Заработать на солнце. Как устроена одна из крупнейших солнечных электростанций России

Все электростанции России, по данным федерального Минэнерго, в 2019 г. выработали 1080,6 млрд кВт∙ч. На солнечные станции (СЭС) из этой цифры пришлось 1,3 млрд кВт∙ч — по сравнению с 2018 г. выработка выросла на 69,4%. В общем объеме это пока небольшая доля (порядка 0,1%), но с каждым годом число новых солнечных электростанций в стране растет. И в соответствии с действующей программой развития единой энергетической системы России, к 2026 г. доля альтернативной энергетики (куда помимо солнечных входят ветровые станции) вырастет до 2,2% за счет строительства новых объектов.

DK.RU побывал на одном из первых и крупнейших объектов альтернативной энергетики России — Орской солнечной станции имени А.А. Влазнева. Она расположена в городе Орске Оренбургской области и построена Группой «Т Плюс», крупнейшей российской частной компанией, работающей в сфере электроэнергетики и теплоснабжения.

Ждите солнца

Орская солнечная станция имени А.А. Влазнева введена в эксплуатацию в декабре 2015 г. На момент пуска ее мощность составляла 25 МВт.

В 2017 г. для увеличения мощности были построены еще две очереди мощностью 5 и 10 МВт. В результате суммарная мощность станции возросла до 40 МВт. Летом 2020 г. аналитики компании Neosun Energy включили Орскую СЭС в рейтинг cамых крупных солнечных электростанций России.

— На момент строительства это была самая крупная солнечная электростанция в России. В то время в стране солнечные станции существовали еще на Алтае, но они были поменьше. Эта станция позиционировалась как самая большая, и энергия поступала в сеть мощностью не 10 или 35 кВ, а в 110 кВ, — рассказывает Евгений Решетников, мастер орского участка управления по эксплуатации солнечных электростанций оренбургского филиала ПАО «Т Плюс».

Он проводит экскурсию по станции и показывает, как осуществляется ее работа. Станция занимает порядка 100 га в степи, на этой территории установлено 160 110 фотоэлектрических модулей (панелей), которые и преобразуют энергию солнечного излучения в электрическую. Для оптимального расположения оборудования была рассчитана математическая модель: каждая панель расположена под углом 33 градуса, длина шага между рядами — 10,5 м. 

Станция находится на месте золошлакоотвала Орской ТЭЦ-1 (она тоже входит в «Т Плюс»), который использовался, когда ТЭЦ работала на угле.

— Здесь было небольшое озеро. Когда техника начала работать на этой площадке, она стала вязнуть в золе. Было принято решение свозить сюда глину с близлежащего карьера — 30-40 см глины уложено на всей территории станции. Для зольного грунта специально разработан новый тип свай. Здесь использованы винтовые и забивные сваи, поэтому можно сказать, что у нас самые высокие металлоконструкции, на которых расположены панели, из всех построенных солнечных электростанций. Поэтому мы проще себя чувствуем зимой — панели не заметает. Кроме того, в процессе работы они нагреваются, и снег на них тает сам, — рассказывает Евгений.

Для защиты от грозы над каждым рядом панелей расположены громоотводы. Рассказывают, что молния в них уже попадала.

Процесс получения энергии, говорит мастер, несложный:

— Фотоны солнечной энергии падают на солнечные панели размером 1 м на 1,5 м, и на выходе из панели течет постоянный ток. Панели последовательно собраны между собой в две параллельные цепочки по 22 штуки и образуют так называемый string. Мощность одного «стринга» составляет 11-12 киловатт — это 44 панели. 

Дальше «стринг» подключается к специальному шкафу, который называется «сумматор» — это блок объединения фотоэлектрических секций.

К одному сумматору подходит 15 «стрингов». Сумматор подключается к инвертору, где происходит процесс преобразования постоянного электрического тока в переменный, который и попадает в сеть. На каждый инвертор приходится по пять сумматоров.

На территории станции 16 блочно-модульных инверторных установок. Здесь находятся ячейки, куда подключены кабельные линии с каждой из 16-ти установок. Они соединяются в одну ячейку, и весь ток по специальным шинам уходит на трансформатор. Мы видим, какие токи текут по каждой линии. Видно, что здесь ток уже накопился.

После этого энергия поступает в распределительные устройства. А затем — на трансформатор, где преобразуется с напряжения 10 кВ в 110 кВ и уходит в сеть, — говорит Евгений.

Панели, все оборудование на распределительных устройствах, защиты, пульты управления на станции — все российского производства. Степень локализации составила более 70%. К примеру, солнечные панели сделаны на заводе в Чувашии.

А этот прибор изготовлен в Екатеринбурге

Станция носит имя первого руководителя Оренбургского филиала энергетической компании

Здесь расположен мозг станции. Управлять всей территорией может один человек (операторы работают посменно: днем и ночью), делать это можно даже удаленно — с диспетчерского щита управления Орской ТЭЦ-1. По всему периметру установлено видеонаблюдение, а за безопасностью следит охрана. Обслуживание станции отдано на аутсорсинг — есть подрядчики, которые чистят территорию зимой от снега, а летом косят траву, проводят техобслуживание оборудования. Основная задача оперативного персонала — общаться с диспетчерским центром, который расположен в Оренбурге, и предупреждать аварийные ситуации.

