VALTEC

Відновлювальні джерела енергіх та традиційна енергетика: на межі конфронтації

А. Манілов, інженер, С. Товстюк, інженер

Весь світ наразі стурбований проблемою екологічної катастрофи, що насувається через неконтрольовані викиди в атмосферу продуктів розпаду від різноманітних технологічних процесів, бездумного знищення природних ресурсів. На тлі цього для нашої країни «соломинкою для потопаючого» є використання сонячних електростанцій, які дозволять істотно знизити згубний вплив життєдіяльності людини на навколишнє середовище – перш за все від викидів в атмосферу, продукованими тепловими електростанціями. Але вже істотно відчутна проблема видачі потужності сонячних електростанцій приватних домогосподарств в енергосистему та наявність суперечностей з наявною енергетичною інфраструктурою, що лише посилюється

Розвиток малих сонячних станцій у всьому світі підтримується на державному рівні. У Німеччині діє державна програма «Сто тисяч сонячних дахів». У США діє аналогічна програма «Мільйон сонячних дахів». В Італії та Японії фотоелектричні елементи встановлюють на дахах поїздів. Вони виробляють електроенергію для освітлення та аварійних систем.

Широкого поширення набуло також теплопостачання з використанням сонячних колекторів/ водонагрівачів, які встановлюються на дахах будинків під певним кутом до горизонту. Вони забезпечують нагрівання теплоносія (вода, повітря, антифриз) на 40...50 °С більше за температуру навколишнього середовища. Їх застосовують також для кондиціонування повітря, сушки сільськогосподарських продуктів, опріснення морської води тощо. Найбільше таких теплопостачальних установок мають США та Японія, але найвища щільність їх (з розрахунку на душу населення) досягнута в Ізраїлі та на Кіпрі. До прикладу, в Ізраїлі більше одного мільйона сонячних колекторів забезпечують гарячою водою понад 70% жителів цієї країни. Сонячні колектори застосовуються також в Китаї, Індії та низці країн Африки (переважно для роботи насосних установок).

Таким чином, у всьому світі технології розподіленої генерації спрямовані на децентралізацію енергетичних систем з максимальним використанням відновлюваних джерел електроенергії. Вони використовуються для населених пунктів віддалених ділянок, де підключення до енергосистеми здійснити складно або неможливо, або занадто дорого. Це приватні будинки, мисливські будиночки, малі сільськогосподарські об'єкти, рекламне обладнання. Мобільні сонячні електростанції використовуються для зарядки електромобілів.

В Україні нині певного поширення набуло будівництво сонячних електростанцій у приватних домогосподарствах з потужністю до 30 кВт, які призначені в основному для продажу практично всього обсягу виробленої електроенергії з метою отримання фінансової вигоди. Вважається, що кожен кіловат електроенергії сонячної електростанції може заощадити півтонни вугілля на рік. Однак цього не відбувається, тому що тимчасові збільшення потужності в мережі через її надлишок в певний час не охоплені дією інтелектуальних систем комплексного моніторингу та контролю потужності, тобто, кількість енергоресурсів не зменшується, але це викликає необхідність реконструкції ліній електропередач, збільшення потужності трансформаторних підстанцій [1, 2]. Крім того, генерація викликає значні коливання напруги, а також додаткові втрати потужності в наявних мережах, до яких підключаються сонячні електростанції.

Зображення схеми підключення малих сонячних електростанцій Рис. Схема підключення малих СЕС

Падіння виробництва електроенергії на сонячних електростанціях через зміну погодних умов викликає потребу у створенні в енергосистемі маневрових потужностей, що забезпечують швидку компенсацію падіння вироблення електроенергії до початку дії автоматичного частотного розвантаження. Виникає потреба в будівництві газотурбінних та газопоршневих електростанцій. Для теплових електростанцій з паровими турбінами час набору та скидання потужності вимірюється годинами, а гідроелектростанції не завжди можуть взяти участь в покритті провалів вироблення електроенергії.

