Владимир Сидорович - Мировая энергетическая революция. Как возобновляемые источники энергии изменят наш мир
Итак, европейские страны взяли устойчивый курс на снижение энергопотребления и использование ВИЭ в сфере недвижимости, который подкреплен необходимыми знаниями, технологиями и энтузиазмом масс. Данный тренд уже подхвачен Северной Америкой, Японией и Китаем, который планирует до конца 2015 г. довести количество построенных квадратных метров «зеленых» зданий до одного миллиарда[183]. В долгосрочной перспективе это развитие очевидно окажет существенное влияние на сырьевые и энергетические рынки и приведет к сокращению спроса на углеводородное топливо в сегменте недвижимости.
Можно сказать, что мы наблюдаем появление классического «креста», изображаемого на экономических графиках, – нисходящую кривую энергопотребления как результат мероприятий по повышению энергоэффективности и восходящий тренд энергоснабжения на основе ВИЭ. Все меньше энергии потребляется, а это сокращающееся потребление все больше обеспечивается энергией из возобновляемых источников. Как говорит глава консультативного совета Bloomberg New Energy Finance, «энергоэффективность и распределенное производство энергии с помощью возобновляемых источников убьют поставщиков энергии»[184].
Нестабильность ВИЭ и системы хранения энергии
Одним из основных недостатков солнечной и ветряной энергетики считается нестабильный, погодозависимый характер генерации. Переизбыток электричества в течение длительных периодов летней солнечной погоды сменяется дефицитом вырабатываемой солнечной энергии в пасмурные дни. Кроме того, для солнечной генерации характерны суточные колебания, поскольку выработка электроэнергии происходит в светлое время суток.
Ветер, очевидно, также нестабилен: сегодня он дует, а завтра – нет. В данном случае важным является правильное размещение ветряных электростанций с учетом данных метеорологических наблюдений для обеспечения максимальной нагрузки ветряных электрогенераторов.
Следует отметить, что в ряде регионов мира, в частности в Центральной и Западной Европе, солнце и ветер практически идеально дополняют друг друга. В периоды интенсивной солнечной генерации ветряная генерация «отдыхает», и, напротив, в периоды слабой инсоляции ветряная энергетика «выходит на полную мощность». Это позволяет несколько сглаживать нестабильность генерации ВИЭ в целом. Кроме того, метеорологические наблюдения и накопленные статистические данные позволяют прогнозировать объемы выработки возобновляемой энергетики с высокой степенью вероятности.
Так или иначе, в условиях роста доли электроэнергии из ВИЭ для компенсации «прерывистости» генерации возобновляемой энергетики требуются некие буферные, аккумулирующие мощности, позволяющие компенсировать недостаточность генерации в неблагоприятные периоды и в то же время накапливать избыточное электричество, которое не может быть потреблено сейчас.
В качестве аккумулятора небольших объемов генерации ВИЭ вполне может выступать существующая электрическая сеть. До недавнего времени она, собственно, и выполняла эту функцию. Опыт стран, в которых доля «переменчивой» генерации ВИЭ превысила 5 %, 10 % и более от общего объема производимой электроэнергии (например, Дания, Ирландия, Германия, Испания, Португалия, Великобритания), показывает, что сеть «проглатывает» такое количество чистой энергии без каких-либо проблем. Более того, исследование, проведенное Международным энергетическим агентством, подчеркивает, что большая доля переменчивой энергии ВИЭ (до 45 %) может быть интегрирована в энергетическую систему без существенного увеличения затрат[185]. Расширение сетей передачи и распределения электроэнергии, их модернизация рассматриваются в качестве наиболее экономически эффективного способа подстройки энергетической системы под возрастающую долю ВИЭ – сеть существенно дешевле, чем аккумуляторные системы. «Новые технологии хранения станут необходимыми, когда доля возобновляемых источников энергии превысит 70 %»[186], – считают немецкие авторы из Agora Energiewende.
Тем не менее рост объемов нестабильной генерации из возобновляемых источников повышает риск потерь и перегрузок, требуя новых походов. Например, в 2010 г. в Германии были потеряны 127 ГВт · ч электрической энергии, выработанной ветряными электростанциями, на сумму €30 млн из-за «переполненности» сети в результате продолжительного периода ветреной погоды[187]. Поэтому вопрос «буферных» емкостей для энергосистемы активно разрабатывается в научном и деловом мире.
