Логотип Рентехно
(044) 332-81-90
Рішення відновлювальної енергетики - Перевищуючи ваші очікування
enuaru

How to move to a fully renewable energy industry

Головна » Блог про ВДЕ » Як перейти до повністю відновлюваної енергетики

Як змінити нинішню модель енергогенерації?

Прискорений розвиток енергетики з відновлюваних джерел енергії (ВДЕ) відбувається в усьому світі. І проблеми узгодження традиційної та відновлюваної енергетики з властивою їй нерівномірністю і циклічністю генерації притаманні всім країнам без винятку. Однак одні країни мають поки практично непомітну частку ВДЕ в своєму енергобалансі (як, наприклад Україна), а інші (Данія, Німеччина, Португалія...) вже досягли 20-40% використання змінної генерації з ВДЕ в своїй національній енергосистемі. Розширення частки ВДЕ в генерації триватиме і далі, аж до повної або майже повної заміни нинішніх традиційних джерел і глибокої зміни всієї енергоструктури. Що потрібно зробити, щоб забезпечити перехід до моделі «100% відновлюваної енергетики»?

У дослідженні групи REN21 («Відновлювана енергетика в 21 столітті») під назвою RENEWABLES 2017 GLOBAL STATUS REPORT, опублікованому на початку листопада 2017 року, крім оновленої статистки впровадження ВДЕ за 2016 рік цілий розділ був присвячений аналізу досвіду дій зі зміни інфраструктури енергетики, здійснених країнами-лідери з високою часткою ВДЕ у виробництві енергії. Фактично - це «Дорожня карта» по імплементації ВДЕ зі змінним характером вироблення електроенергії (VRE) в національну енергосистему кожної країни - від економічно розвинених до країн, що розвиваються.

 


Рис. 1. Встановлена потужність і приріст сонячних станцій в світі, 2006-2016 р (Уточнені дані. Джерело: REN21 2017 GSR)

 

За темпами розвитку серед різних видів VRE лідирує PV-генерація (див. рис. 1). За 10 років сумарна потужність сонячних електростанцій в світі виросла більш ніж в 50 разів, зараз їх щорічний приріст ~25%. За 2016 року в світі було встановлено, щонайменше, 75 ГВт нових сонячних електростанцій - це більш як 31 000 сонячних панелей в годину! Від цього вже просто так не «відмахнутися».

Особливості функціонування нинішньої моделі енергетики (так зване «базисне електричне навантаження») такі, що основні генеруючі потужності повинні працювати в стаціонарному режимі (див. рис. 2). Це сприяє їхньому високому ККД. Ядерним і вугільним станцій технічно властива велика інерційність і негнучкість в регулюванні змінного навантаження. Для узгодження попиту і пропозиції (споживання і генерації) енергії використовуються швидкі «розгінні» потужності - ТЕС на мазуті і газі, газотурбінні і дизельгенератори. Поновлювані ресурси (ГЕС, біопаливні і геотермальні ТЕС) в нинішній парадигмі енергетики використовуються як потужності для практично постійною генерації. ВДЕ у вигляді ГЕС і ГАЕС (поглинання надлишку генерації, віддача на піку споживання) використовуються для деякого регулювання добової нерівномірності.

Нинішня енергетика знехотя «терпить» наявність в мережі нерівномірною ВДЕ-генерації (вітрові та, особливо, сонячні електростанції) до тих пір, поки її сумарна частка не перевищує 2% в енергобалансі. Вважається, що до цієї межі традиційна енергосистема в силах «поглинути» цю нерівномірність без спеціальних обмежувальних заходів і штрафування за небаланси від VRE (див. Таблицю нижче).

