Слабое звено энергетики: почему солнечные и ветровые электростанции не подключены к сетям?

Пока решение проблемы электрогенерации — как в Украине, так и в мире — остается критически важным. Для этого невозможно оставить без внимания перспективы развития альтернативной энергетики. С толчком к декарбонизации экономики ожидается, что установленная мощность возобновляемых источников энергии значительно возрастет к 2050 году. Переход к чистой энергетике в сочетании с экономическим развитием приведет к стремительному росту спроса на электроэнергию — ожидается увеличение на 40% с 2020 по 2030 год и удвоение до 2050 года.

Следует отметить, что инвестиции в возобновляемую энергетику значительно выросли за последние годы. В 2024 году глобальные вложения в чистую энергию превысят $3 трлн, причем $2 трлн будут направлены на развитие чистых технологий.

По объему инвестиций в зеленую энергетику лидирует Китай. В прошлом году Поднебесная инвестировала в возобновляемые источники энергии около $126,6 млрд. Американские инвестиции в чистые технологии, включая альтернативную энергетику, электромобили, ядерную энергетику, сети и хранение, в этом году достигнут $2 трлн.

Европейские вложения в чистую энергию также значительны, в частности, благодаря поддержке Европейского инвестиционного банка и других финансовых институтов. Активно развивает возобновляемую энергетику и Индия, стремясь в сотрудничестве с Германией к 2030 году достичь мощности 500 ГВт возобновляемой энергии. Кроме того, Индия инвестирует в новейшие технологии для хранения энергии и повышения эффективности энергетических систем, что способствует уменьшению зависимости от ископаемых топлив и увеличению доли возобновляемой энергии в общем энергетическом балансе страны. Эти усилия также соответствуют амбициозным планам Индии по достижению нулевого уровня выбросов углерода к середине столетия.

Наконец, Латинская Америка, Африка и Юго-Восточная Азия также возлагаются на возобновляемые источники энергии, хотя по объемам вложений отстают от лидеров мейнстрима.

Система слаба настолько, насколько уязвима ее самое слабое звено

Казалось бы, если прогрессивное мировое сообщество осознает важность внедрения возобновляемых источников, готово инвестировать, реализация задуманного пойдет легко и быстро, но без ложки дегтя здесь не обошлось. Авторитетное азиатское бизнес-издание освещает  критическую проблему в секторе возобновляемой энергетики. Ахиллесовой пятой развития возобновляемой энергетики остается неадекватность существующих электросетей к возрастающим мощностям солнечных и ветровых источников энергии. Несмотря на значительные инвестиции в зеленую энергетику, многие объекты, производящие солнечную и ветровую энергию, остаются не подключенными к электросетям. Для представления масштабов проблемы: в США и Европе эти не подключенные объекты способны генерировать электроэнергию, эквивалентную работе 480 ядерных реакторов!

В Азии правительство Южной Кореи отклонило заявку компании BlackRock – одной из крупнейших в мире инвестиционных компаний – на строительство оффшорной ветроэлектростанции из-за недостаточной пропускной способности сети.

Дело в том, что существующие электросети были спроектированы, прежде всего, для централизованного производства электроэнергии на основе ископаемого топлива. Интеграция возобновляемых источников энергии требует значительной модернизации и расширения, чтобы учесть децентрализованную и изменяющуюся природу возобновляемых источников энергии.

Операторы электросетей сталкиваются с такими проблемами, как нестабильность сети и необходимость управления колебаниями напряжения в режиме реального времени. Эти проблемы могут привести к нестабильности напряжения, несоответствию частоты и гармоническим искажениям.

Чтобы удовлетворить растущий спрос на возобновляемую энергию и добиться нулевого уровня выбросов к 2050 году, странам необходимо удвоить инвестиции в линии электропередач и другую инфраструктуру. Это потребует около 550 миллиардов евро в год до 2030 года!

Как страны могут решить проблему несоответствия сети

Решение проблемы несоответствия сети крайне важно для интеграции большего количества возобновляемых источников энергии. Эксперты предлагают определенные стратегии, которые могут применить страны.

