Фотовольтаїка для сільського господарства

С. Михненко, О. Омельченко

За умов чергового циклу підвищення світових цін на вуглеводневі енергоносії увага до альтернативних та відновлюваних джерел енергії знову очікувано підвищилась. В усьому світі зараз лідирує сонячна енергетика, з огляду на простоту реалізації, здатність до масштабування та економічну складову. Але тут існує ціла низка стереотипів, серед яких головує той, що енергія із PV-модулей рентабельна лише за пільгових умов і застосування «зеленого» тарифу. Та чи так це?

Сонячні технології – лідер у галузі енергетики за показником нової встановленої потужності. У доповіді «Глобальні тенденції інвестування у відновлювані джерела енергії» (UNEP, BNEF, FSFM, квітень 2018 р.) повідомляється, що у 2017 р. в світі було введено в експлуатацію 98 ГВт нових потужностей сонячних PV-станцій, що суттєво перевищує запуск нових потужностей з традиційних джерел включно з новими ядерними станціями (70 ГВт), та більше, ніж показник для вітрових станцій (58 ГВт). На рис. 1 показані дані щодо світової середньозваженої вартості електроенергії, отриманої на різних PV-станціях порівняно із ціновим діапазоном для традиційних технологій з викопних енергоносіїв.

Зображення фотовольтаїки у сільському господарстві Фото: Спільне вирощування овочевої продукції і виробництво електроенергії PV-модулями, Західний Техас, США

Згідно з даними Держенергоефективності частка «зеленої» енергії в загальному балансі первинної енергії України з 2010 до 2016 рр. збільшилась удвічі – з 2,9% до 5,8%. Впровадження сонячних технологій в нашій країні стимулюється так званим «зеленим» тарифом, який суттєво впливає на термін повернення інвестицій та збільшує привабливість сонячної генерації як бізнеспроекту. Малі станції (до 30 кВт встановленої потужності), типові для індивідуального підприємництва та для «домашнього» використання, також охоплені зараз «зеленим» тарифом. В Україні вже є цілий ряд девелоперів, які можуть оперативно побудувати та здати «під ключ» замовнику фотовольтаїчні установки різної потужності – від декількох кіловат до сотень мегават – з наступним сервісним супроводженням.

Зображення середньозваженої вартісті електроенергії з відновлюваних джерел Рис . 1. Світова середньозважена вартість електроенергії з відновлюваних джерел, 2009-2017 рр., $ за 1 МВт·г. За даними: BNEF, квітень 2018

Однак процес практичної імплементації має «підводні камені».

По-перше, отримати дозвіл та фактично підключити установку до електромережі буває дорого, важко і довго, особливо в локаціях, віддалених від стаціонарної мережі. «Рішення питань» може розтягнутися на роки та стати в чималу суму. Хоча треба визнати, що в деяких місцях електромережа дійсно зношена та не розрахована на приєднання нових споживачів і виробників енергії, тобто мережі дійсно потребують високовартісної реконструкції, а затягування часу буде викликано не тільки бюрократичними зволіканнями із дозволами.

По-друге, встановлювати енергетичні установки, що підпадають під дію «зеленого» тарифу, можна тільки на землях несільськогосподарського призначення. Спроби владнати суперечності у питанні землевідведення законопроектом «Про внесення змін до деяких законодавчих актів України щодо спрощення процедури землевідведення для будівництва об'єктів з виробництва теплової та/або електричної енергії з використанням відновлюваних джерел енергії та/або біологічних видів палива» поки що марні. Сонячна електрогенерація наразі штучно обмежена суто енергетичною сферою застосування.

По-третє, виробників електроенергії за «зеленим» тарифом вже планують штрафувати за небаланси енергопостачання у мережу (див. Закон України «Про ринок електричної енергії») з огляду на добову нерівномірність генерації – природну ваду сонячної енергетики. Тобто виробників примушують за свій рахунок придбавати доволі вартісні системи зберігання енергії (акумуляторні станції) або просто втрачати невчасно видобуту енергію.