Можно условно разделить малые (бытовые), используемые в рамках небольших локальных объектов, и крупные (промышленные) системы хранения энергии, служащие энергосистеме в целом. Малые (бытовые) системы хранения энергии в настоящее время переживают бурный рост в связи с резким уменьшением размера зеленого тарифа в европейских странах, в первую очередь в Германии. В 2004 г. сетевые операторы покупали здесь солнечное электричество у граждан за 57,4 евроцента/кВт · ч, что в разы превышало стоимость электроэнергии «в розетке» и обеспечивало счастливым владельцам солнечных электростанций гарантированный дополнительный заработок. В марте 2015 г. зеленый тариф для новых электростанций был снижен до 12,5 евроцента/кВт · ч. Это более чем в два раза ниже сетевого тарифа. В результате домохозяйствам и прочим малым потребителям, имеющим солнечные электростанции, стало интереснее потреблять производимое ими электричество, а не продавать его. Для увеличения доли собственного потребления вырабатываемой солнечной электроэнергии необходимы «буферные емкости», позволяющие накапливать избыток дневной энергии и отдавать его в темное время суток. С их помощью можно увеличить собственное потребление производимой солнечной электроэнергии до 70 % и даже более (в зависимости от размеров и комбинации электростанции и аккумуляторов).
Бытовые системы
Для домашнего хранения энергии исторически главным образом используются свинцово-кислотные аккумуляторы. С развитием техники все большую рыночную долю завоевывают литийионные аккумуляторы (Li-Ion) и их разновидности, например литийжелезофосфатные (LiFePO4), которые обладают лучшими техническими характеристиками. Их цена выше, но постепенно, по мере развития техники и увеличения объемов производства, снижается. В 2014 г. стоимость литийионных батарей упала на 20 %, в 2015 г. прогнозируется падение цен еще на 15 %[188]. Кроме того, во многих европейских странах действуют программы льготного кредитования современных систем накопления энергии, стимулирующие их приобретение. К 2018 г. ожидается десятикратный рост мощностей домашних аккумуляторных систем хранения в мире – до 900 МВт, по сравнению с нынешними 90 МВт[189]. Кстати, автопроизводитель Tesla, строящий «Гигафабрику» по производству аккумуляторов в США, также уже начал продавать системы хранения энергии для домашнего пользования, диверсифицируя таким образом свой бизнес. Широко разрекламированный Powerwall от Tesla представляет собой комплект Li-Ion аккумуляторов в элегантном корпусе, оснащенный системой бесперебойного питания.
Сегодня на европейском рынке популярность завоевывают комплектные системы преобразования и хранения солнечного электричества. Такая система представляет собой единый блок – шкаф размером с небольшой холодильник, в котором размещены Li-Ion аккумуляторы, инвертор, блок бесперебойного питания и система электронного учета электроэнергии. Данные продукты упрощают процессы проектирования и монтажа домашних солнечных электростанций, что также способствует росту их распространения.
Для читателей, желающих запастись энергией впрок, заметим, что используемые в домашних хозяйствах аккумуляторные емкости при сегодняшнем развитии техники не позволяют сохранить энергию «про запас», «запастись на зиму» и т. п. Данная техника предназначена для сглаживания неравномерности инсоляции в течение суток и может быть также использована в качестве стабилизатора сети и источника бесперебойного питания. Емкость стандартных бытовых аккумуляторов, как правило, не превышает суточную потребность домохозяйства в электроэнергии. Создание больших емкостей для хранения энергии («на неделю» и более) в домашних условиях теоретически возможно, но при имеющихся технологиях и их стоимости (более €1000 за киловатт-час емкости) нерационально с экономической точки зрения.
С точки зрения электросетевого хозяйства в целом в условиях широкого распространения малой генерации (в ряде стран, как мы помним, уже действуют миллионы малых солнечных электростанций) бытовые системы накопления энергии весьма полезны – они способствуют стабилизации сети, сглаживают неравномерности нагрузки.
