Соларни централи за промишлени обекти

ВЕИ енергетикaСп. Енерджи ревю - брой 5, 2020 • 01.09.2020

Производствените предприятия са един от най-големите консуматори на електроенергия в рамките на световния енергиен пазар. Огромният брой съоръжения и машини, които трябва да се захранват, както и съпътстващите ги офис площи на производствените компании, определят необходимостта от непрекъснато и надеждно електроснабдяване. С нарастващото осъзнаване на отрицателното въздействие на традиционните енергийни източници върху околната среда се забелязва тенденция за преход на все повече потребители и бизнеси към възобновяеми източници на енергия. Целта е да се редуцира въглеродният отпечатък на всеки един етап от производствения процес. Много предприятия, особено в секторите на автомобилостроенето и електронната индустрия, избират соларните централи като целесъобразна технология за получаване на чиста енергия.

 

Защо соларна централа?

Промишлените обекти използват огромни количества енергия в широка гама процеси, които обикновено са проектирани за максимална интензивност. Годишното потребление на електроенергия в един средностатистически завод в САЩ например възлиза на 95,1 kWh на 0,09 m2, което е поне 10 пъти повече от годишната консумация в едно типично домакинство. Основната част от енергопотреблението във фабриките се държи от топлината, а останалите около 20% – от електроенергията. Според проучвания обаче този процент се покачва – през 80-те години на 20 век заводите са използвали 25-50% по-малко електрическа енергия, отколкото в момента. Експерти прогнозират, че до 2030 г. делът на електроенергията в общата консумация на енергия на производствените предприятия ще достигне 30%.

Освен че предлага множество възможности, електрификацията на индустрията изправя компаниите пред различни предизвикателства. Като пример могат да бъдат посочени производителите, които използват електроенергия, генерирана изцяло в работещи на въглища централи. Тези предприятия допринасят за проблемите, свързани с емисиите на парникови газове, което от своя страна обуславя по-високи енергийни разходи поради допълнителните екологични такси, прибавени към тях.

Възобновяемите източници предлагат възможности за избягване на подобни проблеми, като в резултат на редица проучвания е установено, че използването на соларна енергия може да доведе до съществено понижение на разходите за енергопотребление на производителите. Аналогично на много други технологии, ефективността на соларните централи се увеличава с разширяване на мащаба на внедряване. Според изследване на водеща компания, разработваща соларни системи за търговски цели, през 2019 г. средната цена за монтаж на соларна инсталация за битови нужди възлиза на 3,05 щатски долара на ват. Тази цена обаче пада до само 1 щатски долар на ват, когато става дума за системи с капацитет 1 MW. В сравнение с въглищата, соларната енергия е отявлен победител – съвременните технологии позволяват генериране на енергия на цена, която е наполовина на тази за производството й във въглищни електроцентрали.

Повечето промишлени обекти отговарят напълно на пространствените изисквания за изграждането на соларна централа. Заводите обикновено се строят с квадратни или правоъгълни покриви, което е идеално за разполагането на масиви от соларни панели. Тези покриви позволяват техническите екипи по монтажа на панелите да работят бързо и ефективно, което съкращава времето за инсталация. В повечето случаи фабриките се строят далеч от високи сгради или дървета, които да блокират слънчевата светлина. Плоските покриви дават възможност и за безпрепятствено ориентиране на панелите на юг, за да могат да функционират с максимална ефективност.

Наземните соларни системи са по-подходящи за някои предприятия. Това е валидно например за случаите, в които покривът на промишления обект не е плосък или не е проектиран да издържи на прекомерно голямото тегло на соларната инсталация. Повечето производствени площадки разполагат с достатъчно пространство за изграждане на системи за наземен монтаж. Земите около заводите обикновено включват големи паркинги и обширни полета, отдалечени от пътната мрежа. Тези пространства са изключително подходящи за изграждане на соларен масив, който може да бъде комбиниран с покривна инсталация, като по този начин може значително да се увеличи количеството на генерираната енергия. Атрактивен вариант за паркингите на заводите са т. нар. соларни навеси. Тези естетически изглеждащи съоръжения едновременно осигуряват соларна енергия и предпазват паркираните под тях автомобили от условията на околната среда.
При наземните соларни системи за инсталирането на всеки киловат капацитет са необходими приблизително 9 m2. Повечето заводи се нуждаят от соларен масив с капацитет в диапазона между 100 kW и 1 MW. Това определя необходимост от площ с размер между 930 и 9300 m2. Тези пространствени изисквания не са неизпълними за повечето производители. Ако покривната площ не е подходяща или не са налични големи парцели земя, решението е в различни локации да се изградят няколко по-малки соларни масива.

 

Важни съображения

Преди да се пристъпи към изграждането на соларна централа в един промишлен обект е необходимо да бъдат отчетени няколко ключови параметъра. Заводите обикновено са разположени в големи парцели земя, което означава, че е налична достатъчно площ за разполагане на множество соларни панели върху покривите на постройките. Въпреки лесния достъп до тези зони е разумно да се анализират енергийните потребности на съоръженията. Това ще даде възможност проектният капацитет на соларната инсталация да бъде съобразен с енергийните нужди на завода в зависимост от площта.

В енергийно интензивните фабрики обикновено се използват редица високопрецизни инструменти и оборудване за поддръжка. Необходимо е да се отчетат различните видове оборудване и номиналните им нива на енергопотребление. Този анализ трябва да обхване консумацията на енергия от всички системи, включително за осветление и филтриране на вода например.

