Projektowanie elektrowni słonecznych: jak uwzględnić każdy szczegół

Aby namalować obraz, artysta zaczyna od szkicu. Aby zbudować elektrownię słoneczną, która będzie generować czysty prąd przez dziesięciolecia, należy zacząć od przygotowania szczegółowej dokumentacji projektowej. Można nazwać ją „szkicem” przyszłej farmy fotowoltaicznej. Dlaczego jest to ważne? Odpowiedzialne podejście do prac projektowych decyduje o powodzeniu realizacji obiektu elektroenergetycznego i jego sprawności w całym okresie eksploatacji. Jak uwzględnić wszystkie niuanse jeszcze przed budową elektrowni? Nasz zespół projektantów KNESS wyjaśnia, z jakich etapów składa się przygotowanie dokumentacji projektowej i mówi o cechach sprawnego projektowania.

Co poprzedza proces projektowania obiektu elektroenergetycznego?

„Najpierw otrzymujemy dane wejściowe od klienta. Dowiadujemy się jaki obiekt należy zaprojektować, jakie ma być jego przeznaczenie, jaka jest pożądana moc i inne parametry elektryczne. Ponadto przed rozpoczęciem projektowania ważne jest, aby dowiedzieć się, gdzie będzie zlokalizowany przyszły obiekt i posiadać wszystkie informacje na temat układu wybranej działki lub dachu. W razie potrzeby służymy rekomendacjami i pomagamy klientowi w podjęciu decyzji o koncepcji tego, jak powinien wyglądać jego przyszły obiekt elektroenergetyczny. Potem możemy przystąpić do projektowania – opisuje przygotowania do prac projektowych Borys Errera Vitiuk, Zastępca Dyrektora ds. Projektowania w KNESS.

Jakie są etapy projektowania?

Proces projektowania składa się z trzech głównych etapów: analizy przedprojektowej, studium wykonalności i faktycznego opracowania pełnego pakietu dokumentacji projektowej. Każdy z tych etapów odgrywa ważną rolę i ma swój własny cel. Następnie eksperci przedstawiają bardziej szczegółowy przegląd każdego z nich.

Etap pierwszy — analityka

„Na tym etapie rozpoczynamy pracę z danymi wejściowymi od klienta: opracowujemy rysunki rozmieszczenia modułów fotowoltaicznych i rozmieszczenia urządzeń projektowych. To trochę jak szkic przyszłego obrazu. W przypadku budowy elektrowni słonecznej dobieramy główne urządzenia i obliczamy prognozowaną generację. Prognoza efektywności elektrowni wykonywana jest w specjalnym oprogramowaniu PVsyst, którego wyniki uznawane są przez najważniejsze międzynarodowe firmy energetyczne, a także firmy audytorskie i banki. Prognoza generacji elektrowni opiera się na lokalizacji, instalowanym sprzęcie, konfiguracji konstrukcji montażowych względem siebie i wielu innych czynnikach.

Nasłonecznienie, czyli ilość promieniowania słonecznego docierającego do danego miejsca, ma ogromne znaczenie dla prognozowania wydajności. Wskaźnik ten należy wziąć pod uwagę na etapie analitycznym. Decyduje o wyborze kąta nachylenia modułów fotowoltaicznych, odległości między nimi oraz rodzaju sprzętu.

Poziom nasłonecznienia na Ukrainie jest dość zróżnicowany i zmienia się nie tylko w obrębie kraju, ale także w zależności od pory roku. Na przykład według programu PVsyst poziom nasłonecznienia w Winnicy wynosi 1233 kWh/m² rocznie. Aby zbudować elektrownię fotowoltaiczną o dużej sprawności i mocy, która pokryje pobór obiektu lub zajmie całą optymalną dla niej powierzchnię, należy wybrać idealne rozmieszczenie modułów względem południa, dobrać odpowiednie konstrukcje metalowe , modułu i falownika, dzięki czemu szczytowa produkcja elektrowni słonecznej jest maksymalizowana przez cały rok. Dla stacji o tej samej mocy w Czernihowie, gdzie nasłonecznienie wynosi 1156 kWh/m², warto wybrać inny kąt nachylenia, w miarę możliwości zamontować więcej modułów fotowoltaicznych i wybrać sprzęt o większej mocy.

