Гидравлические накопители оказываются более экономичными, чем аккумуляторы, для фотоэлектрических систем орошения

На сайте инверторы ру, вы можете купить аккумулятор FIAMM FG 20722

Исследователи из Испании обнаружили, что гидравлические накопители могут быть более экономичными, чем аккумуляторы, для фотоэлектрических систем орошения, а комбинированные накопители обеспечивают максимальную автономность. Исследование показывает, что оптимальное решение зависит от того, что является приоритетом: снижение зависимости от электросети или минимизация эксплуатационных расходов.

Проект фотоэлектрического орошения в Испании

Исследовательская группа из испанского технологического центра CIRCE выяснила, что не существует единой оптимальной стратегии управления энергопотреблением для систем орошения, работающих на фотоэлектрических элементах.

Ученые объяснили, что оптимальная конфигурация зависит от того, что является главной целью: максимальная энергетическая самодостаточность или снижение эксплуатационных расходов.

В рамках исследования, проведенного в рамках европейского проекта HarvRESt, изучалась реальная система орошения, установленная на винограднике в Испании. Объект включает в себя фотоэлектрическую систему мощностью 112 кВт и шесть ирригационных насосов. Используя модель оптимизации по времени за период в один год, исследователи сравнили три сценария управления энергопотреблением: аккумуляторное хранилище, гидравлическое хранилище в виде резервуара для воды и сочетание обеих технологий.

В первоначальной ирригационной системе фотоэлектрическая энергия использовалась либо непосредственно для перекачки воды, либо излишки электроэнергии отправлялись в сеть через механизм компенсации. В системе не было ни электрических, ни гидравлических накопителей.

Три сценария

Для анализа исследователи сохранили существующую мощность фотоэлектрических систем и смоделировали три альтернативные конфигурации: система с аккумуляторными батареями; резервуар, в который закачивается вода в периоды высокой солнечной активности для последующего использования в ирригации; и комбинированная система с аккумуляторными батареями и гидравлическими накопителями. Каждый сценарий оценивался по двум критериям оптимизации: минимизация импорта электроэнергии из сети и минимизация общих эксплуатационных расходов.

Исследователи применили модель целочисленного линейного программирования (MILP) в рамках системы прогнозного управления (Model Predictive Control, MPC) для определения оптимального распределения энергии на почасовой основе.

Модель учитывала выработку фотоэлектрической энергии, потребность в работе ирригационных насосов, потребность сельскохозяйственных культур в воде, работу накопителей, цены на электроэнергию и стоимость компенсации за экспортируемую избыточную электроэнергию.

Потребность в орошении рассчитывалась на основе почасовых метеорологических данных ERA5-Land и спутниковых снимков Sentinel-2, обработанных с помощью Google Earth Engine. Такой подход позволил исследователям динамически оценивать коэффициент урожайности виноградника и почасовую потребность в воде.

Комбинированное хранилище обеспечивает максимальную самодостаточность

Когда целью оптимизации было сокращение импорта электроэнергии из сети, наилучшие результаты показала конфигурация с комбинированным аккумулятором и гидроаккумулятором.

В этом сценарии аккумуляторы перераспределяли использование фотоэлектрической энергии в течение одного дня, а резервуар накапливал воду, подаваемую насосами, в периоды максимальной солнечной активности для последующего орошения. Это повысило эксплуатационную гибкость и снизило зависимость от сетевой электроэнергии.

Такая конфигурация позволила добиться наибольшего сокращения импорта электроэнергии и практически полностью исключить избыточный экспорт фотоэлектрической энергии, максимально увеличив прямое использование солнечной энергии.

Гидравлические накопители более экономичны

Результаты изменились, когда целью оптимизации стало снижение эксплуатационных расходов.

В данном случае гидроаккумулирующие электростанции показали наилучшие экономические результаты. Вместо того чтобы максимизировать собственное потребление, система использовала гибкость насосного оборудования, чтобы адаптировать работу к доступности фотоэлектрических систем, ценам на электроэнергию и условиям компенсации избыточной выработки.

Исследователи пришли к выводу, что гидроаккумулирующие электростанции обеспечивают наилучший баланс между сокращением закупок электроэнергии и сохранением доходов от экспорта избыточной электроэнергии.

Экономическое преимущество гидроаккумулирующих электростанций связано с несколькими факторами. В отличие от аккумуляторных батарей, водохранилища не сопряжены с дополнительными потерями при зарядке и разрядке. Кроме того, гибкости, обеспечиваемой накоплением воды, достаточно, чтобы отделить выработку солнечной энергии от потребности в орошении, что ограничивает дополнительную ценность аккумуляторных батарей в этом конкретном случае.

Инвестиции в аккумуляторные батареи по-прежнему сопряжены с экономическими трудностями

В исследовании также были приведены оценки капитальных затрат и рассчитаны простые сроки окупаемости технологий хранения энергии.

Срок окупаемости гидроаккумулирующих электростанций составил примерно 8,2 года. В отличие от них, аккумуляторные электростанции не считались экономически целесообразными, поскольку получаемая дополнительная экономия была недостаточной для покрытия инвестиционных затрат.

Исследователи пришли к выводу, что оптимальная стратегия хранения энергии для фотоэлектрического орошения зависит от приоритетов системы: комбинированное хранение предпочтительнее, если цель — максимальная энергетическая независимость, а гидравлическое хранение — наиболее экономически выгодное решение.

Результаты исследования были представлены в статье «Оптимизация управления энергопотреблением в ирригационных системах, работающих на солнечной энергии: сравнительный анализ стратегий электрического и естественного аккумулирования», опубликованной в журнале Sustainability.