Глобальні тенденції розвитку генерації електроенергії

1 Мар

Початок 21 століття ознаменований в енергетиці двома факторами: стрімке, в геометричній прогресії, зростання споживання енергії, і досягнення критичного стану забруднення навколишнього середовища гігантськими енергетичними підприємствами, внаслідок чого виникають не передбачувані і незворотні зміни клімату.

Подальше кількісне нарощування виробничих потужностей і передавальних мереж натрапляє на серйозний бар’єр – планета не витримує затратну екстенсивну енергетику, величезні вкладення призводять до все меншого і дорожчого результату, а несприятливі природні та техногенні наслідки, навпаки, зростають.

Вихід парадоксально несподіваний підказує життя – споживачі самі продукують енергію на місці споживання, а «розумні» мережі самі розподіляють надлишки, регулюють баланс виробітку і споживання, виконуючи функції центру диспетчерського управління. Навантаження на природу зменшується, мінімізуються також втрати при передачі електроенергії на великі відстані, оптимізується диспетчерське управління. Свого часу топологічно схожий прорив у організації інформаційних процесів привів до утворення всім відомого Інтернету, без якого вже не уявляємо собі сучасного інформаційного простору. Схоже, що незабаром кардинально переформатується і енергетичний простір, і основним викликом нового стає розподілена генерація. Мається на увазі розосередження значної кількості дрібних електростанцій на відновлюваних джерелах енергії – води, вітру, енергії сонця, біогазів тощо (далі – ВДЕ) поблизу споживачів – невеликих підприємств, населених пунктів, домогосподарств, і за наявності надлишків виробленої цими «генераторами-споживачам» енергії, віддачі її в мережу, для загального вжитку, — з одночасним переформатуванням локальних мереж у «розумі мережі»(так звані smart grids), які самі керуватимуть процесами виробництва, споживання і збалансування системи не з центру, а на рівні місцевої самоорганізації та «реакцій всіх на кожного».

Поки що електростанції ВДЕ пристосовуються до вимог традиційно побудованих національних енергетичних систем (у тому числі ОЕС України), намагаються вписатися в систему енергозабезпечення, яка досі будувалася на принципах крупномасштабного централізованого виробництва електроенергії з викопного палива на великих ТЕС та АЕС, гігантських ГЕСах на рукотворних морях, з подальшою передачею електроенергії розгалуженими мережами до крупних промислових і дрібних побутових споживачів. Але загальносвітова тенденція виявляє парадоксальну ситуацію — дрібне виробництво на місцевому рівні (в безпосередній близькості до споживача) може забезпечувати економічно вигідніші і технологічно досконаліші, менш ресурсо затратні умови функціонування енергосистеми, в порівнянні з традиційно укрупненим.

Повернення до середньовічного натурального господарства чи голографічний принцип побудови (коли складова частина дорівнює цілому) нового суспільно-економічного устрою?

Село Фельдхайм – єдиний населений пункт в Німеччині, повністю забезпечує себе енергією з відновлювальних ресурсів. Село майбутнього. Вже декілька років всі будинки в цьому селі забезпечуються теплом і електроенергією за рахунок поновлюваних джерел. Вітряні електростанції і дві установки з виробництва біогазу з біомаси дають цьому населеному пункту, розташованому на південний захід від Берліна, тепло, електрику і додаткові робочі місця. Перетворення звичайного бранденбурзького маленького села в зразкову модель використання поновлюваних джерел енергії почалося ще в 1995 році, коли тут побудували п’ять вітрогенераторів. Число турбін поступово зростало, поки село разом з містом Тройенбріцен, до якого вона належить, і енергетичною компанією Energiequelle GmbH не побудували власну електромережу. У фінансуванні проекту, який обійшовся в 0,5 млн євро, прийнявши участь більшість жителів села. Кожна сім’я придбала за 3000 євро частку в компанії, що є співвласником електромережі.

43 вітрогенератора і установки з виробництва біогазу не тільки обігрівають і освітлюють будинки, а й забезпечують роботою місцеве населення, надаючи 30 робочих місць. Ще 20 робочих місць забезпечує місцева фабрика з виробництва фотоелектричних елементів. У селі з 145 жителями зараз нульове безробіття!

До 2020 року Німеччина планує отримувати з відновлювальних ресурсів, таких як вітер і сонце, до 35% всієї споживаної енергії. До 2050 року ця частка повинна скласти вже 80%. Таким чином, Фельдхайм, що забезпечує себе відновлювальною енергією на 100%, став моделлю майбутньої Німеччини.

