Ця стаття відомого американського фахівця описує потребу в реконструкції електромереж у США, але багато в чому ситуація подібна до нашої країни, тому що значна частина США розташована на тій же широті, що й Україна, і має схожий клімат
Електрифікація більшості будівель, транспортних засобів і заводів, яка начебто необхідна лише для вирішення проблеми зміни клімату, є насправді логічною і неминучою перспективою розвитку і трансформації енергетики, але вона збільшить попит на електроенергію таким чином, що це вимагатиме нагальної еволюції електричних мереж. Близько 20% скорочення викидів у сценарії Міжнародного енергетичного агентства «Net Zero» (нульові шкідливі викиди) пов’язано саме з подальшою електрифікацією житла і промисловості. У зв’язку з тим, що чим далі, то більше тепла в будівлях буде отримуватися з електроенергії, а не з викопного палива, багатьом регіонам доведеться стикнутися із значним зимовим попитом саме на електроенергію, який перевищуватиме споживання електроенергії влітку. Так само зростання кількості електричних вантажівок і промислових теплових насосів означатиме, що розподільна мережа в деяких місцях повинна буде обслуговувати нові багатомегаватні навантаження. Енергоефективність і реагування на попит ставатимуть все більш важливими для підтримки надійності мережі та зменшення потреби у новому дорогому виробництві електроенергії та додатковій мережевій інфраструктурі.
Зимові піки споживання електроенергії зростатимуть на більшій частині країни
Відповідно до того, як навантаження на електричне опалення зростатиме, у більшості регіонів пік навантаження на електроенергію буде досягатися взимку. Деякі регіони країни зараз мають максимальні навантаження (пікові навантаження) в спекотні літні дні, але деякі регіони мають і будуть і в подальшому мати піки електронавантажень саме взимку. Але в деяких регіонах, де вже споживається багато тепла від електрики, і, як наслідок, існує певний піковий попит на електроенергію пік і влітку, і взимку, а в інших пік споживання може бути досягнуто в будь-який сезон залежно від погоди.
Рис. 1.Дані прогнозу попиту на електроенергію від Нью-Йоркського незалежного системного оператора
Решта країни має значні навантаження на охолодження, причому там опалення в основному обслуговується природним газом та іншим викопним паливом. Як наслідок, пік електроенергії в цих регіонах припадає на літо, але прогнозоване зростання кількості електричних теплових насосів, які поступово замінюють системи опалення на викопному паливі, може призвести до появи зимового піку через кілька десятиліть. На графіку рис. 1 показано прогноз Незалежного системного оператора Нью-Йорка щодо зростання навантаження взимку.
Комунальним підприємствам необхідно планувати збільшене і водночас нерівномірне зростання навантаження
Зростаюче використання електричних пасажирських транспортних засобів і побутових теплових насосів вимагатиме помірної модернізації розподільчих систем локального рівня. Додаткова потужність у багатьох місцевих мережах, зусилля щодо сприяння зарядці електромобілів у непіковий період і схожість між тепловими насосами та центральними кондиціонерами, які вони доволі скоро майже повсюдно замінять, часто роблять це зростання навантаження наразі мало керованим. Наприклад, детальне дослідження мережевих систем показало, що для обслуговування збільшення навантажень від зростання кількості електромобілів і теплових насосів у житлових будинках у 2030-х роках може знадобитися 1-2 модернізації існуючих підстанцій на рік, а до 2040-х років потребуватиметься вже до 3-5 таких модернізацій на рік – мова йде про мережі, де зараз існуюча електросистема забезпечує електроенергією близько 16 мільйонів чоловік.
Поява дуже великих нових навантажень, пов’язаних із електрифікацією автопарків і виробництв, матимуть ще більший вплив на розподільчі системи. Наприклад, приблизна оцінка потужності, необхідної для обслуговування парку з 200 фургонів доставки в центрі виконання замовлень місцевого відділення компанії «Amazon», становить близько 4 МВт. В Амстердамі транспортний парк із 100 автобусів живиться від повільних і швидких промислових зарядних пристроїв, які разом дають пікове навантаження 13 МВт. Амстердам розглядає можливість розширення парку до 250 вантажівок. Відповідно для додаткових 18 електричних зарядних пристроїв може знадобитися від 1 до 2 МВт потужності. Комунальна компанія «National Grid», що обслуговує частини Нью-Йорка та Массачузетса, нещодавно перевірила 71 ділянку автомагістралей на своїй території на предмет ймовірного зростання навантаження від зарядки електромобілів і дійшла висновку, що близько чверті ділянок матиме навантаження щонайменше 5 МВт до 2030 року, проте деякі місця з високим попитом на зарядку можуть досягти приблизно 40 МВт у піковій зарядній потужності вже до 2045 року.
Подібним чином великі промислові теплові насоси, які використовуються для заміни котлів на викопному паливі в низько- та середньотемпературних промислових застосуваннях, також можуть додати значного електричного навантаження. Аналіз ACEEE стосовно приблизно 30 проектів промислових теплових насосів у Європі показує, що навантаження на тепловий насос варіюються від ~25 кВт до ~1,25 МВт. Для порівняння, наразі типовий домашній центральний кондиціонер може споживати ~3,5 кВт, тобто промисловий тепловий насос потужністю 1,25 МВт еквівалентний приблизно 350 таким домашнім системам (у той час як додаткові 13 МВт для автобусів в Амстердамі еквівалентні приблизно 3700 таким будинкам).
Відповідно до даних від «Black and Veatch», нові навантаження потужністю 5 МВт зазвичай вимагають нових схем, нові навантаження потужністю 10 МВт вже вимагатимуть встановлення нових блоків трансформаторів, а от нові навантаження потужністю 20 МВт часто вимагають побудови нової підстанції. Це все значні інвестиції.
