Тонкости энергетического перехода: как «укротить» альтернативные мощности

И уравновесить ВИЭ и ископаемое топливо в одной энергосистеме

Финансовые и технические трудности украинской электроэнергетики, связанные с бурным развитием возобновляемых источников энергии (ВИЭ), активно обсуждают уже не первый месяц подряд. Но предложения, как решить эти вопросы, в основном сводятся к ограничениям строительства ВИЭ, выплат по «зеленому» тарифу, диспетчерским лимитам и т. д. То есть к консервации текущего состояния, а в лучшем случае к частичному возврату в прошлое.

Несмотря на то что на фоне пандемии коронавируса эти дебаты немного поутихли, проблема так и осталась насущной. И многим государствам, в том числе и Украине, вскоре придется возвращаться к повестке дня, связанной со взаимодействием традиционных и альтернативных источников энергии. О том, каковы перспективы, и на какие сценарии можно ориентироваться, специально для Mind рассказал Игорь Петрик, директор по развитию рынков компании Wärtsilä Energy в Восточной Европе.

Как и чем уравновесить «альтернативные» мощности?

Проблемы избыточной мощности и финансовой нагрузки от ВИЭ парадоксальным образом могут быть решены дополнительными инвестициями в новые мощности. И этому есть достаточно примеров. Один из самых свежих – Италия.

К 2030 году Италия доведет мощность ветровых станций до 18 ГВт, а солнечных – до 51 ГВт (для сравнения, в Украине сейчас суммарно менее 7 ГВт), соответственно удвоив и утроив их генерацию. Но уже сегодня имеющиеся в энергосистеме страны тепловые станции вынужденно балансируют ежедневно в диапазоне между 5 и 15 ГВт, а с наращиванием доли ВИЭ вообще будут не в состоянии выдержать необходимую цикличность.

В прошлом году правительство Италии разработало и согласовало с Еврокомиссией решение, которое предусматривает строительство частными инвесторами при поддержке государства новой маневренной газовой мощности. Первый конкурс состоялся осенью, и победители уже работают над реализацией проектов по строительству газопоршневых станций быстрого резерва.

Моделирование итальянской энергосистемы показало, что дополнительная гибкость позволит достичь целей по развитию ВИЭ , сэкономит стране 400 млн евро ежегодно и одновременно  сократит выбросы в атмосферу.

Ситуация в Украине подобна итальянской в том, что балансирование ВИЭ происходит с помощью ТЭС, которые не приспособлены к работе в маневренных режимах. А значит, эта проблема назревает и требует решения.

Стоит ли полностью отказываться от финансирования ископаемой энергетики?

Недавно Европейский инвестиционный банк (European Investment Bank, EIB) сообщил, что после 2021 года прекратит финансировать энергетические проекты на ископаемом топливе. Это решение горячо поддержали экоактивисты по всему миру. Однако существует риск, что воплощение в жизнь такой политики может ненароком навредить экономике и, как ни странно, окружающей среде.

Прежде всего потому, что проекты не существуют в изоляции – их нужно рассматривать в условиях действующей энергосистемы. В то время как развитые страны на пути энергетического перехода замещают традиционные мощности более чистыми технологиями, развивающиеся страны пытаются удовлетворить растущие базовые потребности в электроэнергии.

Отсутствие поддержки со стороны международных банков развития толкает развивающиеся страны в объятия других «благодетелей». К примеру, когда Египет определил, что стране нужна дополнительная мощность, он обратился к Китаю, чтобы построить угольную станцию.

Намерение EIB, несомненно, хорошее. Движение к 100% возобновляемой энергетике неизбежно. Беспокойство вызывают возможные последствия политики EIB для различных энергосистем. Ведь это влиятельные кредитное учреждение ЕС и одна из крупнейших международных кредитно-финансовых организаций в мире. EIB активно работает в Украине и только в этом году рассматривает 10 проектов для финансирования, один из которых – в энергетической сфере.

Нынешним решением EIB пытается послать четкий сигнал инвесторам и предлагает простые критерии, чтобы определить, какие проекты являются «зелеными», а какие – нет. Но реальный мир так не работает. Страны имеют разные потребности и разные цели для своих энергосистем, а также различные финансовые возможности.

Если EIB откажется финансировать проекты газовой генерации, инвесторы стран ЕС все же найдут альтернативные источники. А развивающиеся страны, которые зависят от иностранного финансирования, вместо более чистой газовой мощности построят угольную станцию с финансированием в Азии.

Другие банки развития также меняют подход к устойчивому финансированию. Но при этом они обычно более взвешенно подходят к анализу различных проектов. Вместо полного запрета «по одному признаку» эти учреждения классифицируют проекты по их намерениям и способности адаптироваться к изменению климата или уменьшать влияние на нее.

Например, Всемирный банк поставил цель направлять 28% финансирования на инициативы, которые имеют экологические преимущества. А Африканский банк развития (African Development Bank) нацелен на 40%.

Каковы риски перегибов?

