Возобновляемая энергетика: к вызовам надо готовиться заранее

 Европейский опыт показывает, что развитие «зеленой» энергетики требует решения множества задач.

О том, какие вызовы встали перед странами-лидерами в «зеленой» энергетике рассказывает чешский эксперт Зденек Пистора. В Евросоюзе уже много лет при официальной поддержке государства активно развиваются возобновляемые источники энергии (ВИЭ). По указаниям Еврокомиссии они должны в 2020-м составить 27% всей энергии, потребляемой в странах-членах ЕС, а в 2050-м на долю возобновляемой энергии прогнозируется уже больше половины европейского энергобаланса.

 

Стоит отметить, что переход на ВИЭ, который раньше представлялся как почти неокупаемая социальная миссия ради экологии и будущего комфорта для потомков, с развитием технологий становится рентабельным и практически выходит на коммерческую основу. При этом в странах-лидерах проявляются определенные риски.

 

 Чешский инженер, кандидат технических наук Зденек Пистора (Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.) этой тематикой занимается как член коалиционной рабочей группы энергетиков-советников у премьер-министра Чешской Республики.

Он отмечает, что технические вопросы связанные с производством энергии из ВИЭ успешно решаются: промышленная ветрогенерация активно наращивает установленную мощность агрегатов, поднимается КПД солнечных батарей, но возникают сложности другого плана.

«Не все сегодня понимают, что 1 МВт·ч из солнца или ветра не то же самое что 1 МВт·ч из атома или угля, хотя некоторые активисты экологических движений считают, что одно полностью заменимо другим. Суть дела заключается в возможности использовать данную мощность в момент, когда она нужна. В случае с ВИЭ это, к сожалению, не возможно, ведь их производство зависит от природы и диспетчерским желаниям человека не подконтрольно», – констатирует эксперт.

В связи с этим перед развитыми в «зеленой» генерации странами встали задачи технического и экономического плана, о которых ранее не задумывались. Эксперт рассказал об основных из них.

 

Меняется роль потребителей - от Consumers к Prosumers

Сегодня в мире уже обычное явление, когда мелкий или средний потребитель устанавливает у себя небольшую электростанцию, например, солнечные батареи, которые полностью или частично покрывают его потребление и, при этом, он имеет возможность свой моментальный избыток продавать в сеть. Такой заказчик сегодня называется Prosumer - PROducer и одновременно conSUMER.

Это слово еще определяют как слияние слов «professional» - профессиональный и «consumer» - потребитель.

Такая ситуация несет с собой некоторые последствия для сети:

  • Меняется технический способ эксплуатации сетей

Сеть низкого и высокого напряжения была в прошлом запланирована и построена для передачи энергии от одного источника к многим потребителям, ток энергии в ней шел в одном направлении. Все техническое оборудование в сети было подчинено этому принципу. Сегодня направление тока энергии в сети меняется в зависимости от работы возобновляемых источников - светит солнце или не светит, дует ветер или не дует. Этот вопрос самый простой из всех и его можно решать чисто техническими мероприятиями, которые уже известны.

  • Меняется экономия использования сетей

В случае PROSUMER сеть для потребителя часто играет только роль запасного питания, которое используется только в случае, когда не работают установленные возобновляемые источники - например ночью без солнца или в безветренную погоду. Эти влияет на оплату за использование сети. В прошлом эта оплата прежде всего зависела от переданной энергии, как плата за каждый кВт·ч. Если большинство времени заказчик ничего из сети не берет, плата основанная на таком принципе ведет к сильному понижению доходов сетевых компаний, а это ставит под вопрос текущий ремонт и дальнейшее развитие сетей. Появляются даже случаи, хотя пока редкие, полного отключения потребителей от сети. Такая практика ведет к полному отсутствию дохода от таких потребителей.

Но сеть нуждается в текущем ремонте, для которого нужны средства. Эти средства надо собрать за счет оставшихся потребителей, что приведет к повышению платы за использование сети. Подобные тенденции, сопровождающие широкое развитие возобновляемых источников энергии странах Евросоюза, уже перевели вопрос из чисто экономического на политический уровень и активно обсуждаются. Возникают предложения или запретить отключение от сетей, или разрешить при определенных условиях, например, с сохранением некоторой платы. Та же проблема - в системах центрального теплоснабжения, от которых отключаются жилые дома, жильцы которые установили индивидуальный котел. В этом случае поднимается цену тепла для оставшихся потребителей. Ответов на данный вопрос пока нет, но политическая дискуссия уже началась.

  • Равновесие между производством и потреблением

Для надежной работы энергосистемы, каждый момент времени необходимо равновесие между производством и потреблением. Если оно нарушается, то колеблется системная частота (50 Гц), что по европейским техническим правилам недопустимо. Проблему можно решать двумя путями - со стороны производителя и со стороны потребителей. Технически они освоены, но значительно влияют не только на цену электроэнергии, но и на надежность и непрерывность снабжения.

