Логотип Рентехно
(044) 332-81-90
Решения возобновляемой энергетики - Превышая ваши ожидания
enuaru

How to move to a fully renewable energy industry

Главная » Блог » Как перейти к полностью возобновляемой энергетике

Как изменить нынешнюю модель энергогенерации?

Ускоренное развитие энергетики из возобновляемых источников энергии (ВИЭ) происходит во всем мире. И проблемы согласования традиционной и возобновляемой энергетики с присущей ей неравномерностью и цикличностью генерации присущи всем странам без исключения. Однако одни страны имеют пока практически незаметную долю ВИЭ в своем энергобалансе (как, например Украина), а другие (Дания, Германия, Португалия…) уже достигли 20-40% использования переменной генерации из ВИЭ в своей национальной энергосистеме. Расширение доли ВИЭ в генерации будет продолжаться и далее, вплоть до полной или практически полной замены нынешних традиционных источников и глубокого изменения всей энергоструктуры. Что нужно сделать, чтобы обеспечить переход к модели «100% возобновляемой энергетики»?

В исследовании группы REN21 («Возобновляемая энергетика в 21 веке») под названием RENEWABLES 2017 GLOBAL STATUS REPORT, опубликованном в начале ноября 2017 года, помимо обновленной статистки внедрения ВИЭ за 2016 год, целый раздел посвящен анализу опыта действий по изменению инфраструктуры энергетики, осуществленных странами-лидерами с высокой долей ВИЭ в производстве энергии. Фактически – это «Дорожная карта» по имплементации ВИЭ с переменным характером выработки электроэнергии (VRE) в национальную энергосистему каждой страны – от экономически развитых до развивающихся.

 


Рис. 1. Установленная мощность и прирост PV-станций в мире, 2006-2016 г. (Уточненные данные. Источник: REN21 2017 GSR)

 

По темпам развития среди разных видов VRE лидирует солнечная PV-генерация (см. рис. 1). За 10 лет суммарная мощность PV-станций в мире выросла более чем в 50 раз, сейчас их ежегодный прирост ~25%. За 2016 г. в мире было установлено, по меньшей мере, 75 ГВт новых солнечных электростанций – это более чем 31 000 солнечных панелей в час! От этого уже просто так не «отмахнешься».

Особенности функционирования нынешней модели энергетики (т.н. «базисная электрическая нагрузка») таковы, что основные генерирующие мощности должны работать в стационарном режиме (см. рис. 2). Это способствует их высокому КПД. Ядерным и угольным станциям технически присуща бОльшая инерционность и негибкость в регулировании переменной нагрузки. Для согласования спроса и предложения (потребления и генерации) энергии используются быстрые «разгонные» мощности – ТЭС на мазуте и газе, газотурбинные и дизельгенераторы. Возобновляемые ресурсы (ГЭС, биотопливные и геотермальные ТЭС) в нынешней парадигме энергетики используются как мощности для практически постоянной генерации. ВИЭ в виде ГЭС и ГАЭС (поглощение избытка генерации и отдача на пике потребления) используются для некоторого регулирования суточной неравномерности.

Нынешняя энергетика нехотя «терпит» наличие в сети неравномерной ВИЭ-генерации (ветровые и, особенно, солнечные электростанции) до тех пор, пока ее суммарная доля не превышает 2% в энергобалансе. Считается, что до этого предела традиционная энергосистема в силах «поглотить» эту неравномерность без специальных ограничительных мер и штрафования за небалансы от VRE (см. Таблицу ниже).

Неприспособленность к восприятию VRE-генерации традиционными энергосистемами вызывает у них реакцию отторжения. Чтобы принудить VRE работать «как все» к производителям «зеленой» энергии тут же начинают применять всевозможные лимиты, ограничения доступа к сети и финансовые санкции. Парадигма нынешней энергетики никоим образом не способствует переходу на ВИЭ. Она нацелена на «стабильность», которую можно назвать «закоснелостью». Перевод энергетики на «возобновляемые» рельсы – это, прежде всего, вопрос изменения структуры и подходов к способам оперативного управления, диспетчеризации и хранения переизбытка генерации.

 


Рис. 2. Особенности нынешней модели функционирования энергосистем. (Источник: REN21 2017 GSR)

 

Что делать на ранних этапах проникновения ВИЭ в энергетику?

По мере распространения VRE «новая энергия» создает проблемы для модели с «базисной нагрузкой». ВИЭ-генерация продвигается от постоянной генерации в область диспетчеризации спроса и предложения. Увеличение мощности подключенных к сети ветровых и PV-станций вносит характерную цикличность и неравномерность в суточную, месячную, сезонную генерацию. Операторы национальных, региональных и локальных энергосетей не готовы к активному управлению VRE. Вопрос переизбытка генерации решается плановым «сдвигом спроса» системных потребителей (в основном – промышленность) на более подходящее время (см. рис. 3). Производителей VRE заставляют прогнозировать и согласовывать графики генерации с операторами сетей (см. «Горизонт планирования – на сутки вперед»). При повышении доли VRE в общем энергобалансе свыше 2% нынешние сети больше технически не справляются с пиками генерации и перетоками, они оказываются мало приспособленными к глубокому регулированию. Поэтому возникает необходимость в инфраструктурных изменениях, модернизации и перестройке самих сетей. Возрастает роль домашних и малых систем хранения электроэнергии (ESS), подключенных к общей сети (см. "Экономика энергонезависимости", рис. 6), государство стимулирует их приобретение.

