Цей січень став найскладнішим за весь період повномасштабної війни. Тривалі морози, найкоротші світлові дні року та масовані атаки на енергетичну інфраструктуру збіглися в часі. Росія атакує підстанції, генерацію та мережі, фактично, намагається заморозити країну. Наслідки цього українці відчувають вже зараз: крім відсутності світла в домівках – втрату доступу до води, тепла та медичної допомоги.
У такі дні наявність електрики є питанням безпеки й виживання. Саме тому досвід роботи сонячних електростанцій на об’єктах критичної інфраструктури в січні став предметом нашого аналізу.
Що сонячні електростанції роблять і не роблять взимку
Короткий світловий день, хмарність, сніг і морози означають мінімальну сонячну генерацію. Більше того, частина СЕС у цей період взагалі не генерувала електроенергію. Насамперед ідеться про станції, встановлені на дахах у регіонах із сильними снігопадами та заметілями, адже панелі були засипані снігом.
Екоклуб вивчив, що відбувається з сонячними електростанціями, які були встановлені за його підтримки.
Спочатку кілька визначень:
- Мережева сонячна електростанція – це станція, яка виробляє електроенергію від сонця і працює лише тоді, коли є електрика в мережі; під час відключень вона автоматично вимикається.
- Гібридна сонячна електростанція – це станція з акумуляторами, яка може накопичувати електроенергію та забезпечувати живлення об’єкта навіть тоді, коли загальна мережа знеструмлена.
Випадок, який підштовхнув до аналізу
Поштовхом до цього дослідження стала розмова з начальником насосних станцій водозабору в Миколаєві після однієї з найінтенсивніших хвиль обстрілів. У той час, коли місто жило в умовах тривалих відключень, він зауважив, що об’єкти водопостачання, оснащені сонячною електростанцією з акумуляторами, практично не відчули відключень.
«Насоси працювали навіть тоді, коли навколо не було світла. Люди в районі мали воду – і технічну, і питну. У ті дні ми вперше по-справжньому відчули різницю між об’єктом із резервним живленням і без нього», – зазначив Тимофій Прокопенко.
Три точки на мапі України
До нашого аналізу увійшли об’єкти критичної інфраструктури в різних регіонах України, на яких Екоклуб встановив гібридні СЕС з акумуляторами: водоканал у Миколаєві, пожежна частина в Кам’янці та лікарня в Чорткові.
Період з 5 по 15 січня припав на час масованих атак на енергетику, тривалих відключень і мінімальної сонячної генерації.
На обсяг генерації впливають не лише погодні умови. Важливу роль відіграють і технічні характеристики станцій: географічне розташування фотомодулів, кут їхнього нахилу, орієнтація відносно сторін світу, а також співвідношення потужності фотомодулів і гібридного інвертора до загального споживання електроенергії у закладі. Саме ці параметри визначають, як конкретна СЕС поводиться взимку – навіть за однакової погоди.
Як це виглядало на практиці
У Чорткові в період аналізу спостерігалися сильні та тривалі снігопади, що суттєво обмежило роботу сонячної генерації. На цьому об’єкті встановлена гібридна сонячна електростанція з потужністю за гібридним інвертором 50 кВт, потужністю за фотомодулями 52,33 кВт та ємністю акумуляторної батареї 40,8 кВт·год.
За 11 днів сонячна електростанція згенерувала 103 кВт·год, що становить 4% від загального електроспоживання лікарні. Загальне споживання за цей період склало 2526 кВт·год, з яких 2489 кВт·год було отримано з мережі.
На добовому графіку за 12 січня добре видно, як система працювала в умовах відключень. У період повного знеструмлення з 11:20 до 15:15 лікарня працювала завдяки акумуляторам, які забезпечували живлення критично важливого медичного обладнання. Після 15:15, коли електропостачання з мережі відновилося, на графіку видно, що обсяг електроенергії, який надходив з мережі, перевищував поточне споживання лікарні. Це означає, що в цей час акумулятори заряджалися.
У Кам’янці погодні умови в період аналізу були менш екстремальними, проте відключення електроенергії залишалися регулярними. На цьому об’єкті встановлена гібридна сонячна електростанція з потужністю за гібридним інвертором 20 кВт, потужністю за фотомодулями 8,19 кВт та ємністю акумуляторної батареї 20,48 кВт·год.
За період з 5 по 15 січня сонячна електростанція виробила 43 кВт·год, що становить 9% від загального електроспоживання пожежної частини. Загальне споживання за цей час склало 473 кВт·год, з яких 457 кВт·год було отримано з мережі.
На графіку за 15 січня видно чотири планові відключення електроенергії протягом доби. У кожен із цих періодів пожежна частина продовжувала роботу завдяки акумуляторам.
Миколаїв показує зовсім інші результати. Тут погодні умови були відносно сприятливими з погляду інсоляції, навіть попри морози і сніг. На одному з об’єктів водоканалу встановлена гібридна СЕС з потужністю за гібридним інвертором 30 кВт, потужністю за фотомодулями 38,44 кВт та ємністю акумуляторної батареї 204,8 кВт·год.
За період з 5 по 15 січня сонячна електростанція згенерувала 344 кВт·год, що становить 17% від загального електроспоживання. Загальне споживання об’єкта склало 2039 кВт·год, з яких 1774 кВт·год було отримано з мережі. Така частка генерації взимку показує, що для південних регіонів сонячні електростанції можуть відігравати помітнішу роль.
На добовому графіку за 14 січня видно, що з 8:00 до 16:00 сонячна генерація частково покривала споживання об’єкта, а в окремі години навіть заряджала акумулятори. Загалом цього дня водоканал залишався без електропостачання з мережі близько 12 годин, і саме поєднання акумуляторів та денної генерації забезпечувало безперебійну роботу критичних процесів.
На графіках усіх трьох об’єктів чітко видно одну спільну рису: у періоди повної відсутності електроенергії з мережі критичні процеси підтримувалися завдяки акумуляторам. Саме вони стали тим елементом, який спрацював незалежно від регіону навіть тоді, коли сонячна генерація була недостатньою.
Висновок
Навіть невелика генерація від сонця вдень додає системі гнучкості та зменшує залежність від мережі. На цьому, зокрема, наголошують і оператори розподільчих мереж, закликаючи власників СЕС очищати панелі від снігу, адже кожен додатковий кіловат допомагає розвантажити енергосистему (див. цей допис)
За мінімальної або відсутньої сонячної генерації ключовим елементом системи стають акумулятори. Вони заряджаються від мережі в ті години, коли електрика з’являється, і беруть на себе навантаження під час відключень.
Досвід Чорткова, Камʼянки та Миколаєва показує, що зимові результати гібридних СЕС різняться залежно від регіону, погодних умов, технічної конфігурації станції та профілю споживання. Водночас у всіх випадках ці системи підвищують стійкість критичної інфраструктури і дозволяють проходити періоди відключень без зупинки базових функцій.