Развитие технологий электрогенерации солнечными панелями дало мощный импульс системам хранения и использования энергии, при этом изменило подход к организации инфраструктуры «экологических» поселений, полностью обеспечивающих себя «зеленой» энергией
Практический опыт использования солнечных панелей для снабжения электроэнергией не только отдельных домов, а и целых поселков, насчитывает уже без малого 40 лет. На фото (рис. 1) показан один из старейших энергетических экопарков – «Greenergy Park» в г. Мэдфорд, Массачусетс, США, построенный еще в 1981 г.. Он до сих пор функционирует. Теперь местные активисты развернули кампанию по переводу всех городов и поселков штата на 100% «чистой» энергии, опираясь на данные многолетних исследований и новых технологий. Общенациональная американская коалиция Mass Power Forward распространила среди местных общин руководство, в котором приводятся рекомендации сообществам, как это сделать: от правильной установки солнечных батарей до использования новых подходов к организации инфраструктуры «солнечных» поселков.
Рис. 1. «Greenergy Park» в г. Мэдфорд, Массачусетс, США, построен в 1981 г. и до сих пор функционирует
«Солнечные поселки» уже не редкость. Их все чаще можно встретить в Европе и США. Например, на фото (см. рис. 2) показан такой поселок во Фрайбурге, Германия.
Рис. 2. Солнечные дома «Energy Plus» в г. Фрейбург, Германия, с избытком обеспечивают себя энергией
Концентрация или распределение?
До сих пор развитие солнечной энергетики шло двумя путями: создание солнечных электростанций большой мощности и использование солнечных энергетических установок (СЭУ) для отдельных зданий. Даже стимулирование «зеленыму» тарифом сброса в общую электросеть избытка «солнечного» электричества, генерируемого на малых СЭУ, не меняло общего подхода – в общую сеть поступает энергия на пике фотоэлектрической генерации, а для ее поглощения и хранения используются специальные мощные территориальные системы аккумулирования и преобразования (см. «Системы хранения солнечного электричества», AW-Therm №1, январь – февраль 2017 г.).
Теперь все чаще о себе заявляет третий подход – распределенный. К общей сети (grid) по «зеленому» тарифу подключаются не отдельные дома, а целые поселки. Этот подход получил название «Microgrid». При этом избыточная генерация от отдельных домашних СЭУ и ВЭУ (ветроэнергетических установок) используется, прежде всего, для инфраструктуры всего поселка. Но главное – хранение энергии теперь тоже распределено. Каждая домашняя СЭУ обладает своей аккумуляторной системой, но все они объединены в «локальную сеть». Все перетоки от отдельной домашней системы в общественную поселковую сеть как «наружу», так и «внутрь», фиксируются с учетом «обычного», «локального льготного» и «зеленого» тарифов для дальнейших финансовых перерасчетов и взаимозачетов.
Благодаря автоматике избыток общей генерации от домашних СЭУ и ВЭУ сначала запасается во всех отдельных аккумуляторах в поселке, а затем направляется на аккумулирование в неэлектрическом виде. Например – для закачки воды в емкости местного водопровода и резервуар водонапорной башни, или для закачки теплоносителя от местной биогазовой установки в подземные теплоизолированные хранилища. Сейчас есть много способов получения «зеленой» энергии, которые экономически выгодны, начиная с некоторой установленной мощности. Это могут быть, например, биогазовые установки для переработки поселковых канализационных стоков и / или теплонасосные станции, работающие на тепле от коммунальной канализации и прочие технологии, реализация которых в отдельном домохозяйстве экономически не оправдана.
После обеспечения энергетических нужд сообщества, избыток поселковой энергии направляется в общую региональную электросеть. При недостатке собственной энергии, подобная распределенная многоуровневая система хранения и использования локальной энергии будет способствовать масштабному и повсеместному переходу на домашние электроустановки (СЭУ и ВЭУ), вырабатывающих если не всю, то значительную часть энергии, потребляемой отдельным домохозяйством. При «распределенном» подходе не обязательно иметь дом с удачно ориентированной крышей для СЭУ. Локальная СЭУ для общих целей может быть расположена не на крыше здания, а в виде отдельного модуля, см. рис. 3.
