Кейс: Решение на основе гибридной ветро-солнечной системы мощностью 140 кВт в Великобритании

Информация о заказчике и его требования:

Заказчик из Великобритании, владелец компании по производству мебели. Его фабрика потребляет чрезвычайно большое количество электроэнергии — 300 кВт·ч в день. В настоящее время у заказчика уже установлена сетевая солнечная электростанция мощностью 40 кВт, однако очевидно, что этого недостаточно для удовлетворения его потребностей в электроэнергии. В настоящее время заказчик планирует установить ветряные турбины, солнечные панели и аккумуляторы для накопления энергии, чтобы создать ветро-солнечную гибридную систему, которая позволит в большинстве случаев обеспечивать самостоятельное производство и потребление электроэнергии. Даже в период продолжительных дождливых сезонов система сможет использовать сетевую электроэнергию ночью по более низким тарифам и отдавать накопленную энергию в дневное время.

Анализ

Во-первых, мы проверили скорость ветра у клиента на высоте 15 метров. Средняя скорость ветра у заказчика составляет 6,5 м/с, что чрезвычайно подходит для ветряных турбин. Это означает, что мы сможем часто работать на полной мощности. Поэтому мы рекомендуем использовать гибридную ветро-солнечную систему мощностью 20 кВт Ветряная турбина DK ожидается, что система будет вырабатывать более 150 кВт·ч в день. Консервативная оценка показывает, что существующая 40-кВт система генерации энергии заказчика вырабатывает 35 000 кВт·ч электроэнергии в год. Таким образом, суточная выработка электроэнергии составляет приблизительно 95 кВт·ч. Почему она так низка? Дело в том, что в Великобритании около 150 дней в году идут дожди, из-за чего суточная выработка электроэнергии оказывается недостаточной. Поэтому необходимо рассмотреть этот вопрос по категориям. При наличии существующей 20-кВт ветротурбины и достаточного количества солнечного света в течение 8-часового рабочего дня ветротурбина и 40-кВт солнечные панели смогут обеспечить 170 кВт·ч энергии. Оставшийся дефицит энергии в размере 130 кВт·ч можно покрыть за счёт аккумуляторов или сети. Если идёт дождь, то 40-кВт солнечные панели практически не будут вырабатывать энергию. Ветротурбина сможет обеспечить 40 кВт·ч энергии за 8 часов, поэтому ещё 260 кВт·ч энергии потребуется получать от аккумуляторов или сети. В случае особой ситуации, когда одновременно идёт дождь и отсутствует ветер, вся необходимая энергия в объёме 300 кВт·ч будет поступать исключительно от аккумуляторов или сети.

Учитывая, что глубина разряда высоковольтной батареи составляет 95 %, ёмкость батареи должна быть не менее 315 кВт·ч. Заказчик уже запланировал приобретение двух комплектов литиевых батарей по 240 кВт·ч каждый, поэтому данной ёмкости батареи достаточно. Далее необходимо рассчитать, как полностью зарядить батарею ёмкостью 480 кВт·ч при наличии солнечного света и минимизировать вероятность покупки электроэнергии из сети. Энергия, вырабатываемая ветрогенератором за 24 часа, составляет примерно 150 кВт·ч. Таким образом, остаётся ещё 330 кВт·ч. С учётом 300 кВт·ч, потребляемых за 8 часов, требуется как минимум 120 кВт солнечных панелей; следовательно, дополнительно необходимо установить ещё 80 кВт солнечных панелей.

Среднесуточное потребление электроэнергии заказчиком составляет 8 часов и 300 кВт·ч. С учётом таких факторов, как индуктивные нагрузки, мощность инвертера должна превышать 60 кВт.

Решение

После приведённого выше анализа наш первоначальный план предусматривает использование инвертера мощностью 140 кВт ветро-солнечная гибридная система 20-кВт ветряная турбина DK, а также солнечные панели мощностью 120 кВт, две аккумуляторные батареи по 240 кВт·ч и инвертор Solis S6-EH3P(75–125)K10-NV-YD-H. Этот инвертор имеет 10 входных портов MPPT, и один входной порт способен принимать постоянный ток мощностью до 20 кВт. Таким образом, контроллер нашей ветряной турбины также может быть напрямую подключён к данному инвертору.

Заказчик высоко оценил это решение для гибридной ветро-солнечной системы мощностью 140 кВт. Однако из-за местных нормативных требований и ограничений, связанных с местом установки, заказчик сообщил нам, что ему также необходим альтернативный вариант — чистая фотогальваническая система.

На следующем этапе мы можем выполнить расчёты для чистой системы солнечных панелей.