 



Рис. 3. Изменения в инфраструктуре энергетики на начальных уровнях внедрения VRE. (Источник: REN21 2017 GSR)

 

Модель расширенного использования ВИЭ

Изменение модели производства/потребления энергии с высокой долей VRE в энергобалансе (от 20% до 50% и более) усиливает роль всех ранее имплементированных действий (см. Таблицу ниже). С развитием и удешевлением ВИЭ-технологий всех типов становится экономически выгодной постройка ВИЭ-станций с единичными блоками малой мощности (биогазовые и биотопливные, геотермальные, малые ГЭС и ГАЭС, микро-ВЭС, когенерационные солнечные установки (CSP – технология концентрации солнечной энергии для выработки электро- и/или тепловой энергии; STE – гелио-термоэлектрическая когенерация электричества и тепла). Диспетчеризация большого числа малых распределенных ВИЭ-мощностей (или их поблочное отключение) пригодна для глубокого регулирования энергосистемы, см. рис. 4.

Рис. 4. Инфраструктура энергетики с расширенным использованием VRE. (Источник: REN21 2017 GSR).

 

По мере роста VRE в общем энергобалансе от 10% до 20% огромную роль в поглощении пиков генерации начинает играть электротранспорт (EV) и гибкое тарифное стимулирование стоимости зарядки аккумуляторов по времени суток. Используются возможности EV по сглаживанию ночного и утреннего «провала» потребления электричества (схема V2G, vehicle-to-grid) и дневного пика перегенерации от PV-станций, см. «Солнечные заправки и «зеленый» бизнес. Часть 1» и «Часть 2»).

Появляются значительные мощности регионального и национального масштаба по управлению пиковой перегрузкой – для оперативного хранения и быстрой отдачи энергии. В огромной степени это связано с продолжающимся удешевлением технологии аккумулирования электричества (ESS) и распространения распределенной генерации (см. также «Экономика энергонезависимости»). За 2016 г. количество стационарных батарейных систем хранения энергии, подключенных к общей сети, выросло в мире на 50% (см. рис. 5).

Перепроизводство энергии на солнечных и ветровых станциях полностью поглощается всеми типами систем хранения – от централизованных хранилищ до домашних систем. Возрастает роль финансового стимулирования компенсационных перетоков на всех уровнях – от частных домохозяйств до крупных производителей электричества (первый опыт частных онлайн-транзакций по технологии блокчейн уже есть).

 


Рис. 5. Рост глобальной установленной мощности стационарных аккумуляторных систем хранения энергии, подключенных к общей энергосети, 2006-2016 гг., по странам. (Уточненные данные. Источник: REN21 2017 GSR)

 

«Дорожная карта» действий по имплементации VRE

Продвижение к парадигме 100% ВИЭ требует внедрения новых методов управления, прогнозирования и информационного обмена для регулирования локальных и региональных сетей на совершенно новом уровне. Растущее внедрение переменной возобновляемой энергогенерации (VRE) меняет весь порядок планирования, проектирования и эксплуатации энергосистем.

Фактически, страны с относительно высоким уровнем проникновения ВИЭ в свои энергосистемы уже объявили об отказе от угольной и ядерной генерации до 2040 г. – т.е. от основных генерирующих мощностей, составляющих базис нынешней модели энергетики в Украине. Несколько дольше прослужат мазутные и газовые станции. Газотурбинные и в меньшей степени дизель-генераторные станции на какое-то время сохранят свою роль в качестве быстродействующих компенсирующих мощностей.

Для перехода к модели >50% ВИЭ нужно последовательно и пошагово изменить подход к организации и взаимодействия всей инфраструктуры энергетики – как для нынешней, так и для новой генерации, см. Таблицу:

 


Таблица. Обзор действий и результатов изменения инфраструктуры энергетики при растущей доле в общем энергобалансе переменных возобновляемых источников энергии (VRE): от несущественной до значительной (от <1-3% до >50%). На примере разных стран. (Источник: REN21 2017 GSR)


Как это ни парадоксально, но внедрение в Украине модели 100%-й зеленой энергетики – это серьезный вызов. В нашей стране имеется сложившаяся энергоструктура, которая не соответствует ни нынешней модели потребления, ни характеру распределения потребителей, ни перспективам структурного изменения экономики, но в избытке обладает традиционной установленной мощностью. Украина даже экспортирует электроэнергию.

Страны, где растет спрос на энергию (особенно в развивающихся экономиках), находятся в несколько лучшем положении. Их энергосистемы могут развиваться вместе с увеличением доли ВИЭ-генерации, поскольку сразу разрабатываются более гибкие системы энергоснабжения. И таким образом, можно избежать блокировки базисной генерации (что происходило, например, в Германии (см. «Экономика энергонезависимости», рис.1) и уже очевидно, что это же происходит и в Украине), обеспечивая недорогой доступ к энергии именно за счет VRE и избегая масштабных инвестиций в переделку менее гибкой традиционной инфраструктуры генерации и распределительных сетей.

Сейчас в Украине «мяч на поле» традиционалистов – насколько готовы нынешние операторы сетей и производители энергии (а в основном это в той или иной степени монополисты) изменить свою инфраструктуру и подготовить ее к неизбежному переходу на ВИЭ-генерацию? Очевидно, что для такого перехода понадобятся «меры принуждения» от законодателей.

В этом смысле зарубежные тенденции, обычно служащие для нас примером, придают некоторый оптимизм. Новостная лента этого года пестрит сообщениями, что ведущие мировые «углеводородные» энергокомпании начинают активно инвестировать в изменение инфраструктуры электросетей и в ВИЭ, и главное финансирование приходится как раз на самый «переменчивый» вид VRE – солнечные электростанции во всем спектре мощности.


Печать

Остались вопросы по назначению наших услуг?
Оставьте нам заявку. Наши специалисты проконсультируют Вас

Тема вашего запроса
Заказать звонок

^