У рік парк вітрогенераторів виробляє кількість енергії, достатню для забезпечення міста з 20-тисячним населенням. Жителі села споживають всього 1% цієї енергії, а інше продає регіональним дистриб’юторам . Сьогодні вартість енергії в Фельдхайме на 35 % нижче , ніж у Берліні. Протягом 10 років цей розрив досягне 50 %.

В Німеччині у межах федеральної землі Баден-Вюртемберг взялися до впровадження проекту енергомережі з розподіленою генерацією Smart Grids силами енергетичного концерну EnBW за підтримки Технологічного інституту в Карлсруе. Метою проекту є створення мережі з розподіленою генерацією у повнофункціональному складі: виробництво, постачання споживачу, керування споживанням, а також тарифікація і облік. До цього часу випробовувалися лише окремі елементи таких мереж, повномасштабний проект є цілком інноваційним. Важливим аспектом у ході реалізації проекту є робота із споживачем – концерн EnBW активно просуває інноваційні рішення серед потенційних споживачів — користувачів Smart Grids, і для реалізації проекту вже віднайшов потрібну кількість споживачів, які бажають першими використовувати всі переваги мереж з розподіленою генерацією.

Наступним важливим етапом в побудові енергетичних мереж Smart Grids стала побудова єдиних стандартів інформаційного обміну між всіма окремими елементами мережі і всіма пристроями, що входять до складу Розумної Мережі Smart Grids. Такими пристроями є:

  • генератори (вітро-, сонячні тощо), встановлені в межах домогосподарства;
  • пристрої тарифікації та обліку – інтелектуальні електролічильники;
  • побутові прилади (розробляються і готуються до широкого впровадження технології «розумної» побутової техніки, яка, наприклад, оптимізує свою роботу в залежності від ціни на електроенергію).

Наступним етапом буде створення аналогічних регіональних Розумних Мереж з розподіленою генерацією і об’єднання їх в об’єднану енергосистему країни.

Франція також реалізує 2 проекта у сфері smart grid або Розумних Мереж. Перший – це розумні лічильники інтегровані з засобами управління мережами (під/відключення тих чи інших джерел електроенергії) у м. Ліоні. Другий проект це власне створення на базі окремої регіональної системи розподіленої генерації з інтегрованими об’єктами ВДЕ (вітро- та сонячними генераторами) та smart-управлінням мережею.

Ця молода тенденція при, здавалось би, всій фантастичності з точки зору традиційної енергетики і економічних законів, все ж має цілий ряд потенційних переваг і перспективу світової першості у видимому майбутньому.

1. Суттєве зменшення втрат в мережах (в Україні втрати в мережах становлять близько 10% транспортованої електроенергії).

2. Зменшення «затрат природи» на анулювання масованої шкоди від гігантських виробництв, які буквально проривають природні захисні механізми. У випадку ж численних невеликих втручань, природних сил (в об’єднанні з зусиллями людини) потрібно менше, щоб компенсувати наслідки в кожній точці втручання (як у медицині, так і у взаємодії людини з природою — та ж сама речовина для організму є ліками в малих крапельних дозах, і отрутою у великій одноразовій дозі). Екологічні витрати, тобто суспільні витрати, пов’язані із забрудненням навколишнього середовища та його охороною, у випадку застосування розподіленої генерації значно зменшуються.

3. Відмова від викопного палива – нагальна потреба часу, через забруднення атмосфери, незворотні кліматичні зміни, крім того можливість не витрачати мільярдні щорічні дотації на підтримку вуглецевої та атомної галузі, усунення наслідків безнастанних техногенних катастроф і аварій тощо.

4. Стрімке здешевлення продукції ВДЕ, по-перше завдяки науково-інженерним інноваціям, а по-друге внаслідок поступового відшкодування початкових затрат на будівництво та обладнання, при безкоштовному і невичерпному джерелі енергії, дозволяє ВДЕ вигравати економічну конкуренцію з виробниками електроенергії з викопних джерел.

На думку експертів широке застосування систем з розподіленою генерацією в близькому майбутньому стане просто необхідним там, де розвиток промисловості відбувається на географічно просторих територіях (один з яскравих прикладів – Сибір, Далекий Схід, степові райони України, пустелі і напівпустелі) або з важкодоступним профілем (гірські райони Карпат), при низькій густині населення і об’єктів промисловості, що робить невигідним транспортування електроенергії.