Рис. 3. «Солнечный пост» (Solar array) – отдельно стоящий солнечный модуль для индивидуальных и общественных нужд
Оптимизации потребления и создание распределенных аккумуляторных и локальных общественных хранилищ энергии, полученной от индивидуальных солнечных и ветровых генераторов, уменьшит их главный недостаток – неравномерность суточной и цикличность сезонной генерации. Это упрощает (и удешевляет) подключение к общей электросети по «зеленому» тарифу – объединенная поселковая «энергосистема» выступает для энергокомпаний более привлекательным поставщиком энергии, чем малая домашняя СЭУ. Энергокомпания может согласовать с экопоселком графики поставки по «зеленому» тарифу, когда это действительно нужно общей энергосистеме для сглаживания пиков энергопотребления.
Распределение и мобильность!
«Распределенный» подход позволяет полнее использовать избыток генерации каждой отдельной «домашней» СЭУ и ВЭУ, то есть повысить коэффициент использования «зеленой» энергии с большей пользой и выгодой для отдельного домохозяйства.
Следующий шаг для повышения степени использования зеленой энергии – включить в энергосистему эко-поселка потенциал аккумуляторов электромобилей – тоже распределенно. Идея использовать емкость аккумуляторов электромобиля для питания дома, или схема V2G (Vehicle-to-Grid), не нова. Главная мотивация напрямую связана с глобальным расширением использования электромобилей и, таким образом, с их суммарной способностью поглотить пиковое производство электроэнергии на PV-станциях в солнечные дни. Перевод энергосистемы крупного региона или целой страны на расширенное использование солнечного электричества нуждается в крайне дорогостоящих сверхмощных системах аккумулирования или в большом числе потребителей такой «пиковой» энергии. Электромобили вполне могут сами стать такой «распределенной» аккумуляторной сетью, поглощающей пиковое перепроизводство электроэнергии от солнечных панелей через сеть зарядных станций. Исследования показали, что если суммарная установленная мощность электрооборудования в доме находится в пределах 6 кВт, то заряда в аккумуляторах электромобиля достаточно для того, чтобы после зарядки в городе вернуться с работы домой, проехав 40–50 км, а потом еще двое суток полностью запитывать всю домашнюю электросистему в качестве резервного аккумулятора. А на четвертый день добраться до зарядной станции вблизи офисного центра, где снова подзарядить электромобиль. То есть, наличие электромобиля с V2G-аккумуляторами позволит жителям экопоселения использовать электромобиль в качестве резервного источника электричества на случай перебоев в обычной электросети, а владельцам домашних ВИЭ-станций (СЭУ и ВЭУ) поможет существенно снизить емкость и сэкономить на домашнем стационарном аккумуляторном оборудовании.
Схема работы отдельной домашней PV-установки с V2G-инвертором (с домашними аккумуляторными системами уменьшенной емкости) выглядит, как показано на рис. 4. В «распределенной» общественной энергосети экопоселения каждая зарядная станция с V2G-инвертором соединяется с внешними энергосетями не напрямую, а сначала включается в объединенную энергосистему экопоселка. Заряд в домашних батареях, подключенных к инвертору V2G, и в батареях электромобиля используется в случае нехватки энергии от всех поселковых домохозяйств, соединенных в microgrid, или в случае перебоев подачи энергии к поселку из внешней сети.
Рис. 4. Схема подачи электроэнергии домашним хозяйством с V2G-инвертором в домашнюю, общественную (поселковую) и затем в общую энергосеть
Отдельный электромобиль через V2G-инвертор может на пару суток полностью обеспечить все домашнее потребление электричества. Использование для питания дома аккумуляторной батареи электромобиля, которая уже имеется в нем, существенно сокращает затраты на саму домашнюю PV-установку, и срок ее окупаемости в таком случае уменьшается примерно на треть.
Электромобиль – глобальный тренд
Степенью глобального влияния электромобилей на всю мировую энергосистему и изменение характера энергопотребления не следует пренебрегать. Число транспортных средств с электрическим приводом постоянно растет (и Украина – среди лидеров по темпам прироста использования электромобилей). Инфраструктура по обслуживанию и заправке электромобилей быстро увеличивается. По оценкам экспертов, нас вскоре ожидает буквально взрывной рост использования электромобилей.