Непристосованість до сприйняття VRE-генерації традиційними енергосистемами викликає у них реакцію відторгнення. Щоб примусити VRE працювати «як всі» до виробників «зеленої» енергії тут же починають застосовувати всілякі ліміти, обмеження доступу до мережі та фінансові санкції. Парадигма нинішньої енергетики жодним чином не сприяє переходу на ВДЕ. Вона націлена на «стабільність», яку можна назвати «закосніла». Переклад енергетики на «поновлювані» рейки - це, перш за все, питання зміни структури і підходів до способів оперативного управління, диспетчеризації та зберігання надлишку генерації.

 


Рис. 2. Особливості нинішньої моделі функціонування енергосистем. (Джерело: REN21 2017 GSR)

 

Що робити на ранніх етапах проникнення ВДЕ в енергетику?

У міру поширення VRE «нова енергія» створює проблеми для моделі з «базисної навантаженням». ВДЕ-генерація просувається від постійної генерації в область диспетчеризації попиту і пропозиції. Збільшення потужності підключених до мережі вітрових і PV-станцій вносить характерну циклічність і нерівномірність в добову, місячну, сезонну генерацію. Оператори національних, регіональних і локальних енергомереж не готові до активного управління VRE. Питання надлишку генерації вирішується плановим «зрушенням попиту» системних споживачів (в основному - промисловість) на більш відповідний час (див. рис. 3). Виробників VRE змушують прогнозувати і погоджувати графіки генерації з операторами мереж (см. «Горизонт планування - на добу вперед»). При підвищенні частки VRE в загальному енергобалансі быльше 2% нинішні мережі більше технічно не справляються з піками генерації і перетоками, вони виявляються мало пристосованими до глибокого регулювання. Тому виникає необхідність в інфраструктурні зміни, модернізації та розбудови самих мереж. Зростає роль домашніх і малих систем зберігання електроенергії (ESS), підключених до загальної мережі (см. "Економіка енергонезалежності", рис. 6), держава стимулює їх придбання.

 



Рис. 3. Зміни в інфраструктурі енергетики на початкових рівнях впровадження VRE. (Джерело: REN21 2017 GSR)

 

Модель розширеного використання ВДЕ

Зміна моделі виробництва/споживання енергії з високою часткою VRE в енергобалансі (від 20% до 50% і більше) посилює роль всіх раніше імплементованих дій (див. Таблицю нижче). З розвитком і здешевленням ВДЕ-технологій всіх типів стає економічно вигідною споруда ВДЕ-станцій з одиничними блоками малої потужності (біогазові і біопаливні, геотермальні, малі ГЕС і ГАЕС, мікро-ВЕС, когенераційні сонячні установки (CSP - технологія концентрації сонячної енергії для вироблення електрики - та/або теплової енергії; STE - геліо-термоелектрична когенерація електрики і тепла). Диспетчеризація великого числа малих розподілених ВДЕ-потужностей (або їх по-блокове відключення) придатна для глибокого регулювання енергосистеми (див. рис. 4).

Рис. 4. Інфраструктура енергетики з розширеним використанням VRE. (Джерело: REN21 2017 GSR).

 

У міру зростання VRE в загальному енергобалансі від 10% до 20% величезну роль в поглинанні піків генерації починає грати електротранспорт (EV) і гнучке тарифне стимулювання вартості зарядки акумуляторів за часом доби. Використовуються можливості EV зі згладжування нічного і ранкового «провалу» споживання електрики (схема V2G, vehicle-to-grid) і денного піку перегенерации від PV-станцій (див. «Сонячні заправки і «зелений» бізнес. Частина 1» и «Частина 2»).

З'являються значні потужності регіонального і національного масштабу з управління пікової перевантаженням - для оперативного зберігання та швидкої віддачі енергії. У величезній мірі це пов'язано з триваючим здешевленням технології акумулювання електрики (ESS) і поширення розподіленої генерації (див. також «Економіка енергонезалежності»). За 2016 року кількість стаціонарних батарейних систем зберігання енергії, підключених до загальної мережі, зросла в світі на 50% (див. рис. 5).