Оцінки прямих соціальних витрат, пов'язаних із шкідливими впливами теплових електростанцій, включаючи хвороби та зниження тривалості життя людей, оплату медичного обслуговування, втрат на виробництві, зниження врожаю, відновлення лісів та ремонт будинків у результаті забруднення повітря, води й ґрунту, дають величину, що становить приблизно 80% до вже наявних світових цін на паливо та енергію. Проте необґрунтована видача в енергосистему потужності від сонячних електростанцій, як правило, не зменшує кількість викидів в атмосферу. По суті, це витрати всього суспільства – «екологічний податок», який продовжують платити громадяни своїм здоров'ям та особистими витратами за недосконалість енергетичних установок й необдуманий режим роботи сонячних електростанцій приватних домогосподарств.

Це призводить до необхідності забезпечення роботи електромереж приватних домогосподарств з сонячними електростанціями в автономному режимі без можливості видачі потужності в енергосистему, але з отриманням, за необхідності, потужності від енергосистеми. Для стимулювання розвитку розподіленої генерації такого типу замість оплати за видачу електроенергії в енергосистему за «зеленим тарифом» держава повинна надавати допомогу приватним домогосподарствам в будівництві сонячних електростанцій з накопичувачами енергії та забезпечити зменшення оплати за споживання потужності з енергосистеми.

Література:

1. Н.П. Янішевський. Проблеми приєднання ФЕС в мережі 0,4-150 кВ // Енергетика та електрифікація. – 2019. – №5-6.
2. Д.Л. Пронін. Проблематика Приєднання об’єктів відновлювальної енергії до розподільчих мереж оператора системи розподілу // Енергетика та електрифікація. – 2020. – №7-8.

Від редакції

Прискорений розвиток енергетики з поновлюваних джерел енергії (ВДЕ) відбувається у всьому світі. І проблеми узгодження традиційної та відновлюваної енергетики з властивою їй нерівномірністю та циклічністю генерації притаманні всім країнам без винятку. Проте, тоді як одні країни поки мають практично незначну частку ВДЕ в своєму енергобалансі (як і Україна), інші (Данія, Німеччина, Португалія ...) вже досягли 20+-40+% використання змінюваної генерації з ВДЕ в своїй національній енергосистемі.

Розширення частки ВДЕ в генерації триватиме й надалі і у світі, і в нашій країні, аж до повної або майже повної заміни нинішніх традиційних джерел енергії та глибокої зміни всієї енергоструктури в напрямку повної відмови від технологій генерації з викопних вуглеводневих джерел.

Труднощі імплементації відновлюваної генерації в національну енергетику особливо відчутні для країн із достатньо розвиненою енергосистемою. Цей парадокс пояснюється дуже просто – існуюча енергетична інфраструктура спонукає до спротиву змінам, вона «заморожує» впровадження нового та сприяє збереженню звичної закоснілої інфраструктури, бізнес-моделей та доступу до енергоринку нових учасників, вона протидіє конкуренції та призводить до монополізації. Більше за те – традиційна енергетика тяжіє до великих генеруючих потужностей, а тому й всіляко протидіє появі та доступу до мережі нових «малих» виробників енергії (наприклад, домашніх СЕС та ВЕС), які складають основу моделі з «розподіленою генерацією». Протидіють «малій» VRE-генерації також й «великі» виробники з ВДЕ, вбачаючи в них загрозу своїм бізнес-інтересам.

Перехід енергетики на відновлювані рейки – це, перш за все, питання зміни структури й підходів до способів оперативного управління, диспетчеризації та зберігання (тимчасового, пікового) надлишку генерації. Найкраща тактика й стратегія переходу на відновлювану енергетику давно розроблена, вона відома та навіть проаналізована.

До прикладу, у звіті «Renewables 2017 Global Status Report» аналітично-дослідницької групи REN21 («Відновлювана енергетика в 21 столітті»), опублікованому ще на початку листопада 2017 р., цілий розділ був присвячений аналізу досвіду дій щодо зміни інфраструктури енергетики, здійснених країнами-лідерами з високою часткою ВДЕ у виробництві енергії. Це, фактично, «Дорожня карта» по імплементації ВДЕ із змінним характером вироблення електроенергії (VRE) в національну енергосистему кожної країни – від економічно розвинених країн до таких, що розвиваються (див. таблицю). Ця таблиця містить узагальнення. Різний вплив та пріоритети для технологічних й оперативних змін будуть відрізнятися для кожної системи, для кожної країни, вони мають враховувати певну специфіку та не мають обмежуватися лише наведеними способами, яких тепер чимало.