За даними спільноти «California Electric Transportation Coalition», типові витрати комунальних компаній на модернізацію первинної розподільної мережі можуть коливатися від 150000 до 6 мільйонів доларів США та від 1 до 9 мільйонів доларів США на модернізацію існуючої підстанції. Нові підстанції коштуватимуть значно дорожче. Ці типи інвестицій, як правило, враховуються інвестиційними планами модернізації розподільчих мереж комунальних компаній, які кожні кілька років подаються на затвердження регулюючих органів. Щоб спланувати ці інвестиції, комунальні служби, власники ділянок і регулятори повинні працювати разом, щоб визначити необхідні вдосконалення розподільчих мереж на кілька років наперед, аби їх можна було включити у відповідні інвестиційні плани.
Ефективність і керування навантаженням можуть підтримувати оновлення мережі на доступному рівні
Електрифікація може призвести до значного зростання навантаження. За даними «Brattle Group», «повністю електрифіковане опалення та транспорт (легкі та важкі транспортні засоби, залізниця тощо) можуть додати в США до 2050 року до 3000 терават додаткового попиту на електроенергію, що майже вдвічі перевищує рівень електричного навантаження у 2015 році». Ймовірно, йдеться про екстремальну оцінку, оскільки не все буде електрифіковано, і оскільки цей проноз, схоже на те, не включає підвищення енергоефективності. Навпаки, дослідження ACEEE 2017 року на Південному Сході включало агресивний сценарій до 2040 року щодо розвитку енергоефективності, використання сонячної енергії та покращення реагування на попит (тобто розподілення енергії), що мало висновком відсутність зростання загального електричного навантаження, навіть якщо 34% транспортних засобів стали би до цього часу електромобілями та лишилося не більше 24% транспортних засобів, які працюють на викопному паливі, і всі будинки були би переобладнані на теплові насоси. Ефективність, сонячна енергетика та підвищення швидкості реагування на попит нівелювали очікуване зростання навантаження. Проте якщо припустити, що кількість електромобілів та житлових і промислових теплових насосів буде збільшуватися більш високими темпами, то мережеве навантаження буде зростати.
Найбільші виклики електромережі США, пов’язані із електрифікацією опалення приміщень, ймовірно, виникнуть на півночі, особливо через полярні вихрові погодні явища, які стають все більш поширеними через кліматичні зміни. Коли полярний вихор пронісся через Верхній Середній Захід і Північний Схід США в січні 2019 року, тоді піковий попит на електроенергію для цього регіону становив близько 275 гігават (що менше, ніж пік у 330 гігават влітку 2018 року в тому ж регіоні). Якби всі житлові та комерційні будинки були повністю електрифіковані (теплові насоси для холодного клімату з резервною електричною підтримкою), навантаження в регіоні становило би близько 690 гігават, збільшившись у 2,5 рази. В ACEEE з’ясували, що застосовуючи різні заходи можна зменшити це навантаження більш ніж наполовину, до 331 гігават, як показано в на діаграмі нижче. Проте збільшення кількості зарядних електромобілів і промислових теплових насосів збільшить ці цифри.
Рис. 2. Заходи щодо зменшення пікового навантаження на мережі
Подвоєння (чи навіть більше) значення пікового навантаження обійдеться дорого, оскільки знадобиться набагато більше джерел генерації, а також інвестицій в розподіл і зберігання енергії (власне через те, що сонце знаходиться низько рано вранці, коли зимове навантаження досягає піку, а сонячна генерація ще незначна). Сильні похолодання трапляються лише кожні кілька років. Немає сенсу подвоювати потужність і пропускну здатність мережі лише для того, щоб обслуговувати малоймовірне нетипове навантаження. Власне для таких випадків існують резервні генератори. Ці сценарії ілюструють, як енергоефективність, оперативне реагування на попит і резервне зберігання органічного палива (яке може бути декарбонізованим органічним «зеленим» паливом, чи отриманого із пластикового сміття), коли температури нетипово опускаються значно нижче нуля, можна поєднати, щоб різко зменшити додаткове виробництво електроенергії та надмірні витрати на модернізацію мережі.
Комплексне планування електричного навантаження покращить стійкість, скоротивши витрати та забруднення клімату
Електрифікація будівель, транспортних засобів і промислових процесів матиме визначальний вплив на електричну мережу. Без цієї електрифікації Сполучені Штати та весь світ не досягнуть довгострокових кліматичних цілей, що призведе до потепління у світі та його катастрофічних наслідків.
Комунальні служби, регулятори та власники нерухомості повинні працювати спільно, щоб допомогти спланувати перехід до живлення все більшої частини нашої економіки чисто виробленою електроенергією. Власникам автопарку та заводів потрібно докладати про свої плани розвитку комунальним службам. Комунальні підприємства повинні включати ці плани у свої прогнози навантаження та розподілу та пропонувати надійні програми ефективності та реагування на попит. Регулюючі органи повинні заохочувати комунальні підприємства до такого планування та негайно переглядати плани, які включають ці нові навантаження та програми розвитку.
Завдяки спільним зусиллям можна завчасно побудувати надійну мережу, мінімізуючи витрати. Але якщо цих кроків не буде вжито, надійність електричної системи може бути скомпрометована, зусилля з електрифікації будуть зупинені, а ціни на електроенергію будуть значно вищими, ніж повинні були би бути, не згадуючи вже про негатив від подальшої зміни клімату.
Джерело:ACEEE(Американська рада з енергоефективної економіки, США)
Більше важливих статей і новин в Telegram-каналі та корисні відео на Youtube-каналі та у TikTok. Долучайтесь!
Переглянуто: 2 612