Перевиробництво енергії на сонячних і вітрових станціях повністю поглинається всіма типами систем зберігання - від централізованих сховищ до домашніх систем. Зростає роль фінансового стимулювання компенсаційних перетоків на всіх рівнях - від приватних домогосподарств до великих виробників електрики (перший досвід приватних онлайн-транзакцій за технологією блокчейн вже є).

 


Рис. 5. Зростання глобальної встановленої потужності стаціонарних акумуляторних систем зберігання енергії, підключених до загальної енергомережі, 2006-2016 рр., По країнам. (Уточнені дані. Джерело: REN21 2017 GSR)

 

«Дорожня карта» дій щодо імплементації VRE

Просування до парадигми 100% ВДЕ вимагає впровадження нових методів управління, прогнозування та інформаційного обміну для регулювання локальних і регіональних мереж на абсолютно новому рівні. Зростаюче впровадження змінної відновлюваної енергогенерації (VRE) змінює весь порядок планування, проектування і експлуатації енергосистем.

Фактично, країни з відносно високим рівнем проникнення ВДЕ в свої енергосистеми вже оголосили про відмову від вугільної та ядерної генерації до 2040 року - тобто від основних генеруючих потужностей, що становлять базис нинішньої моделі енергетики України. Кілька довше прослужать мазутні і газові станції. Газотурбінні і в меншій мірі дизель-генераторні станції на якийсь час збережуть свою роль в якості швидкодіючих компенсуючих потужностей.

Для переходу до моделі >50% ВДЕ потрібно послідовно і покроково змінити підхід до організації та взаємодії всієї інфраструктури енергетики - як для нинішньої, так і для нової генерації (див. Таблицю).

 


Таблиця. Огляд дій і результатів зміни інфраструктури енергетики при зростаючу частку в загальному енергобалансі змінних поновлюваних джерел енергії (VRE): від несуттєвою до значної (від <1-3% до> 50%). На прикладі різних країн. (Джерело: REN21 2017 GSR)

 

Як це не парадоксально, але впровадження в Україні моделі 100% зеленої енергетики - це серйозний виклик. У нашій країні є що склалася енергоструктура, яка не відповідає ні нинішній моделі споживання, ні характеру розподілу споживачів, ні перспективам структурного зміни економіки, але в надлишку має традиційної встановленою потужністю. Україна навіть експортує електроенергію.

Країни, де росте попит на енергію (особливо в економіках, що розвиваються), знаходяться в дещо кращому становищі. Їх енергосистеми можуть розвиватися разом зі збільшенням частки ВДЕ-генерації, оскільки відразу розробляються більш гнучкі системи енергопостачання. І таким чином, можна уникнути блокування базисної генерації (що відбувалося, наприклад, в Німеччині (см. «Економіка енергонезалежності», рис. 1) і вже очевидно, що це ж відбувається і в Україні), забезпечуючи недорогий доступ до енергії саме за рахунок VRE і уникаючи масштабних інвестицій в переробку менш гнучкою традиційної інфраструктури генерації та розподільчих мереж.

Зараз в Україні «м'яч на полі» традиціоналістів - наскільки готові нинішні оператори мереж і виробники енергії (а в основному це в тій чи іншій мірі монополісти) змінити свою інфраструктуру і підготувати її до неминучого переходу на ВДЕ-генерацію? Очевидно, що для такого переходу знадобляться «примусові заходи» від законодавців.

У цьому сенсі зарубіжні тенденції, зазвичай службовці для нас прикладом, надають певний оптимізм. Новинна стрічка цього року рясніє повідомленнями, що провідні світові «вуглеводневі» енергокомпанії починають активно інвестувати в зміну інфраструктури електромереж і в ВДЕ, і головне фінансування припадає якраз на самий «мінливий» вид VRE - сонячні електростанції в усьому спектрі потужності.


Друкувать

Залишилися питання по призначенню наших послуг?
Залиште нам заявку. Наші фахівці проконсультують Вас

Тема вашого запиту
Замовити дзвінок

^