Согласно оценкам Международного энергетического агентства (IEA) в докладе IEA Energy Efficiency Market Report 2016, мировой рынок электромобилей в 2015 г. вырос на 70% по сравнению с показателями предыдущего года. Несмотря на ожидания экспертов в начале 2016 г. у инвесторов проявился интерес к электромобилям. Это вызвало ускоренный рост глобальных продаж электромобилей, чем ожидали многие комментаторы. В конце концов, по данным Bloomberg New Energy Finance, продажи только электромобилей, без «гибридов», подскочили на 55% в 2016 г. до 695 000 единиц, что эквивалентно 1,1% от общего числа продаж новых автомобилей на мировом рынке. К 2020 г. число «настоящих» электромобилей в мире будет насчитывать уже 20 млн. единиц. К 2030 г. на дорогах мира будет более 140 млн. электромобилей (и их доля рынка займет примерно 30% от общих продаж автомобилей в мире). К 2035 году количество машин в мировом автопарке, работающих от электричества, достигнет 40%. Поэтому с ростом числа электромобилей широкое применение двунаправленных V2G-аккумуляторов может глобально повлиять на решение проблемы аккумулирования энергии из ВИЭ для повышения стабильности работы общих энергосистем. А на «домашнем» уровне схема V2G позволит обеспечить резервное электропитание, в том числе при использовании домашних СЭУ и ВЭУ вместе с поселковыми комбинированными ВИЭ-установками без приобретения энергии из внешних энергосетей.
Прогноз на 10 тысяч лет
Жить в солнечном доме, который потребляет меньше энергии, чем вырабатывает сам, расположенном в энергетически самодостаточном экопоселке, и ездить на электромобиле от солнечной зарядки – это уже не фантастика. Это воплощается сегодня и сейчас. Это влияет на наше будущее и глобальную экологию. Руководитель Стокгольмского центра устойчивости в Стокгольмском университете Йохан Рокстрём (Johan Rockström), считает, что «В какой степени страны сократят свои выбросы в течение следующих 50 лет, определит условия жизни людей на Земле как минимум в течение следующих 10 000 лет».
Происходящие в наше время технологические новации немедленно сказываются на вопросах финансирования. В недавнем совместном отчете «Глобальные энергетические тренды 2017» (Frankfurt School - UNEP Centre/BNEF, «Global Trends in Renewable Energy Investment 2017») приводятся данные, что сейчас происходит всплеск индивидуального и частного инвестирования в энергосберегающие технологии. Особенный рост отмечен для комбинированных технологий – ВИЭ совместно с энергоэффективным использованием электроэнергии и традиционного топлива.
Рис. 5. Глобальные инвестиции в новые разработки «умных» энергетических технологий, по типам, 2004-2016. Источник: UN Environment, Bloomberg New Energy Finance (BNEF)
Рис. 5 показывает, что финансирование «умных» энергоэффективных технологий в 2016 году подскочило на 29% до нового глобального рекорда в $41,6 млрд. Этот агрегированный показатель охватывает публичные рынки, венчурный капитал и частные инвестиции в акционерный капитал компаний, занимающихся вопросами энергоэффективности, хранения энергии от ВИЭ и для электромобилей. Частные инвестиции превысили корпоративные и правительственные вложениями в НИОКР во всех этих областях. Например, в прошлом году были вложены в смарт-счетчики $14,4 млрд., что на 63% больше, чем в 2015 году, установив новый рекорд по этому показателю. Также достигнуто рекордное финансирование ($16 млрд.) комбинированных энергосберегающих технологий. Уровень инвестиций частного и венчурного капитала в «интеллектуальные» энергетические технологии вырос на 50% и составил $4,2 млрд. по всему миру. В это же время правительственные исследования и разработки даже сократились на 2%, а корпоративные НИОКР – на 15%. При этом наблюдается глобальный рост инвестиций в «малые проекты» ВИЭ с установленной мощностью менее 100 кВт. Отмечается тенденция к более широкому доступу к финансам для реализации энергосберегающих и ВИЭ-проектов. Все больше средств поступает из частных источников и фондов финансовой взаимопомощи, чем через гранты, госфинансирование и специальные кредитные банковские программы, отягощенные дополнительными условиями и ограничивающие круг заемщиков. Зафиксировано и снижение процентных затрат по обслуживанию «экологических» инвестиций. Это вселяет оптимизм, что «зеленые» экоинициативы, много лет бывшие уделом немногочисленных активистов, выходят на качественно новый уровень.
Більше важливих статей і новин в Telegram-каналі та корисні відео на Youtube-каналі та у TikTok. Долучайтесь!
Переглянуто: 5 352