Зображення Вплив на зміну інфраструктури енергетики від зростання долі змінюваних джерел енергії Таблиця. Вплив на зміну інфраструктури енергетики від зростання долі змінюваних джерел енергії (VRE) у загальному енергобалансі та оптимальні заходи для вдалої імплементації VRE
Джерело: REN21 «Global Status Report 2017»

На малих рівнях проникнення VRE у енергетику, компенсуючи зміни, які стосуються державної підтримки саме малих потужностей, тобто малих продюсерів та просьюмерів, що складуть основу для розподіленої генерації. Особливості функціонування нинішньої моделі енергетики (так зване «базисне електричне навантаження») є такими, що основні генеруючі потужності повинні якнайдовше працювати в стаціонарному режимі. Це сприяє їхньому високому ККД. Ядерним та вугільним станціям взагалі технічно властива велика інерційність й негнучкість в регулюванні змінюваного навантаження. Для узгодження попиту й пропозиції (споживання та генерації) енергії на малих рівнях імплементації ВДЕ використовуються швидкі «розгінні» потужності – ТЕС на мазуті та газі, газотурбінні ЕС й дизель-генератори, але це стосується узгодження мережі на «національному» рівні. Відновлювані ресурси (ГЕС, біопаливні та геотермальні ТЕС тощо) в нинішній парадигмі енергетики використовуються як потужності для практично постійної генерації. ВДЕ у вигляді ГЕС й ГАЕС (поглинання надлишку генерації, видача запасу на піку споживання) застосовуються для деякого регулювання добової нерівномірності.

Нинішня енергетика знехотя «терпить» наявність у мережі нерівномірної ВДЕ-генерації (вітрові та, особливо, сонячні електростанції) до тієї пори, поки її сумарна частка не перевищує 2% в енергобалансі. На більших рівнях вже потрібні певні дії щодо компенсації природної нерівномірності генерації, що притаманна VRE, шляхом стимуляції впровадження систем тимчасового зберігання, «зсуву споживання», розвитку систем сервісів щодо покращення якості струму в електромережах, зміни бізнес-моделей, модернізації інфраструктури тощо. Наразі Україна майже досягла рівня 10% змінюваних ВДЕ в загальному енергобалансі, але рівень саме малих приватних СЕС та ВЕС (тобто рівень розподіленої генерації) лишається доволі (якщо не сказати – неприпустимо) малим (див. статтю «ВДЕ в Україні: реальний стан на середину 2021 р.», журнал AW-Therm №4-2021, стор. 32-35). Тому супротив впровадженню ВДЕ зростає, тому що, якщо звернутися до Таблиці, наразі вже потребуються негайні дії щодо інфраструктурних змін в енергетиці. Власне, цим самим (та небажанням витрачати кошти на неминучу модернізацію) можна й пояснити масову інформаційну кампанію щодо «занадто дорогого зеленого тарифу».

В Україні зараз «м'яч на полі» традиціоналістів – наскільки нинішні оператори мереж та виробники енергії є готовими (а в основному, це тією чи іншою мірою – монополісти), щоб змінити свою інфраструктуру та підготувати її до неодмінного узгодження з ВДЕ-генерацією? Очевидно, що для такого переходу знадобляться також й «примусові заходи» від законодавців. Наразі ж фактичні дії Уряду та великих суб’єктів господарювання в енергетиці аж ніяк не сприяють якнайширшому впровадженню безкарбонових джерел генерації та не сприяють виконанню вже відомих заходів щодо покращення функціонування енергосистеми в умовах неминучих змін щодо переходу на нову модель енергогенерації. Водночас давно відомо, що, коли та як треба робити для досягнення успіху у енерготранзиції.

Більше важливих статей і новин в Telegram-каналі AW-Therm та корисні відео на Youtube-каналі. Долучайтесь!

Просмотрено: 2 235

Вас может заинтересовать:



Оставьте комментарий

Telegram