Każdy obiekt charakteryzuje się indywidualną charakterystyką, uwzględniającą życzenia klienta oraz czynniki ograniczające, które bezpośrednio wpływają na budowę i eksploatację elektrowni fotowoltaicznej. Analiza wykonalności pozwala uwzględnić te cechy w każdym indywidualnym przypadku i wyciągąć wnioski na temat wykonalności i szacunkowego kosztu budowy obiektu w wybranej lokalizacji – mówi Maksym Tokar, Inżynier Konstruktor Działu Projektowania Elektrowni w KNESS.

Takie obliczenia pozwalają rozwiązać kilka problemów jednocześnie. Po pierwsze, klient może zrozumieć, czy budowa takiej elektrowni jest opłacalna w takich warunkach i przy takim okresie zwrotu z inwestycji. Ponadto porównując różne opcje układu stacji, można znaleźć najbardziej optymalną. Po drugie, wstępna kalkulacja techniczna pozwala ocenić wpływ farmy fotowoltaicznej na sąsiadującą sieć elektroenergetyczną, co pozwala określić zakres przebudowy sieci lub budowy jej nowych elementów niezbędnych do przyłączenia instalacji.

Jak znaleźć najlepszą opcję podłączenia elektrowni słonecznej?

„Aby to zrobić, musimy ustalić, co klient ma na myśli, mówiąc „najlepsza opcja podłączenia” – mówi Yevhen Kostiuk, główny inżynier projektant w dziale studiów wykonalności w KNESS. „Zazwyczaj w procesie wyboru lokalizacji preferowane są te znajdujące się w pobliżu podstacji lub linii energetycznych. Jednak zawsze istnieją niuanse. Wydajność linii może być zbyt mała, żeby zapewnienić pełną moc przyszłej elektrowni lub wydajność transformatorów w podstacji może okazać się niewystarczająca. Do tego węzła elektroenergetycznego może być już podłączonych wiele innych źródeł wytwórczych, a moc bilansująca może nie wystarczyć do podłączenia nowych. Najlepsza opcja połączenia powinna uwzględniać wszystkie funkcje i być optymalna zarówno pod względem ceny, jak i niezawodności” – Yevhen dzieli się swoim doświadczeniem.

Drugi etap – studium wykonalności 

Na tym etapie nasz wstępny szkic nabiera przejrzystości.

„W odróżnieniu od etapu analizy, na etapie wykonalności dokonujemy korekt w oparciu nie tylko o dane klienta, ale także o cały szereg obliczeń. Obliczamy tryby pracy sieci w miejscu przyłączenia do operatora systemu przesyłowego (OSP) / operatora systemu dystrybucyjnego (OSD) lub obiektu abonenckiego, a także stabilność dynamiczną i statyczną przyszłych instalacji OZE. Przygotowujemy plany wyprowadzenia mocy zewnętrznej dla obiektów wytwarzania energii. Obliczamy również koszt i efektywność ekonomiczną obiektu oraz ustalamy optymalny wariant przyłączenia do sieci OSP/OSD lub obiektu abonenckiego. Dzięki temu dysponujemy kompletem dokumentów obliczeniowych i analitycznych zawierających zarówno dane wyjściowe, jak i podstawowe rozwiązania techniczno-organizacyjne, kalkulacyjne i szacunkowe oraz inne wskaźniki, czyli otrzymujemy pełny obraz wykonalności i efektywności inwestycji.” — opisuje pracę działu zajmującego się przygotowaniem studium wykonalności jego kierownik, Wołodymyr Rozgonyuk.