Еще одно потенциальное негативное последствие финансирования банками развития только проектов по возобновляемой энергии – это рост несоответствия спроса и предложения. Когда доля возобновляемой энергии в балансе страны превышает 20%, возникают риски для устойчивости энергосистемы. Пока такие проблемы были в основном в изолированных и относительно небольших энергосистемах, которые по этой причине прекращали развитие ВИЭ (например, гавайский остров Молокаи).

Однако такая ситуация может быть в любом месте, если рост доли ВИЭ не сопровождается модернизацией остальной энергосистемы. Общее правило таково: значительная мощность ВИЭ нуждается в модернизации системы передачи, строительстве накопителей и маневренной генерации.

Например, текущие ожидания от батарейных систем в Украине являются преувеличенными. Без маневренной генерации не обойтись. Она играет важную роль в балансировании и резервировании сейчас, и эта роль сохранится даже в стопроцентно возобновляемом будущем.

На сегодня самым мощным и эффективным инструментом интеграции больших объемов ВИЭ в энергосистему являются как раз газопоршневые станции быстрого пуска, работающие на природном газе. Именно поэтому газ называют топливом энергетического перехода.

Наше моделирование показало, что гипотетическая энергосистема в климатических условиях Германии (значит, близких к украинским), которая состояла бы только из ветровых и солнечных станций, должна иметь мощность ВИЭ в девять раз больше, чем пиковое потребление. А еще к этому нужно было бы добавить батареи, которые обеспечили бы пиковый спрос всей страны в течение 26 часов.

Понятно, что стоимость такой системы является неприемлемо высокой. Использование же маневренного газа сокращает общую установленную мощность генерации в энергосистеме в разы и так же в разы уменьшает стоимость электроэнергии, почти не влияя на объем выбросов из-за резервного характера применения.

На что ориентироваться Украине?

В Украине понимают потребность в маневренных мощностях. Недавно НКРЭКУ утвердила отчет «Укрэнерго» об оценке соответствия и достаточности генерирующих мощностей, официально подтвердив, что ОЭС Украины требует 2 ГВт газовых станций быстрого пуска.

Компания Wärtsilä предусмотрела такой сценарий еще в начале 2018 года, когда осуществила первое, краткосрочное, моделирование энергосистемы Украины. Тогда математическая модель определила, что при 7,5 ГВт ВИЭ в энергосистеме необходимо иметь 2 ГВт гибких мощностей, а оптимальным источником гибкости являются газопоршневые двигатели (другие решения дороже или менее эффективные). В этом сценарии экономия эксплуатационных расходов (в основном благодаря сокращению потребления угля) составляет 300 млн евро ежегодно, а снижение выбросов СО2 – 7 млн тонн в год.

В контексте дальнейшего движения к стопроцентно возобновляемой энергетики возникает вопрос: какой в конце концов должна быть энергосистема будущего. Наш второй этап моделирования, выполненный уже в этом году, рассмотрел сценарии развития энергосистемы Украины до 2050 года.

Вывод этого аналитического исследования таков: если  люди будут принимать решения о развитии энергосистемы по таким же принципам, как и рекомендации компьютера, то оптимальная (то есть самая дешевая, но надежная) система к 2050 будет на 83% углеродно-нейтральной благодаря энергии ветра и солнца, а колебания производства ВИЭ будут компенсироваться накопителями энергии и газовой генерацией. Для окончательного перехода к стопроцентным ВИЭ природный газ будет заменен биогазом и синтетическим газом.

Мы моделировали более 100 энергосистем в мире. Выводы украинского исследования являются универсальными. Системы накопления энергии еще проходят этап развития технологий и удешевления, и пик их массового использования еще впереди. Маневренная газопоршневая технология генерации уже коммерчески жизнеспособна сегодня и останется в энергосистемах на долгие десятилетия.

Интересно, что EIB также признает необходимость и преимущества повышенной гибкости и роль газовой генерации для поддержки развития ВИЭ. Объявленный отказ от финансирования проектов на ископаемом топливе имеет некоторые «но». Для классификации проекта в качестве «зеленого» заявитель может продемонстрировать соответствие требованиям по выбросам в среднем в течение всего жизненного цикла оборудования, а не только сейчас.

Активные исследования в области технологий Power-to-Gas (то есть технологий производства углеродно-нейтральных топливных газов с помощью избыточной энергии ВИЭ) подтверждают, что переход от ископаемого на возобнвляемый газ начнется раньше, чем мы ожидали. А значит, новые инвестиции в маневренные газопоршневые станции являются экологически ответственными и надёжными на длительном горизонте.

Оценка «Укрэнерго» необходимости таких мощностей для энергосистемы и одобрение этой оценки регулятором опирается на технологические соображения устойчивости и надежности энергоснабжения. Мы также видим, что потребность является долгосрочной, и это дает возможность инвестировать в привлекательную бизнес-модель. Теперь дело за правительством – необходимо создать именно такую бизнес-модель, которая заинтересует частных инвесторов.

По материалам: https://mind.ua/ru/