Мегаваттная солнечная электростанция в энергосистеме юга России – решение проблемы энергодефицита региона

Я. И. Безе, инженер, генеральный директор ООО «Лукойл-Кубаньэнерго»;

В. В. Шапошников, канд. техн. наук, проректор Кубанского государственного технологического университета (КубГТУ);

В. А. Бутузов, доктор техн. наук, профессор Кубанского государственного аграрного университета (КубГАУ);

Е. В. Кочарян, канд. техн. наук, заведующий кафедрой КубГТУ, Краснодар

Краснодарский край является одним из южных энергодефицитных регионов страны. Летом 2024 года нехватка генерирующих мощностей оценивалась в 600 МВт. В то же время уровень солнечной радиации позволяет солнечным электростанциям эффективно генерировать электрическую энергию.

Сетевая солнечная электростанция пиковой мощностью 2,35 МВт (рис. 1), построенная в 2022 году на двух не задействованных в производстве участках Краснодарской ТЭЦ, стала первой такой станцией в регионе. Данная СЭС предназначена для компенсации потерь в электрических сетях розничного рынка региона. Заказчиком выступило ООО «Лукойл-Кубаньэнерго». По результатам состоявшегося в 2022 году тендера с организацией был заключен договор компенсации дополнительной мощности (ДПМ), в рамках которого заказчик оплатил сооружение СЭС. По условиям договора на объекте были применены фотоэлектрические модули (ФЭМ) отечественного производителя ГК «Хевел», а степень локализации в целом по станции достигла примерно 70 %.

Основное оборудование и проектно-технические решения СЭС

Проектирование, строительство, монтаж, пусконаладочные работы СЭС выполняло структурное подразделение ГК «Хевел». Основным оборудованием СЭС стали гетероструктурные двухсторонние фотоэлектрические модули HVL 72GG395BB, произведенные в Новочебоксарске и имеющие следующие характеристики:

• номинальная мощность 395 Вт;

• количество ячеек – 72;

• номинальная рабочая температура 38,8 °С;

• напряжение холостого хода 53,18 В;

• ток короткого замыкания 9,21 А;

• КПД 19,75 %;

• габариты 1996×1002×30 мм.

Основные проектные решения определялись доступными площадками ТЭЦ площадью 3,5 га. Все фотоэлектрические модули, общее число которых равно 5 948 шт., смонтированы в надземном варианте на металлических опорах и распределены на два гелиополя:

• гелиополе № 1 смонтировано на бывшем угольном поле на опорах над поверхностью земли. На нем размещено 4 652 ФЭМ;

• гелиополе № 2 оборудовано над бывшим подземным мазутохранилищем на аналогичных опорах. Здесь установлено 1 296 ФЭМ.

Гелиополя состоят из блоков ФЭМ четырехрядного исполнения по 12 шт. в ряду, всего 48 шт. Ориентация ФЭМ южная, угол наклона к горизонту 32°.

Инверторы, трансформаторы, автоматика и другие приборы размещены в отдельно стоящем модуле. Всего на станции установлено 9 инверторов: 7 для фотоэлектрических модулей, находящихся на гелиополе № 1, и 2 – на гелиополе № 2.

Объемы генерации зеленой электроэнергии

Вырабатываемая СЭС электрическая энергия выдается по линии напряжением 35 кВ в региональную энергосистему через счетчик СЭГ-4ТМ.03_3М. В структуре затрат солнечной электростанции основными составляющими являются стоимость фотоэлектрических модулей (60–70 %) и инверторов (15–17 %).

Значения плановой и выработанной электрической энергии, а также ее объем, затрачиваемый на собственные нужды СЭС в 2023 и 2024 годах, представлены в табл. и на рис. 2.

По завершении строительства солнечной электростанции в 2022 году в оставшиеся месяцы данного года было выработано 380 698 кВт•ч, а всего с момента сдачи данной СЭС в эксплуатацию до 1 января 2025 года – 6 372 245 кВт•ч. Выработанная СЭС электрическая энергия, предназначенная для компенсации потерь в электрических сетях, отпускается в энергосистему по утвержденному Департаментом гос­регулирования Краснодарского края одноставочному тарифу за 1 кВт•ч: 16,470 руб. в 2022 году; 16,079 руб. в 2023 году; 16,062 руб. в 2024 году. В результате, начиная с 2022 года по 1 января 2025 года, на СЭС было выработано электроэнергии на сумму почти 99,5 млн руб.

На собственные нужды солнечной электростанции затрачивается порядка 0,8 %. В 2023 году среднее отклонение плановой и фактической выработки составило 94,6 %, а в 2024 году – 95,9 %. Наибольшая величина отклонений фактических значений от плановых имеет место в весенний период (рис. 3).

Некоторые проблемы, возникшие при эксплуатации СЭС

Надежность работы оборудования СЭС оценивается владельцем как высокая. Однако в первый год эксплуатации имели место отказы основного оборудования. Также проводились следующие замены:

• из общего количества ФЭМ (5 948 шт.) за 2 года эксплуатации было заменено только 3 модуля из-за их механического повреждения при эксплуатации. Нужно отметить, что для уменьшения загрязнения птицами фотоэлектрических модулей дополнительно установлены электронные отпугиватели;

• благодаря тепловизору, который является основным прибором диагностики ФЭМ, были выявлены факты перегрева соединительных разъемов модулей МС4-У с последующей их заменой по гарантии;

• вся партия инверторов типа KEHUA (9 шт.), произведенных в Китае, также была заменена по гарантии. В числе причин замены: отказ системы управления (3 шт.); короткое замыкание инвертора (4 шт.); отказ работы вентилятора (1 шт.). Еще 1 инвертор был исправен, но его также заменили по гарантии. Отметим, что после замены инверторов программа Wisesolar Plus для Android- и Windows-платформ позволяет диагностировать их состояние по стандартному протоколу Modbus;

• определенные проблемы возникли с муфтами силовых питающих кабелей инверторов, которые решились их заменой и протяжкой.

Основные эксплуатационные расходы солнечной электростанции с учетом ремонтов, технического обслуживания оборудования, материалов определены по соответствующим нормам и коммерческим предложениям поставщиков и в 2023 году составили 3 403 тыс. руб., а в 2024 году на 5 тыс. руб. больше, чем в 2023 году.

Анализ результатов мониторинга

Оценивая данные мониторинга параметров эксплуатации новой солнечной электростанции Краснодарской ТЭЦ за последние 2 года, можно резюмировать, что данная СЭС обеспечивает надежную выработку электрической энергии с достаточно высоким значением прогнозирования (94–96 %). Также нужно отметить высокую эксплуатационную надежность СЭС после выполнения необходимых работ по соединителям фотоэлектрических модулей и инверторов. Годовая стоимость работ и материалов, необходимых для обслуживания СЭС, не превышает 0,8 % от выработанной ею электрической энергии.

Также можно видеть, что реальная стоимость генерации электрической энергии СЭС в 2022–2024 годах составила 99,5 млн руб. при предварительной сметной оценке сооружения СЭС 230 млн руб.

Можно утверждать, что введение в систему электроснабжения южных регионов солнечных электростанций помогает успешно решать проблемы энергодефицита, а также снижает нагрузку на экологию. Кроме того, аналогичные проекты дают возможность наработать дополнительные компетенции в области ВИЭ и ускорить достижение поставленных целей по энергопереходу в России.

¹ Утверждена распоряжением Правительства РФ от 9 июня 2020 года №1523-р (ред. от 15 февраля 2025 года).