Во-первых, необходимы значительные инвестиции для модернизации и расширения существующих электросетей, чтобы адаптировать их к современным требованиям. Это подразумевает строительство новых линий электропередачи, подстанций и расширение инфраструктуры для обеспечения стабильной работы при возрастающих нагрузках. Кроме того, важно подключить удаленные возобновляемые источники энергии, такие как солнечные и ветровые станции, часто расположенные в труднодоступных регионах, что требует дополнительных инвестиций в инфраструктурные проекты.

Во-вторых, использование технологий интеллектуальных сетей может значительно повысить эффективность и надежность распределения электроэнергии благодаря возможности автоматизированного мониторинга и управления. Умные сети используют технологию цифровой связи и датчики для быстрого обнаружения неисправностей, оптимизации потоков энергии и корректировки параметров в режиме реального времени. Это позволяет лучше реагировать на изменения в спросе и предложениях, минимизируя потери энергии и обеспечивая более стабильную и бесперебойную работу энергосистемы.

В-третьих, разработка и внедрение крупномасштабных систем хранения энергии, таких как батареи и другие технологии накопления может существенно помочь в управлении прерывистой природой возобновляемой энергии. Эти системы накапливают избыточную энергию, производимую во время пиковых периодов, и высвобождают ее в моменты высокого спроса. Это не только обеспечивает стабильность и надежность энергетических поставок, но и позволяет более эффективно использовать возобновляемые источники, снижая потребность в резервных ископаемых источниках энергии. Дальнейшие инновации в сфере хранения энергии могут также снизить затраты на энергетическую инфраструктуру и способствовать снижению выбросов парниковых газов.

В-четвертых, поощрение развития децентрализованных энергетических систем, таких как микросети, может значительно снизить нагрузку на центральные электросети, особенно во времена пиковых нагрузок или аварийных ситуаций. Микросети способны функционировать автономно при отключении основной сети, обеспечивая бесперебойную поставку энергии для локальных сообществ, предприятий или критически важных объектов, таких как больницы. Такая структура повышает общую устойчивость энергетической системы и позволяет более эффективно интегрировать возобновляемые источники энергии, уменьшая зависимость от крупных централизованных генераций.

В-пятых, правительствам следует внедрять политику, предоставляющую налоговые льготы и субсидии компаниям, инвестирующим в модернизацию электросетей и технологии хранения энергии. Также важно упрощать процедуры получения разрешений на строительство новых линий электропередач и внедрение возобновляемых источников, что позволит ускорить интеграцию чистых технологий. Дополнительно государственная поддержка исследований и разработок в области «зеленых» технологий будет способствовать внедрению инновационных решений для повышения стабильности и эффективности энергосистем.

В-шестых, страны могут сотрудничать над проектами трансграничных электросетей для совместного использования ресурсов и более эффективного баланса между спросом и предложением. Это может включать в себя строительство соединительных линий, которые позволят электроэнергии перетекать между странами, повышая стабильность и эффективность сети. Страны Европейского Союза уже реализуют проекты международных электросетей, такие как Европейская суперсеть, что должно объединить энергосистемы разных государств, позволяя оптимизировать потоки энергии и снизить зависимость от ископаемого топлива. Аналогично, инициативы между США и Канадой также направлены на построение более встроенной системы передачи энергии для лучшего сбалансирования спроса и предложения между регионами.

Наконец, ускорить развитие сетевой инфраструктуры можно путём привлечения инвестиций частного сектора через государственно-частное партнерство. Такие партнерства позволяют использовать частный капитал и опыт для дополнения государственного финансирования и инициатив. Это приведет к более быстрой модернизации и расширению электросетей, поскольку частный сектор может предложить инновационные решения и эффективное управление ресурсами, что обеспечит оптимизацию затрат и улучшение качества энергетических услуг.

По мнению экспертов, применив эти стратегии, страны могут повысить мощность и надежность своих электросетей, способствуя переходу к более устойчивому и возобновляемому источнику энергии в будущем.

Решение проблемы подключения возобновляемых источников энергии к сетям критически важно для достижения глобальных экологических целей. Умные сети, крупномасштабные системы хранения энергии и модернизация инфраструктуры помогут странам снизить зависимость от ископаемого топлива и поспособствовать глобальной декарбонизации.

Татьяна Морараш