В країнах ЄС розподілена генерація виробляє в середньому близько 10% від загального обсягу виробництва електроенергії, найвищий показник – у Данії 50%. У США експлуатується понад 12 млн установок малої розподіленої генерації загальною встановленою потужністю понад 220 ГВт, а темпи приросту складають в середньому 5 ГВт на рік. У цілому ряді промислово розвинутих країн (ЄС, США, Австралія) останнім часом прийняті концептуальні документи щодо розвитку галузі з посиленим акцентом на малу розподілену енергетику. (Директива ЄС 2004/8/ЕС від 11.02.2004 «про розвиток когенерації на основі корисного тепла на внутрішньому енергетичному ринку», США (Каліфорнія) – План Розвитку Розподіленої генерації; Програма з реформування енергетики Австралії)

Світові лідери телекомунікаційного обладнання, зокрема така відома компанія як CISCO активно розвивають рішення для створення структур мереж з розподіленою генерацією. Для компанії очевидно, що найближчим часом північноамериканський ринок пройде точку відліку, після якої почнеться масове поширення мереж з розподіленою генерацією. Європейські країни вже пройшли таку точку (вже сьогодні частка ВДЕ в деяких країнах-членах перевищує 50%). Розподілені джерела енергії скорочують необхідні витрати на побудову нових генеруючих потужностей та на передавальні мережі, тому очікується розширення застосування інтегрованих мереж з розподіленою генерацією вже у близькому майбутньому. Нинішній досвід поширення розподіленої генерації цікавий не тільки з точки зору трансформації енергетики, але і в плані розуміння підходів до організації індустріально-технологічного розвитку. У сучасному затовареному світі розвинені країни планомірно створюють нові точки зростання. Вони розширюють економічне поле, забезпечують зростання багатства і зайнятості. Незважаючи на бум нафто- і газовидобутку в США, тільки в сонячній енергетиці в 2015 р було створено більше робочих місць, ніж у всій нафтогазовій підгалузі США, включаючи її трубопровідний сектор. Технології ВДЕ перетворилися у велику статтю експорту товарів і послуг. Китайський бізнес будує вітряні електростанції в Мексиці, американський — сонячні в Індії.

Найбільші обсяги фінансових вкладень в інтелектуальні мережі були здійснені в Китаї, а саме в 2009 – 2013 роках за різноманітними оцінками спеціалістів інвестовано: Китай – 70 млрд.дол. , США – 19 млрд. дол. , Індія – 10 млрд. дол. США , Європейське Співтовариство – 7 млрд. дол.

Філософи споглядання вчать дослухатися до тихого голосу і вдивлятися в майже непомітне… Україна, як і все людство, на порозі змін. Сьогодні ринок ВДЕ в Україні знаходиться в стані переродження. Серед іншого намітився перехід від будівництва великих промислових електростанцій на ВДЕ до більш дрібних проектів. Це відбувається внаслідок реформ в області державного регулювання галузі, а також завдяки таким чисто ринковим факторам, як безперервне вдосконалення технологій, яке тягне за собою зниження цін і, як наслідок, розширення рамок економічної доцільності впровадження різних проектів.

В Україні з’явилось перше село, яке функціонує на енергії вітру та енергії землі. Прогресивні жителі Северинівки створюють проекти та виграють міжнародні та українські гранти.

Северинівка, що у Жмеринському районі Вінничини, — перше в Україні енергоефективне, енергонезалежне село. Полігон для використання альтернативних та відновних джерел енергії. Тут перепробували чи не всі доступні види чистої енергетики: від біопалива до енергії вітру, сонця та земних надр,

«Це пілотний проект. Тобто проект, який має надихнути, повести, показати і дати можливість можновладцям зрозуміти, що сюди треба вкладати», — каже консультант з питань теплопостачання Інституту місцевого розвитку Анатолій Колієнко.

Експерти кажуть: зробити в усіх селах України так, як зробили в Северинівці, можливо. Замінити чверть або й третину обсягу газу біопаливом — реально. Потрібна державна підтримка та зміни в менталітеті.

У селі Ордівка Харківської області почали будівництво етно-хутору «Слобожанське село», який прийматиме туристів та матиме вигляд старовинного українського села. Хутір буде енергонезалежним, працюватиме автономно, (власна електрика, тепло, вода, система життєзабезпечення), також буде не дотаційним, але і фінансово незалежним.

Сьогоденні українські реалії дарують нам нові явища, які зовні слабкі, але мають потенційну потужність і, як наслідок, створюють умови побудови інноваційної моделі енергетичної системи у відповідності до світового тренду розподіленої генерації та smart grid і в Україні. В країні потрібно не продовжувати експлуатацію «на знос» застарілих технологій генерування електроенергії з викопного палива поблизу його джерел і затратного транспортування, а докласти зусиль в напрямку все ж таки «подумати», і навчити бути «розумними» самі елементи системи – мережі, генератори ВДЕ, обладнання споживачів, навчити на локальному рівні забезпечувати технологічно і економічно оптимальний баланс виробництва і споживання електричної енергії, виробленої з екологічно чистих джерел.

За матеріалами: gazeta.ua