По-четверте, якщо енергія з об’єкта за «зеленим» тарифом використовується в тому числі для власних потреб, а її дефіцит частково покривається з мережі, то за нормами сплачується різниця між тим, що було «експортовано» в мережу та отримано з мережі. Тобто в такому випадку спожита різниця між власною генерацією та енергією, що була отримана з мережі, обраховується за розцінками того ж самого «зеленого» тарифу, призначеного за договором із зазначеним суб'єктом. Це спонукає власників PV-установок повністю юридично виокремлювати їх із господарського комплексу, спрямовувати їх лише на роботу за «зеленим» тарифом, а для власного споживання електрики за мережними розцінками оформлювати приєднання до електромережі через окремі лічильники.

Чи можна без «зеленого» тарифу?

Глобальні тенденції розвитку альтернативної та відновлюваної енергетики націлені на повну відмову від «зеленого» тарифу та його впливу на інвестиційну привабливість, аж до повної ліквідації державного стимулювання електрогенерації з ВДЕ. У 30-х роках нинішнього століття це відбудеться й в Україні.

Вартість електроенергії, отриманої на PV-станціях, послідовно і суттєво знижується, див. рис. 2. Сучасний середньосвітовий рівень собівартості PV-електрики сягає $0,05 за 1 кВт·год, або, в деяких випадках, навіть нижче. Головний висновок з діаграми на рис. 2 – ціна за сонячну електроенергію знаходиться майже на нижній межі цінового діапазону для електрики, отриманої з традиційних викопних джерел.

Зображення вартісты електроенергії проектів фотовольаїки для сіьського господарства Рис. 2. Вартість електроенергії для нових PV-проектів різної потужності та глобальна середньозважена вартість електроенергії, $ за кВт•год. Ціни конкретних проектів та дані за результатами аукціонів з продажу енергії, півріччя 2010-2022 рр. За даними: IRENA, реліз від січня 2018 р.

Чи можна в Україні за нинішніх умов цілковито відмовитися від пільг та рентабельно продукувати PV-електроенергію хоча би для власних потреб? Можна.

Енергія, отримана на автономних сонячних енергоустановках, наразі подекуди дешевша від отриманої з мережі. Якщо оцінювати загальну економічну ефективність з урахуванням усіх витрат на підключення до електромережі та втрати від недоотриманого прибутку, що викликаний затягуванням запуску виробництва товарної продукції, то результат на користь найшвидшого впровадження автономних сонячних систем буде ще більш переконливим. До того ж з технічних причин деінде взагалі не можна розраховувати на приєднання до загальної мережі та придбавання енергії з неї.

Вартість енергії за тарифами, встановленими НКРЕКП за джерелами постачання, наведена у таблиці 1 (без урахування витрат на приєднання до мережі та інших супутніх витрат).

Таблиця 1. Тарифи на відпуск електричної енергіїЗображення відпуск електричної енергії в Україні

Але, за даними компанії «Атмосфера» (Україна), реально досягнутий рівень вартості електроенергії від автономного PV-джерела в Україні наразі складає 95 коп./кВт·год (приблизно $0,036 за 1 кВт·год). Ці дані обраховані з урахуванням рознесення вартості обладнання на період гарантованого терміну експлуатації PV-модулей – 25 років. Фактичний термін експлуатації PV-устаткування суттєво перевищує цей час. Вартість 1 Вт встановленої потужності PV-станції від компанії «Атмосфера» складає приблизно $1,1.

Що таке агрівольтаїка

Наведені вище міркування особливо стосуються сільського господарства та систем поливу та зрошення. Ця тема вже піднімалася на сторінках журналу (див. статтю «Солнечная электростанция для водоснабжения», Журнал AW-Therm березень-квітень 2018).

Новий напрямок використання сонячної енергії отримав назву агрівольтаїка (agrivoltaics, англ., скорочено від agriculture та photovoltaics),
див. рис. 3. Згідно з цією концепцією можна незалежно отримувати PV-енергію, якої буде достатньо для обробки землі та вирощування с/г продукції. Більше того – земля продовжує продукувати прибуток (енергію) навіть у час сезонного відпочинку.