— Станция работает в автоматическом режиме — как только солнце утром выходит, напряжение на панелях возрастает до определенной величины, и инверторы автоматически включаются в работу. Они синхронизируются с сетью и начинают выдавать электроэнергию. Вечером они сами отключаются. Персоналу нужно только контролировать эту работу. Поэтому достаточно одного человека. Я контролирую работу персонала и оборудования на случай аварийных ситуаций, — поясняет Евгений Решетников.

По его словам, мелкие неполадки случаются — прогорают разъемы, выходят из строя предохранители в «сумматорах». Все это можно отледить на компьютерах.

К примеру, если мы зайдем на «сумматоры», то увидим подключенные «стринги» и то, сколько тока протекает по каждому. Если какая-то неисправность, мы это сразу видим. Что касается самих панелей, то производитель заявляет срок службы 25 лет, за это время панель деградирует до 80% своей мощности. Это не так много. За пять лет панели никак не поменялись. Даже если возникают неисправности, у нас есть запасные панели, которые в остальное время также работают в поле, — поясняет Евгений.

Станция полностью обеспечивает и собственную работу — на освещение, отопление, кондиционирование помещения, работу вспомогательного оборудования идет та же энергия, что получена днем. Ночью станция киловатты не выдает, а только потребляет. Говорят, что эта доля очень мала — не более 0,1% от суточной выработки.

Сотрудники тоже используют экологичный транспорт 

Здесь находится оборудование, обеспечивающее защиту станции

Каждый год работа станции полностью останавливается на несколько дней для обслуживания. Это, поясняет мастер, лучше делать летом, чтобы меньше электроэнергии уходило на обогрев самой станции. После отключения остается резервный источник энергии, который позволяет работать автономно.

Сколько стоит энергия

Электроэнергия, как акции или валюта, продается на рынке. Чтобы планировать объем получаемой энергии, каждый день на станции изучают прогноз погоды — график работы задается на сутки вперед и оперативно корректируется, если погода поменялась.

— Компания работает на рынке электрической энергии, где сходятся интересы продавцов и покупателей электричества, и все электростанции работают на этом рынке. У нас есть сервер, к которому подключены приборы учета. Каждое утро он выдает данные, сколько станция произвела, сколько потребила. И мы заявляем, какой объем энергии произведем в сутки. Это нужно, чтобы рынок ориентировался, сколько энергии мы можем выдать и продать, — поясняют в «Т Плюс».

На самой станции энергия не накапливается, а сразу уходит в сеть по специальным шинам. Куда именно она попадает, на станции не отслеживают — говорят, что ее могут использовать хоть в Орске, хоть в Москве.

— Выдача электричества в сеть осуществляется по двум линиям. Станция напрямую зависит от инсоляции. Наша сегодняшняя максимальная мощность — 22 МВт, сегодня хороший солнечный день, вчера было пасмурно, и генерация была намного меньше.

На пики мощности станция начинает выходить весной, а максимума достигает летом.

На солнечную энергетику обращают внимание и жители региона, самостоятельно устанавливая на домах солнечные батареи. Это оправданно только в районах, где нет электрических сетей, считает мастер Орской станции:

— Если для себя ставить солнечные панели, нужно делать запас мощности в четыре-пять раз от того, что дом потребляет. И ставить накопители, чтобы пользоваться энергией и в пасмурную погоду, и ночью. Батарею солнечную можно поставить — телевизор смотреть, когда солнце светит, а в другое время что делать? Там, где есть электрические сети, дешевле платить за электроэнергию из сети, чем самому вкладываться в солнечные панели, сопутствующее оборудование, аккумуляторы, все это будет окупаться лет 10 точно. Сейчас, если покупать в розницу, панель можно купить примерно от 7 тыс. руб. в зависимости от мощности.

Объем инвестиций в строительство Орской станции составил 4,469 млрд руб., сроки окупаемости — 5-7 лет, рассказали DK.RU в «Т Плюс». В компании говорят, что все ожидания оправдались: объем выработки электрической энергии не ниже проектного расчета.

КПД солнечной ячейки фотоэлектрических мультикристаллических модулей, поясняют в компании, составляет 15% (это отношение количества солнечной энергии, которое попадает на модуль, к электроэнергии, которая им вырабатывается). На новых станциях устанавливают монокристаллические панели, у них КПД в районе 17%. Как сообщает Институт энергетики ВШЭ, текущий рекорд эффективности солнечных панелей в мире — 22,3%. Осенью 2020 г. консорциум немецких ученых объявил о разработке солнечных панелей с КПД 33%, подходящих для массового производства.

Для желающих понаблюдать за работой солнечной станции сделали смотровую площадку

— Можно посмотреть карту инсоляции России и станет понятно, где солнечная станция будет экономически оправданна. Оренбургская область по количеству солнечных дней в году сопоставима с Крымом, поэтому здесь построено уже несколько солнечных станций, — говорит Евгений Решетников. — Смысл такого строительства — в экологическом эффекте: не тратится газ для получения электроэнергии, нет никаких выбросов. В 2019 г. наша станция выработала 55 тыс. МВт·ч. С учетом КПД работы ТЭЦ (примерно 40%) это сопоставимо с 13,5 млн куб. м газа. Мы сэкономили 15,5 тыс. т условного топлива и не произвели 25 тыс. т выбросов. Сейчас наше правительство на Чукотке и на удаленных северных районах вместо дизельных электростанций собирается внедрять солнечную энергетику, так что у этого направления есть перспективы в нашей стране.

Благодарим пресс-службу компании «Т Плюс» за возможность посетить солнечную станцию. Фото: DK.RU.