Потрібні накопичувачі енергії для розвитку ВДЕ?

Обговорення питань інтеграції варіабельних відновлюваних джерел енергії (variable renewable energy — VRE) часто супроводжується помилками, міфами, а в деяких випадках навіть дезінформацією, пишуть автори з Міжнародного енергетичного агентства (МЕА) в роботі «Getting Wind and Sun onto the Grid» (2017).

В нашій пресі та блогосфері такі міфи і дезінформація зустрічаються часто-густо.

Ось, наприклад, пише один з мислителів нафтогазового сектора: «Зростання ринкової частки відновлюваних джерел енергії пов’язаний не стільки з удосконаленням вітряних турбін і сонячних панелей, скільки з розвитком технологій зберігання енергії, а в цій області проривів поки не видно».

У згаданій доповіді МЕА в розділі «Міфи і реальність» з цього приводу сказано наступне:

«Часто стверджується, що «тільки додаткове сховище електроенергії може згладжувати коливання вітрової і сонячної енергії». Це виглядає дуже інтуїтивно зрозумілим: дивлячись на коливання, які виходять від установок ВДЕ, видається очевидною необхідність буферизації цієї виробки, щоб забезпечити її плавний профіль.

Тим не менш, як і в інших міфах, важливі фактори опущені. Головним моментом цього твердження є те, що в якийсь момент інтеграція варіабельних ВДЕ вимагає збільшення гнучкості (маневреності) енергосистеми… Однак зберігання не є єдиною формою гнучкості. Генератори, включаючи теплові електростанції і ГАЕС, постійно керують коливаннями на стороні попиту. Існує безліч інших джерел маневреності, в тому числі управління попитом або торгівля з іншими енергосистемами. Таким чином, зберігання електроенергії є лише одним з пакетів рішень — і досі в більшості країн, в яких варіабельні ВДЕ перевищують 20%, воно не було представлено широко».

Послухаємо практика, Бориса Шухта (Boris Schucht), главу німецької електромережної компанії 50Hertz (Німеччина поділена між чотирма операторами магістральних електричних мереж, 50Hertz – один з них). Особливістю цієї мережі є висока частка варіабельних ВДЕ, яка в 2017 році склала 53,4% (компанія обслуговує північ ФРН, де розміщена основна маса вітрових електростанцій). І що говорить Шухт, інженер за освітою і керуючий мережевим господарством? У нинішній системі достатньо гнучкості для забезпечення мережної безпеки» при рівнях ВДЕ в 70-80%. «В енергетичній сфері є ряд міфів. Один з них — уявлення, що нам зараз потрібна велика гнучкість у системі, якщо мова заходить про інтеграцію відновлюваних джерел енергії. Тобто або накопичувачі, або резервні (backup) електростанції. Це міф. У нас набагато більше гнучкості в системі, ніж нам потрібно».

Так, зрозуміло, Шухт «грає на боці мереж», йому цікаво розширення господарства, перетоки, інтерконектори і т. п. Тим не менш, він відповідає за системну надійність чверті Німеччини, і якщо б йому не вистачало нових «батарей» для управління непостійними потоками вітрової енергії, він, звичайно, поділився б своїми занепокоєннями.

Нагадаю, сьогодні частка ВДЕ в енергосистемі Німеччини становить приблизно 40%, у тому числі змінної частини (вітер + сонце) — близько 29%. Планується, що до 2030 року частка ВДЕ буде доведена до 65%, головним чином, за рахунок розвитку сонячної та вітрової енергетики. Зрозуміло, ніхто не ставить ці плани в залежність від розвитку технологій зберігання енергії».

У вересні 2018 р в науковому журналі European Economic Review була опублікована стаття німецьких авторів під назвою «До питання економіки сховища електроенергії для варіабельних відновлюваних джерел енергії» (On the economics of electrical storage for variable renewable energy sources).

На наступному графіку з цієї статті узагальнено численні дослідження, в яких розраховувалися необхідні ємності накопичувачів енергії у відсотках від річних обсягів споживання енергії.

Накопители энергии для развития ВИЭ

Як ми бачимо, навіть для рівнів змінної генерації в 90% необхідні обсяги сховищ електроенергії вкрай невеликі. Роль накопичувачів гіпертрофована тільки в одній роботі, в тому єдиному випадку, в якому автор (відомий німецький економіст Hans Werner Sinn) розглядає системи зберігання енергії в якості єдиного інструменту гнучкості (маневреності).

На наступному графіку з тієї ж роботи показано, що навіть мінімальні обсяги примусової зупинки виробітку (curtailment) сонячних і вітрових електростанцій (горизонтальна шкала) знижують потребу в накопичувачах до вкрай незначних величин.