Зображення PV-панелей у полі жнива Рис. 3. Жнива на агрівольтаїчній фермі, Італія. Панелі, що обертаються, повернуті горизонтально для проходження важкої с/г техніки

Для виробничих цілей у сільскогосподарському виробництві переважає потреба забезпечити енергією електродвигуни (наприклад, для насосів) і системи обігріву та ГВП. Отже, можна напряму використовувати постійний струм від PV-панелей без інвертування у перемінний струм з показниками мережі. Інвертори, що виконують DC/AC перетворення – високовартісне обладнання, яке для автономних систем може коштувати від 10% до 50% витрат на все PV-устаткування. Але трифазні електродвигуни можна живити через перетворювачі частоти струму та взагалі відмовитися від інверторів.

Сонячне зрошення

Нещодавно фахівці «Атмосфери» допомогли одній українській агрофірмі неподалік від с. Фасова на Київщині зекономити за рік до $10 000 на крапельному зрошенні 5 га ділянок з малиною. Зазвичай тут використовували дизель-генератор – вартість приєднання до мережі та витрачений на бюрократичні перепони час не надавали підприємцям альтернативи. Але вартість палива, що витрачається для зрошення, була вагомою. Це відбивалось на собівартості товарної продукції та зменшувало її конкурентоздатність.

Інженери з «Атмосфери» запропонували застосувати для зрошення безінверторну PV-систему постійного струму загальною потужністю 45 кВт з PV-модулями від ABi-Solar та JaSolar (5 груп модулів потужністю від 7,5 кВт до 9,5 кВт). Ця система живить 5 свердловинних насосів (1 шт. – 3,5 кВт та 4 – по 4 кВт), що живляться та керуються через перетворювач частоти від ABB, див. рис. 4. Резервним джерелом живлення залишається дизель-генератор, що використовується вночі або коли хмарно. Загальна вартість такої системи склала близько $40 000, але порівняно зі старою системою вона лише на дизпаливі економить власнику приблизно $10000 на рік. Тобто система в цій конфігурації має термін окупності близько чотирьох років. Статистка роботи з початку запуску системи в експлуатацію демонструє, що вона живить насоси на 70% – 100% їхньої потужності з 9:00 до 16-17:00 год, тобто протягом 8 годин на добу, а резервний дизельгенератор додає лише 17% до всієї енергії для крапельного зрошення.

Зображення схеми фотовольтаїки для крапельного зрошення Рис. 4. Безінверторна PV-система крапельного зрошення

Фотовольтаїка для обігріву

Дуже перспективним напрямком розвитку автономних PV-систем є нагрівання води для систем ГВП для с/г підприємств та у ЖКГ. Ці рішення також базуються на використанні систем постійного струму. Завдяки відмові від інверторів та використанню конверторів DC/DC (наприклад, SOLAR KERBEROS) можна напряму живити ТЕНи водонагрівачів, які використовуються в системі ГВП або опалення. Відстань від панелей до водонагрівачів загалом невелика, тому можна використовувати постійний струм без огляду на деякі втрати потужності струму.

Це рішення може бути застосоване не тільки для промислових потреб с/г виробництва, але й для багатоквартирних будинків, тобто у сфері ЖКГ. Панелі, що розміщуються на даху, можуть живити квартирні бойлери. До речі, застосування DC/DC конверторів дозволяє використовувати електрику з мережі як резервне джерело.

Головний висновок – треба творчо розглядати можливість застосування відновлюваних джерел для енерго- та ресурсозбереження. Вже зараз існують технічні рішення, які без «зеленого» тарифу та пільг безпосередньо конкурують з традиційними джерелами енергії за ціновими показниками, а в деяких випадках – є навіть дешевшими і більш економічно виправданими. Наразі на базі безінверторних PV-систем формується величезний ринок для нових рішень для бізнесу, приватних домогосподарств, комунальної сфери, сільського господарства тощо.

Автономна та кластерна фотовольтаїка для сільского господарства – вже реальність, що особливо важливо для хліборобної України.

Больше важных статей и новостей в Telegram-канале AW-Therm. Подписывайтесь!


Вас может заинтересовать:



Оставьте комментарий

Telegram