Техніко-економічний аналіз та оцінка ефективності створення агровольтаїчної системи на базі існуючої сонячної електростанції
Автор: Дутко Андрій Романович
Кваліфікаційний рівень: магістр (ОНП)
Спеціальність: Електроенергетика, електротехніка та електромеханіка (освітньо-наукова програма)
Інститут: Інститут енергетики та систем керування
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2022-2023 н.р.
Мова захисту: англійська
Анотація: Однією з основних проблем сьогодення є вичерпання невідновлювальних джерел енергії, тому країни світу стараються збільшити частку зеленої енергії в своєму енергетичному секторі. Найпопулярнішим засобом для цього стали сонячні електростанції. Україна не відстає від свтових енергетичних тенденцій та запроваджує і широко використовує СЕС. Яскравим прикладом діючих в Україні сонячних електростанцій є СЕС «Глиняни-2» із встановленою потужністю 18 МВт, яка росташовується в західній частині країни. Дослідження існуючої СЕС почалися з аналізу умов функціонування, в ході яких було виявлено обмеження генерації електроенергії через її надлишок в енергосистемі завдяки. Такі обмеження перевадно притаманні літньому сезону функціонування електричної мережі. Наступним кроком стало моделювання фрагменту цієї електрчної мережі в програмному комплексі та дослідження нормальних та аварійних режимів роботи мережі. В наслідок проведених дослідів було виявлено режимні обмеження як за нормального стану електромережі, так і за окремих аварійних чи ремонтних схем. Отже, ці перелічені вище обмеження призводить до недовиробництва електроенергії та зниження ефективності використання встановленої потужності СЕС. Для запобігання чисельним обмеженням генерації електроенергії, необхідно розглянути можливі шляхи збільшення енергоспоживання на власні потреби електростанції. Одним із варіантів реалізації такого підходу може бути впровадження агровольтаїчної системи, яка дозволить використати площу під уже встановленими сонячними панелями для вирощування сільськогосподарської культури із побудовою зрошувальної системи для її поливу. Це дозволить більш ефективно використовувати земельні ресурси, підвищити врожайність сільськогосподарських культур, які можна висадити на території фотовольтаїчної 2 електростанції, усунути обмеження з видачі генерованої потужності в електромережу шляхом її безпосереднього споживання на майданчику СЕС. Об’єкт дослідження – агрофотовольтаїчна система, яка буде стаорена на базі існоючої сонячної електростанції «Глиняни-2». Предмет дослідження – усталені нормальні тв аварійні експлуатаційні режими роботи досліджуваного фрагменту електричної мережі, техніко- економічне обгрунтування ефективності створення агрофотовольтаїчної системи на базі діючої СЕС. Мета дослідження – встановлення ефективності створення агрофотовольтаїчної системи на базі однієї з діючих сонячних електростанцій України. Це дасть змогу підвищити ефективність експлуатації відновлювальних джерел електроенергії сумісно з раціональним використанням земельних ресурсів, що позитивно вплине на рівень сільського господарства. Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити такі завдання: - виконати аналіз функціонування діючої СЕС «Глиняни-2» в складі електроенергетичної системи України; - дослідити режими роботи ділянки електричної мережі з СЕС «Глиняни-2» та встановити доцільність створення на її базі агрофотовольтаїчної системи; - вибрати сільськогосподарську культуру для вирощування на території існуючої СЕС та виконати техніко-економічний аналізу ефективності створення такої агрофотовольтаїчної системи. Враховуючи погодні умови, для висаджування на території СЕС було обрано спаржу гібрид Кумуліус F1. Кумулус F1 пропонується висаджувати на площі під панелями, але за умови, що висота від землі до сонячної панелі буде не менше 1 м для зручності вирощування та обробітку рослин. Щоб отримати якісний урожай, необхідно забезпечити спаржу достатньою кількістю вологи і добривами - фертигацією. Урожай при фертигації значно вищий, а собівартість одиниці продукції нижча. Урожай спаржі при фертигації підвищується на 10-30%. Кращий спосіб вирішення цієї проблеми – крапельний полив. Для організації поливу плантації спаржі запропоновано використати насосну станцію типу 3GPE 3 EVMSG10/3.0 з трьома насосами. Сумарна встановлена потужність всіх станцій зрошувальної системи становитиме 45 кВт. Річне споживання електроенергії для такої зрошувальної системи складе 2115 кВт·год. З метою виконання техніко-економічного аналіз проекту досліджуваної агрофотовольтаїчної системи було вивчено український агроринок та визначено середні ціни основних матеріалів, пристроїв та робіт, необхідних для створення цієї системи. За результатами. техніко-економічного аналізу проекту агрофотовольтаїчної системи на базі існуючої електростанції показано, що збільшенню врожайності за рахунок встановлення зрошення, такі системи є більш ефективними, а термін окупності становитиме приблизно 3 роки. Прибуток протягом перших 5 років роботи системи APV становитиме 248 181,532 € за умови збільшення врожайності на 20%. Якщо завдяки зрошенню врожайність збільшиться на 10 чи 30%, то термін окупності залишиться незмінним, натомість прибуток на 5 рік експлуатації системи становитиме 215624 € та 279409 € відповідно. Також проаналізовано можливі шляхи удосконалення системи та збільшення її ефективності. Перший із досліджених варіантів передбачав встановлення фітоламп в агрофотовольтаїчній системі, що б могло збільшити урожайність на 10-30%. Після розрахунку числа ламп для встановлення та кількості електроенергії, яку будуть споживати ці лампи, зроблено висновок про низьку ефективність такого розв’язання. Другий варіант передбачав встановлення прозорих сонячних панелей замість тих, які зноходяться в експлуатації на сонячні електростанції. Розрахуки показали, що таке розв’язання є неефективним з погляду на кількість вигенеруваної електричної енергії, яка зночно зменшиться у зв’язку зі зміною ККД нових сонячних панелей. Останнім варіант полягав на піднятті сонячних модулів над рівнем землі, але це створить цілком інші умови для вирощування рослин, тому це розв’язання потребує багато нових досліджень.