Всяко производствено предприятие има фиксирани работни смени, като доста от заводите работят на многосменен режим. Това налага генерирането на енергия да бъде съобразено със съответните работни смени. Фабриките, работещи на нощни смени, трябва да гарантират адекватни нива на експозиция на слънчево греене и високи коефициенти на преобразуване на енергията с цел съхраняване на допълнителни количества в батерии.

Сами по себе си екологичните ползи, свързани със соларните централи, често не са достатъчен стимул един производител да премине към използването на възобновяема енергия, освен ако не е налице и икономическа полза. Въпреки спада на цените, изграждането на една соларна система за индустриални нужди все още е скъпо. Това обаче не трябва да е определящ фактор при вземането на решение в полза или против инвестирането в такова съоръжение. Предвид минималната нужда от поддръжка на системата, след изплащането на оборудването и монтажа му соларната енергия е практически безплатна. През над 25-годишния експлоатационен живот на една типична инсталация за соларна енергия единственият по-съществен разход, свързан с поддръжка или ремонт, би могъл да бъде за подмяна на инверторите.

Споразуменията за закупуване на електроенергия (PPAs) са атрактивна алтернатива за производителите, които не могат или не желаят да инвестират директно в соларна централа. Често срещани са и споразуменията между инсталатори на соларни системи или комунални дружества и производствени предприятия. Те изграждат или заплащат строителството на наземни или покривни централи върху имота на производствената компания, като запазват правата си на собственост върху оборудването. Производителите могат да закупят генерираната соларна енергия на определена цена за конкретен период от време, като тарифата обикновено е по-ниска, отколкото ако се купува през мрежата.

 

Предимства

Сред основните предимства на интегрирането на соларна централа в производството е осигуряването на достатъчно енергия по време на периодите на пиково потребление, които обикновено съвпадат с часовете с максимална експозиция на слънчевото греене. Това позволява на операторите да преминат към захранване на заводите със соларна енергия и дава възможност за ограничаване на зависимостта от електроснабдителната мрежа, което е свързано и с потенциал за спестяване на разходи. При наличие на надеждни системи за съхранение на енергия процесите в заводите през нощта могат дори да се захранват частично със соларна енергия.
Друго преимущество на соларните централи за промишлени обекти е относително лесната им поддръжка. Соларните системи нямат движещи се части или сложни механични компоненти, поради което вероятността от възникване на повреда и отказ на оборудването е много по-малка. В допълнение соларните инсталации не генерират шум, което повишава целесъобразността им по отношение както на околната, така и на работната среда.

Соларните централи предоставят и възможност за увеличаване на гъвкавостта от гледна точка на електроснабдяването. Използването на електроенергия от основната разпределителна мрежа често е съпроводено с различни ограничения, налагани от операторите. Поради тези ограничения компаниите нямат свободата да управляват самостоятелно електроснабдяването на заводите и съответно да оптимизират енергийните си разходи. Соларните централи предлагат тази свобода - чрез интегрирането им в промишлени обекти компаниите могат да регулират електроснабдяването и да управляват по-добре консумацията по време на работните смени.

 

Соларни топлинни системи

Както беше споменато, по-големият дял енергия, използвана в индустрията, е под формата на топлина. Въпреки че за някои процеси, например в металургията, е необходима топлина с много висока температура, повечето индустриални дейности изискват топлинна енергия с ниска или средна температура. Нискотемпературната топлина намира широко приложение – в текстилната промишленост, в млекопреработката за промиване и пастьоризация, в минната индустрия за извличане на различни компоненти и др.

Соларните топлинни системи са подходящи за генериране на топлинна енергия с температура до 150°C. Инсталациите включват масив от соларни колектори, в който циркулира флуид (вода, комбинация от вода и гликол и др.). С помощта на топлообменник топлината се предава от първичния контур към контура за технологична топлина под формата на гореща вода, въздушен поток или пара в зависимост от изискванията на процеса. Системата може да разполага и с решение за съхранение на топлинната енергия, което да се използва с цел удължаване на периода на доставка на соларна топлина, за да се компенсират вариациите в слънчевия ресурс, но и за да се елиминират флуктуациите в топлинните потребности при серийно производство.

Ползите от соларните топлинни системи имат екологични, политически и икономически аспекти. Екологичните ползи са свързани с възможността за редуциране на вредните емисии, което зависи от количеството изкопаеми горива, заменени директно или индиректно от възобновяема енергия. В зависимост от местоположението една 1,4-мегаватова соларна топлинна система (2000 m2) може да позволи спестяване на около 175 Mt въглероден диоксид. Политическите и икономическите ползи са свързани с потенциалните спестявания на енергийни разходи и подобряването на енергийната сигурност чрез ограничаване на вноса на енергия и др.

Що се отнася до енергийните разходи и потенциалните спестявания, има три основни фактора, които трябва да се имат предвид, тъй като имат по-голяма тежест при сравняване на цените на енергията, генерирана от соларна топлинна система. Това са първоначалната цена на системата, експлоатационният й живот и ефективността й. Тези фактори зависят от локацията и качеството на системата, поради което се изменят в широки граници в различните държави. Следователно средните инвестиционни разходи за соларните топлинни системи могат да варират значително в зависимост от държавата и вида на инсталацията. Според Международната агенция по енергетика (IEA) инвестициите за една голяма система в Европа са от порядъка на 350 до 1040 щатски долара/kW.


Top