 

Как выдержать баланс?

 Первый путь - производству необходимо предусмотреть резервы мощности.

Чтобы обеспечить непрерывное питание заказчиков в сетях с большой долей возобновляемой генерации, важно держать резерв, который можно использовать в периоды пикового потребления. Таким резервом могут быть станции работающие на газе и перекачивающие гидростанции (pump-storage), которые покрывают пики в нагрузке, но большинство времени простаивают в ожидании. Логично, что такая энергия обходится довольно дорого и это негативно повлияет на цену для потребителя. При сегодняшней цене энергии около 30 евро за МВт·ч строительство таких газовых установок получается неэкономным и инвесторов практически нет. В будущем это может привести к недостатку энергии в европейской сети. Подобные тенденции уже наблюдаются в Германии, где, после политического решения об уходе от атомной энергетики не хватает пропускной способности сетей, чтобы транспортировать энергию из северных регионов с большой ветрогенерацией, на юг с большим спросом на энергию. К сожалению, производство на севере по времени не совпадает с потреблением на юге. Сегодня немцы вынужденно заключили договора с соседними энергосистемами, поставляющими энергию из своих ископаемых источников, хотя это и противоречит официальным целям немецкой Energiewende – понижать эммиссии парниковых газов. Известны случаи, когда некоторые еще существующие малоэффективные угольные станции работают, и владельцам даже платят субсидии чтобы удержать такую неэкономную станцию в сети. Конечно, это временно. Но вопрос, каким образом обеспечить резерв сегодня подлежит горячей дискуссии и официального ответа на европейском уровне пока нет.

Второй путь – управление загрузкой (Demand Side Response)

Есть еще и другой подход к решению вопроса уравновешения загрузки и производства – на стороне потребителей. В рамках развития «умных» сетей Smart Grids разработана и отрасль Smart metering – умных измерителей, которые дают потребителю информацию о его загрузке на данный момент. Чтобы такой подход заработал и потребитель использовал эту информацию для управления своей загрузкой (урезание пиков), надо принять мероприятия в политической сфере – меняющиеся тарифы зависимые от производства энергии. Если солнца или ветера нет – цена поднимается, при этом заказчик добровольно понижает свое потребление. Чтобы эта схема начала действовать, нужны мотивированные потребители, которые захотят менять свою загрузку в зависимости от моментальной цены энергии. В этом им могут помочь Smart meters последнего поколения, которых можно запрограммировать к от-/под-ключению отдельных потребителей у заказчика (подогрев воды, отопление, кондиционер и т.д.) в зависимости от цены энергии. Технические вопросы связанные с передачей информации о цене и т.д. поке еще не унифицированы, но технические ответы уже существуют.

На энергетическом рынке появятся новые игроки, так называемые «аггрегаторы», которые будут с каждым потребителем заключать договор, какую мощность он может на приходящий сигнал сбросить (автоматически, без влияния человеческого фактора). Все эти мощности будут аггрегированы и компания-аггрегатор будет с ними играть на бирже регулирующих мощностей вместе с владельцами газовых турбин и т.д.

Вопрос мотивации потребителей к участию в такой схеме пока не решен. Так как вопрос политически очень чувствительный, он пока не решен официально в рамках ЕС и ждет своих ответов на высшем политическом уровне.

 
Сохранение энергии - Energy storage

 В сетях с большой долей ВИЭ очень актуален поиск возможностей и способов накопления энергии. Таким способом, можно сохранить энергию, выработанную например днем из солнца и использовать ее ночью. Запас энергии можно обеспечить как на комплексном системном уровне, например, перекачивающие гигаваттные гидростанции, которые уже давно используются, или на уровне сел или даже и отдельных потребителей мощностью порядка десятков киловатт.

Можно использовать для этой цели и аккумуляторы. Электромобили на данный момент еще не достаточно массово представлены на рынке, а вот домашние системы уже известны, хотя еще довольно дорогие. Но, если уже бизнес подключился, например, в Чешской республике уже самый большой дистрибутор ČEZ предлагает поставку таких систем включая солнечные батареи на крышу под ключ, то можно ожидать падения цен.

 

Говоря об Украине, Зденек Пистора считает, что наше государство еще далеко от ситуации, когда придется практически решать все вышеуказанные вопросы, но раньше или позже такой момент придет и надо быть готовыми воспользоваться опытом чужих ошибок. Ведь при вступлении в Энергетическое сообщество Украина взяла обязательства к 2020 году довести долю ВИЭ в энергомиксе страны до 11%.

 Лариса Белозерова

Напечатано в журнале  «Терминал» №40 от 5 октября 2015 г.