Системы хранения энергии

Таке примусове обмеження вироблення необов’язково є економічно неефективним рішенням, стверджують автори.

На наступному графіку показаний економічно оптимальний обсяг накопичувачів енергії, необхідний для інтеграції відповідних обсягів варіабельних ВДЕ в ФРН. Наприклад, при середньорічній 50% частці сонячної і вітрової енергетики в споживанні електроенергії в країні та можливості зниження вироблення варіабельних ВДЕ менш ніж на 5%, буде потрібно всього 35 ГВт*год накопичувачів енергії. Це менше, ніж встановлено сьогодні (включаючи ГАЕС).

Накопители энергии

Основний висновок статті: «вимоги зберігання електроенергії не обмежують подальше поширення варіабельних поновлюваних джерел енергії».

Даний висновок відповідає висновку, до якого дійшли автори недавнього австралійського дослідження під назвою GenCost 2018. «Ймовірно, ми переоцінюємо обсяг необхідного сховища, особливо в перші десятиліття… Дані GenCost 2018 в поєднанні з деякими з наших попередніх досліджень вказують на те, що нам можуть знадобитися додаткові гнучкі технології, такі як зберігання енергії, управління попитом і пікові газові установки, якщо частка змінних поновлюваних джерел енергії перевищує 50 відсотків». На графіку показано, що до порогу на 50% (частка сонячної та вітрової енергії в системі) потреба в накопичувачах енергії незначна у всіх зазначених штатах Австралії.

Накопители энергии Австралия

Також в поточному році в США було опубліковано дослідження можливостей «гнучкого керування роботою сонячних електростанцій (Investigating the Economic Value of Flexible Solar Power Plant Operation). У доповіді наголошується, що чим більш гнучким є диспетчерське управління сонячною генерацією, тим більше знижується додаткова цінність, що привноситься в систему накопичувачами енергії, оскільки керована диспетчерами сонячна енергетика може надавати системі ті ж самі послуги, що і накопичувачі. Потреба в накопичувачах також знижується з підвищенням якості прогнозування як вироблення сонячних електростанцій, так і попиту на електроенергію.

Ще в 2014 році ряд інститутів підготував дослідження про накопичувачі енергії на замовлення німецького Міністерства економіки та енергетики (BMWi). Висновки роботи: «до позначки в 60% [частка ВДЕ в системі], будівництво нових накопичувачів не є умовою додавання нових фотоелектричних і вітряних електростанцій… Навіть при високому ступені поширення ВДЕ (90% в Німеччині та 80% у Європі) балансування системи може в значній мірі забезпечуватися без додаткових накопичувачів».

Все вищесказане не означає, що накопичувачі не потрібні, а лише те, що рівень розвитку технологій зберігання енергії не є чинником, який гальмує поширення варіабельних ВДЕ. Не існує емпіричних підтверджень того, що розвиток варіабельних ВДЕ (сонячної і вітрової енергетики) було де-небудь сповільнене, у зв’язку з нестачею накопичувачів енергії. Також немає підстав стверджувати, що розвиток ВДЕ буде сповільнюватися, гальмуватися за даними причинами.

Якщо потреба в накопичувачах не настільки гостра, навіщо ж їх будують? Чому про них так багато говорять? Відповідь очевидна. З технологічної точки зору швидкодіюча і ємна система зберігання енергії — чудова і корисна штука. Тому швидкість поширення накопичувачів енергії буде залежати від економіки відповідних рішень. На стороні споживачів (behind the meter) на деяких ринках, особливо для невеликих об’єктів ВДЕ, вже сформувалися тиражовані і прозорі бізнес-моделі: підвищувати частку власного споживання своєї сонячної електроенергії і, відповідно, встановлювати систему зберігання, стало економічно доцільно. Оскільки перспективи накопичувачів виглядають блискучими, багато гравці прагнуть завчасно напрацювати компетенції і забронювати місце на ринку. Йде зовсім звичайний для людства, рутинний, можна сказати, процес поступового формування нових потреб і стандартів, у нашому випадку — в рамках зміни технологічного укладу в енергетиці.

Дешеві і ефективні накопичувачі енергії є «остаточним вироком». Вони перетворюють стохастичне вироблення сонячних і вітрових електростанцій в повністю кероване, знімають питання регулювання частоти і якості електроенергії, прибирають з ринку маневрену газову генерацію. Поки це остаточне рішення тільки дозріває, однак на ряді ринків ми вже сьогодні бачимо, що сонячні та вітрові електростанції, оснащені накопичувачами енергії, стають дешевшими нових вугільних і газових об’єктів енергетики.

Категорії: Новини альтернативної енергетики

Відповісти

avatar