлектрические панели (ФП);
l ветрогенераторные установки (ВУ);
l дизель-генераторные установки (ДГУ) или газопоршневые генераторные установки (ГПГУ);
l инверторные преобразователи, зарядные и распределительные устройства;
l аккумуляторные батареи (система хранения энергии).
Вспомогательные системы включают:
l системы вентиляции и кондиционирования;
l отопительные системы;
l штатное и аварийное освещение;
l автоматическое пожаротушение;
l охранную и пожарную сигнализацию;
l систему мониторинга и управления.
Принцип работы
Фотоэлектрические панели и ветрогенераторы работают в приоритетном режиме и обеспечивают питание нагрузки с одновременным зарядом аккумуляторных батарей.
При недостатке генерируемой мощности или снижении уровня заряда АКБ автоматически запускается одна из ДГУ. После достижения заданного уровня заряда установка останавливается, и питание нагрузки осуществляется от аккумуляторной батареи.
Контроллер управления обеспечивает автоматическое распределение нагрузки и равномерную выработку моторесурса между несколькими ДГУ.
Концепция и компоновочные решения
Концепция разработки ориентирована на обеспечение длительной автономной работы без дозаправки и регламентного обслуживания при высокой степени заводской готовности. Основное исполнение — блочно-модульное.
В зависимости от мощности и конфигурации оборудование размещается в одном или нескольких транспортных модулях, соединяемых на месте эксплуатации в единый комплекс с минимальными монтажными операциями.
Конструктивно модули арктического исполнения представляют собой герметичные цельносварные стальные блок-контейнеры с внутренним утеплением негорючими сэндвич-панелями. Каркас выполнен из стальных труб прямоугольного сечения. Блоки поставляются полностью укомплектованными, со смонтированными силовыми и вспомогательными цепями. Срок службы контейнеров составляет не менее 20 лет.
Фотоэлектрические панели, как правило, размещаются в два яруса: на крыше контейнера и на опорной конструкции, связанной с его каркасом. Двухъярусная схема снижает ветровую нагрузку, уменьшает габариты опорных конструкций, повышает устойчивость системы и способствует самоочищению модулей от снега. Дополнительная подготовка отдельной площадки для размещения солнечных батарей не требуется.
Особенности проектирования
Конфигурация комплекса определяется:
l характером электрической нагрузки;
l категорией надежности электроснабжения;
l климатическими условиями;
l доступностью ветровых и солнечных ресурсов;
l требуемым периодом автономной работы.
Подбор ветрогенераторов возможен только при наличии статистических данных о ветровых характеристиках площадки за период не менее одного года. Без таких данных расчет энергетического баланса носит ориентировочный характер.
Проектирование систем с применением фотоэлектрических панелей менее чувствительно к неопределенности исходных данных. Эффективность определяется географическим положением объекта и техническими характеристиками модулей. Для территории России доступны достоверные данные по солнечной активности, что позволяет корректно оценивать годовую выработку.
Повышение надежности и эксплуатационной устойчивости
При разработке конструкций особое внимание уделяется обеспечению эксплуатационной живучести оборудования:
l исключение мостиков холода в ограждающих конструкциях отапливаемых объемов, что снижает расход топлива на обогрев и предотвращает образование конденсата;
l обеспечение надежного топливоснабжения при отрицательных температурах за счет применения подогреваемых отстойников и оптимизации системы автоматической подкачки;
l применение двигателей с увеличенным межсервисным интервалом до 1000 моточасов и системой автоматического долива масла;
l использование автономных дизельных подогревателей воздуха и охлаждающей жидкости;
l применение системы утилизации тепла от ДГУ для отопления аппаратных и дизельных отсеков;
l использование автоматической вентиляции с режимом фрикулинга;
l установка дополнительных фильтров-водоотделителей, усиленных стартерных аккумуляторов и другого оборудования, повышающего пусковую надежность.
Система мониторинга
Система мониторинга обеспечивает:
l контроль параметров ФП, ВУ, АКБ, ДГУ, нагрузки и инженерных систем;
l передачу данных по каналам GSM/GPRS или Ethernet;
l отображение в режиме реального времени электрических параметров (напряжение, ток, мощность), времени работы и доли участия источников в общем энергобалансе;
l архивирование и анализ статистических данных;
l передачу данных по протоколу SNMP и интеграцию в существующие системы диспетчеризации и мониторинга заказчика.
Удаленный контроль позволяет своевременно выявлять отклонения и планировать регламентные работы.
Заключение
Реализованные решения обеспечивают автономную эксплуатацию сроком от одного года и более без дозаправки.
Практика эксплуатации подтверждает экономическую эффективность применения АГЭ:
l комбинирование различных источников энергии повышает надежность электроснабжения и позволяет обеспечивать требования к потребителям особой группы и I категории надежности;
l исключается необходимость строительства протяженных ЛЭП или кабельных линий;
l сокращаются потери электроэнергии за счет размещения источника вблизи потребителя;
l высокая степень заводской готовности сокращает сроки ввода в эксплуатацию;
l снижаются затраты на топливо и техническое обслуживание.