Выбор повышающих трансформаторов для солнечных электростанций: вероятностный метод и его применение 

В рамках реализации стратегии развития возобновляемых источников энергии в России ускоряется строительство солнечных электростанций (СЭС). Повышающие трансформаторы являются ключевым оборудованием, соединяющим солнечные станции с средненапряжительными сетями. Правильный выбор их мощности напрямую влияет на энергетическую эффективность и окупаемость инвестиций. В статье представлен оптимизированный метод выбора параметров на основе вероятностной статистики.

Особенности работы солнечных электростанций

В отличие от традиционных электростанций, мощность солнечных станций носит переменный и случайный характер в зависимости от интенсивности солнечной радиации. Данная особенность создаёт сложности при выборе мощности повышающих трансформаторов.
Традиционный подход заключается в выборе трансформатора по пиковой мощности СЭС. Это приводит к длительной работе оборудования на пониженной нагрузке, снижению КПД и избыточному запасу мощности инверторов и электрических линий.

Вероятностный метод выбора мощности

Более обоснованный подход заключается в статистическом анализе исторических данных интенсивности солнечной радиации на месте размещения солнечной электростанции с расчётом ключевого показателя LPPP (вероятность потери генерируемой мощности).

Основная логика метода:

Сбор данных вероятностного распределения солнечной радиации за год в районе строительства станции

Построение математической модели солнечной станции (модули – инверторы – трансформатор)

Расчёт годовой выработки электроэнергии и энергетических потерь для различных вариантов мощности трансформатора

Выбор оптимальной мощности с учётом полных жизненных затрат (капитальные вложения + эксплуатационные потери + потенциальные убытки)

Исследования подтверждают, что при одинаковой пиковой мощности станции оптимальная мощность трансформатора значительно зависит от географического расположения благодаря различиям в распределении солнечной радиации в Северной Европе, Южной Европе и Северной Африке.

Солнечные электростанции с системами накопления энергии

Алгоритм выбора трансформатора меняется при наличии систем накопления энергии. Накопители компенсируют недостаток солнечной радиации, повышают стабильность выработки, но создают дополнительную тепловую нагрузку на трансформатор в отдельные периоды работы.

В данном случае в расчётную модель включаются стратегии заряда/разряда накопителей, их КПД и стоимость для поиска оптимальной комбинации параметров трансформатора и системы хранения энергии.

Практические выводы для российского рынка

Выбор мощности повышающих трансформаторов солнечных электростанций не должен осуществляться формально по пиковой мощности. Оптимизированный метод на основе вероятностного распределения солнечной радиации позволяет максимально снизить капитальные и эксплуатационные потери при сохранении надёжности электроснабжения. Российским разработчикам солнечных проектов рекомендуется применять данный научный подход на стадии проектирования.