Перспективы применения солнечных электростанций в системах электроснабжения горных предприятий

Использование нетрадиционных источников энергии в промышленности является одним из направлений по реализации политики декарбонизации индустриального сектора экономики. Основной проблемой применения солнечных электростанций является отсутствие генерации электроэнергии в темное время суток, что не позволяет использовать их в качестве основного источника питания для предприятий, имеющих относительно стабильное значение потребляемой электроэнергии. На горных предприятиях реализуются достаточно энергоемкие процессы с характерным для них графиком нагрузки. Представленные в работе исследования направлены на обоснование технических решений по использованию солнечной генерации для горного предприятия без применения накопителей электроэнергии. Для этой цели был проанализирован реальный график нагрузок технологического комплекса карьера, определена возможность покрытия дневного максимума электрических нагрузок за счет установки солнечной электростанции. Представлено обоснование технических решений по структуре и оборудованию солнечной электростанции, а также определены параметры этого оборудования. На основе технико-экономической оценки определены экономические показатели реализации проекта по внедрению солнечной генерации на горном предприятии. Расчетный анализ показал, что солнечная электростанция позволяет заменить 41 млн кВт·ч электроэнергии в год в общем энергетическом балансе предприятия. Срок окупаемости проекта при этом достигает 5 лет. Кроме того, сниженное потребление в дневные часы приводит к уменьшению стоимости электроэнергии за счет применения иных тарифных ставок, не подразумевающих гарантированное покрытие дневного максимума нагрузок потребителя. Расчетные аналитические процедуры проводились для реальных условий Лебединского горно-обогатительного комбината.

Софронов М. А., Петров В. Л. Перспективы применения солнечных электростанций в системах электроснабжения горных предприятий // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2024. – № 10. – С. 152–165. DOI: 10.25018/ 0236_1493_2024_10_0_152.

Софронов Матвей Андреевич¹ — магистр, e-mail: sarychev_2000@inbox.ru,
Петров Вадим Леонидович¹ — д-р техн. наук, профессор, e-mail: petrovv@misis.ru,
¹ НИТУ МИСИС.

Петров В.Л., e-mail: petrovv@misis.ru.

1. Gailani A., Cooper S., Allen S., Pimm A., Taylor P., Gross R. Assessing the potential of sam decarbonization options for industrial sectors // Joule. 2024, vol. 8, pp. 576—603. DOI: 10.1016/j. joule.2024.01.007.

2. Яшалова Н. Н., Потравный И. М. Инструменты обеспечения углеродной нейтральности в российском угольном бизнесе // Уголь. — 2023. — № 10. — С. 66—71. DOI: 10.18796/00415790-2023-10-66-71.

3. Hiroaki Onodera, Rémi Delage, Toshihiko Nakata The role of regional renewable energy integration in electricity decarbonization. A case study of Japan // Applied Energy. 2024, vol. 363, article 123118. DOI: 10.1016/j.apenergy.2024.123118.

4. Веселов Ф., Соляник А., Урванцева Л. Низкоуглеродная перестройка электроэнергетики России до 2035 года: потенциал снижения эмиссии СО2 и его «цена» для потребителя // Энергетическая политика. — 2021. — № 11(165). — С. 30—43. DOI: 10.46920/2409-5516_2021_11165_30.

5. Артамонов Г. Е., Васенев И. И., Гутников В. А. Экологическая оценка углеродного и азотного следа объектов тепловой энергетики в условиях города Москвы // Экология. — 2023. — № 4. — С. 16—25. DOI: 10.24412/1816-1863-2023-4-16-25.

6. Еникеева А. Р., Шарипов Б. А., Федосеева Е. А. Применение нетрадиционных источников энергии для покрытия нагрузки на подогрев резервуаров // Электротехнические и информационные комплексы и системы. — 2019. — № 3. — С. 30—35. DOI: 10.17122/1999-5458-2019-153-30-35.

7. Chatzigeorgiou N. G., Theocharides S., Makrides G., Georghiou G. E. A review on battery energy storage systems: Applications, developments, and research trends of hybrid installations in the end-user sector // Journal of Energy Storage. 2024, vol. 86, article 111192. DOI: 10.1016/j.est.2024.111192.

8. Степаненко В. С., Мальшаков И. Н. Перспективы применения в горной промышленности суперконденсаторных накопителей и возобновляемых источников энергии // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2017. — № 6. — C. 153—163.