Etap trzeci — przygotowanie pełnego pakietu dokumentacji projektowej

Na tym ostatnim etapie opracowywany zostaje projekt, który uzgadniany jest z klientem i OSP/OSD, obliczane są parametry urządzeń elektroenergetycznych i opracowywany jest projekt wykonawczy. „W przypadku naziemnych obiektów energetycznych przeprowadza się również badania inżynieryjne, geodezyjne i geologiczne w celu uzyskania dokładnych danych o lokalizacji. W szczególności badania geologiczne gleby pomagają określić poziom warstwy wodonośnej, prawdopodobieństwo ruchów gruntu i obecność formacji krasowych. Prace te pozwalają na wybranie optymalnej i bezpiecznej trasy linii kablowych, zaplanowanie rozmieszczenia konstrukcji metalowych z uwzględnieniem ukształtowania terenu, a także gwarantują niezmienne kąty ustawienia paneli fotowoltaicznych dla dalszej wydajnej i nieprzerwanej pracy elektrowni słonecznej. Jednocześnie do prac geodezyjnych wymagane jest wyznaczenie miejsca montażu modułów fotowoltaicznych w zakresie współrzędnych określonych w dokumentacji technicznej, a także wykonanie badań topograficznych i sporządzenie prawidłowego planu terenu przeznaczonego pod budowę instalacji fotowoltaicznej.

Jeżeli zaistnieje taka potrzeba, na tym samym etapie opracowywany jest zakres zadań i obowiązków dla realizacji projektu ACEMS (zautomatyzowanego komercyjnego systemu pomiaru energii elektrycznej). Po dokładnej weryfikacji, gotowe rozwiązania projektowe są uzgadniane ze wszystkimi niezbędnymi organizacjami (OSP, OSD, właścicielami istniejącej infrastruktury) – mówi Witalij Biespiaczuk, Kierownik Działu Projektowania Elektrowni w KNESS.

Etap ten jest najważniejszy, gdyż od otrzymanej dokumentacji zależy powodzenie wdrożenia elektrowni, a co za tym idzie także jej sprawność w trakcie eksploatacji.

„Pełny pakiet dokumentacji projektowej zawiera kompleksowe informacje na temat wszystkich cech przyszłej elektrowni słonecznej. Pakiet zawiera notę wyjaśniającą, rozwiązania architektoniczne i konstrukcyjne, plan zagospodarowania przestrzennego i transport, szczegółowe obliczenia, diagramy i szacunki. Dokumentacja projektowa musi również szczegółowo opisywać wszystkie rozwiązania elektryczne, cechy zabezpieczeń przekaźników i automatyki, pomiary energii elektrycznej, a także urządzenia dyspozytorskie i sterujące procesem. W razie potrzeby do projektu dołączana jest ocena oddziaływania na środowisko – wyjaśnia Vitalii Bespiatchuk.

Projektowanie w KNESS to zawsze dokładne i kompetentne podejście do realizacji obiektu elektrycznego

Na etapie przygotowania projektu szczegółowo uwzględnia się wszystkie niuanse związane z realizacją elektrowni słonecznej. Od prawidłowo dobranych rozwiązań zależy okres nieprzerwanej pracy elektrowni w ramach deklarowanej mocy, a tym samym okres zwrotu inwestycji. Aby uwzględnić każdy szczegół, potrzebne są kwalifikacje specjalistów o różnych profilach i poziomach. Równie ważne jest wszechstronne doświadczenie w realizacji obiektów elektroenergetycznych i odpowiedzialne podejście.

„Naszym celem jest przygotowanie jak najefektywniejszego rozwiązania i długoterminowa, wzajemnie korzystna współpraca z partnerami. Projektując instalację o maksymalnej wydajności, można to osiągnąć jedynie poprzez indywidualne podejście i dokładne obliczenia. Przez ponad 14 lat zaufali nam zarówno krajowi, jak i zagraniczni partnerzy i klienci. Zespół projektowy KNESS skupia ponad 40 wysoko wykwalifikowanych specjalistów, w tym certyfikowanych specjalistów z doświadczeniem w projektowaniu obiektów CC1, CC2, CC3, co gwarantuje najwyższą jakość prac i realizacji projektów o dowolnej złożoności. Nieustannie pracujemy nad poprawą efektywności naszych projektów, starannie opracowując i wdrażając nowoczesne rozwiązania inżynieryjne. Projektujemy elektrownie fotowoltaiczne, wiatrowe, podstacje wysokiego napięcia, sieci dystrybucyjne zarówno w formie odrębnych usług, jak i w ramach umowy EPC. Do realizacji każdego projektu podchodzimy kompleksowo, począwszy od wyboru działki, usług doradczych, projektu i doboru urządzeń, a skończywszy na uruchomieniu i przygotowaniu wszelkiej niezbędnej dokumentacji” – podsumowuje Dmytro Pyskliarov, Kierownik Działu Projektowego w KNESS.