9. Seon Hyeog Kim, Yong-June Shin Optimize the operating range for improving the cycle life of battery energy storage systems under uncertainty by managing the depth of discharge // Journal of Energy Storage. 2023, vol. 73. DOI: 10.1016/j.est.2023.109144.

10. Топно С., Умре Б., Авар М., Саху Л. Внутренний и перекрестный сопоставительный анализ потребления электроэнергии на угольных разрезах // Горные науки и технологии. — 2023. — № 8(3). — С. 232—244. DOI: 10.17073/2500-0632-2023-03-100.

11. Садридинов А. Б. Анализ энергетических показателей работы горнопроходческих комплексов угольной шахты // Горные науки и технологии. — 2020. — № 5(4). — С. 367—375. DOI: 10.17073/2500-0632-2020-4-367-375.

12. Клюев Р. В., Босиков И. И., Гаврина О. А., Ляшенко В. И. Оценка эксплуатационной надежности электроснабжения развивающихся участков добычи руд на высокогорном руднике // Горные науки и технологии. — 2021. — № 6(3). — С. 211—220. DOI: 10.17073/2500-0632-20213-211-220.

13. Шклярский Я. Е., Пирог С. Влияние графика нагрузки на потери в электрической сети предприятия // Записки Горного института. — 2016. — Т. 222. — С. 859—863. DOI: 10.18454/ PMI.2016.6.859.

14. Красникова Ю. Д., Разуваева В. В. Горные машины. Динамика и стабилизация нагрузок оборудования карьеров. — М.: Издательство МГОУ, 2013. — 100 с.

15. Fernandez A., Bella J., Dorronsoro J. R. Supervised outlier detection for classification and regression // Neurocomputing. 2022, vol. 486, no. 2. DOI: 10.1016/j.neucom.2022.02.047.

16. Mohammad Baqir, Harpreet Kaur Channi Analysis and design of solar PV system using Pvsyst software // Materials Today: Proceedings. 2022, vol. 48. DOI: 10.1016/j.matpr.2021.09.029.

17. Ravi Kumar, Rajoria C. S., Amit Sharma, Sathans Suhag Design and simulation of standalone solar PV system using PVsyst Software. A case study // Materials Today: Proceedings. 2021, vol. 46. DOI: 10.1016/j.matpr.2020.08.785.

18. Longares Jose Manuel, García-Jim´enez A., García-Polanco N. Multiphysics simulation of bifacial photovoltaic modules and software comparison // Solar Energy. 2023, vol. 257, pp. 155—163. DOI: 10.1016/j.solener.2023.04.005.

19. Handan Akulker, Erdal Aydin Equipment selection for coupling a microgrid with a power-to-gas system in the context of optimal design and operation // Computers & Chemical Engineering. 2024, vol. 181. DOI: 10.1016/j.compchemeng.2023.108512.

20. Arcell Lelo Konde, Kusaf Mehmet, Dagbasi Mustafa An effective design method for grid-connected solar PV power plants for power supply reliability // Energy for Sustainable Development. 2022, vol. 70, pp. 301—313. DOI: 10.1016/j.esd.2022.08.006.

21. Мингалеев Р. Д., Бессель В. В., Топилин А. В., Зайцев В. С. Статистический метод оценки первоначальных инвестиций при выборе солнечных PV-панелей для солнечной электростанции // Территория Нефтегаз. — 2014. — № 12. — C. 136—139.

22. Шуткин О. И. Оценка конкурентоспособности солнечной генерации в электроэнергетике России // Энергетическая политика. — 2014. — № 1. — C. 67—77.

23. Бастрон А. В., Бастрон Т. Н., Наумов И. В., Ямщикова И. В. Технико-экономический аспект использования солнечных электростанций в системах электроснабжения сельскохозяйственного производства и быта в условиях Сибири // Социально-экономический и гуманитарный журнал Красноярского ГАУ. — 2023. — № 3. — C. 101—116. DOI: 10.36718/2500-18252023-3-101-116.

24. Ismail Bendaas, Kada Bouchouicha, Smail Semaoui, Abdelhak Razagui, Salim Bouchakour, Saliha Boulahchiche Performance evaluation of large-scale photovoltaic power plant in Saharan climate of Algeria based on real data // Energy for Sustainable Development. 2023, vol. 76. DOI: 10.1016/ j.esd.2023.101293.

25. Neha Bansal, Shiva Pujan Jaiswal, Gajendra Singh Long term performance assessment and loss analysis of 9 MW grid tied PV plant in India // Materials Today. 2022, vol. 60. DOI: 10.1016/j. matpr.2022.01.263.