Владимир Сидорович - Мировая энергетическая революция. Как возобновляемые источники энергии изменят наш мир

Корпорация Apple еще в 2013 г. провозгласила, что все ее центры и офисы будут на 100 % снабжаться чистой энергией. К тому же компания пытается обеспечивать работу на возобновляемой энергии всей цепочки создания стоимости вплоть до розничных торговых точек. Для уже действующих дата-центров используются разные конфигурации организации энергоснабжения. Например, в Мейдене (Северная Каролина) от 60 до 100 % используемой каждый день энергии производится компанией самостоятельно с помощью топливных элементов, работающих на биогазе, и двух 20-мегаваттных солнечных парков – крупнейших в стране частных, как заявляет компания, ВИЭ-электростанций. Недостающая энергия при необходимости приобретается на стороне «полностью из чистых источников». Наконец, в 2015 г. Apple объявила о приобретении за $850 млн солнечной электростанции у американского производителя солнечных модулей First Solar (постройка завершится в конце 2016 г.). Установленная мощность объекта – 130 МВт – позволит обеспечить электричеством все находящиеся в Калифорнии магазины и офисы Apple, штаб-квартиру и дата-центр.

Таким образом, в мире уже создано и обкатано значительное количество работающих моделей энергетических систем, в полном объеме обеспечивающих себя теплом и электроэнергией, вырабатываемыми на основе ВИЭ.

В связи с тем, что в ближайшем будущем энергия, производимая на основе возобновляемых источников, таких как солнце или ветер, станет дешевле энергии из ископаемого топлива не только сама по себе, но даже в комбинации с соответствующими системами хранения, а именно такой сценарий представляется сегодня достаточно очевидным, энергетические системы будут в значительной степени опираться на ВИЭ, что потребует новых подходов к их конфигурации. И происходящие на наших глазах изменения энергетического уклада приводят уже сейчас к серьезной трансформации существующих систем производства, передачи и учета энергии.

Сегодняшние энергосистемы опираются главным образом на ограниченный круг крупных производителей энергии – электростанций. По использованию установленной мощности они делятся на базовые, работающие почти непрерывно и призванные в любое время обеспечивать минимальное потребление, маневренные и пиковые электростанции, включающиеся в моменты наибольшего потребления. Электроэнергия передается от этих объектов, расположенных, как правило, на удалении от населенных пунктов, по линиям передачи (сетям) высокого напряжения, и, проходя через понижающие трансформаторы и низковольтные линии, попадает к конечному потребителю, который в такой системе является «пассивным» получателем энергии. Характеристикой такой генерации является программируемость выработки энергии (по объемам и срокам), возможность приостанавливать и возобновлять генерацию. А в случае мощностей, которые не обладают высокой маневренностью, таких как атомные электростанции, заранее планировать объем производства энергии.

Регулировать объем выработки электроэнергии солнечными или ветряными электростанциями практически невозможно. Да, на основе исторических данных и прогнозов погоды можно (с погрешностью) планировать выработку энергии, и в последние годы здесь достигнуты серьезные успехи. Тем не менее окончательно преодолеть неопределенность невозможно, и нестабильность производства энергии, присущая ВИЭ, в первую очередь солнечной и ветроэнергетике, в сочетании с повышением их доли в энергетическом балансе очевидно требует новых подходов к организации энергоснабжения. Кроме того, распределенное производство энергии, отличающееся от нынешней практики «централизованной» генерации электричества крупными электростанциями, само по себе создает запрос на иные, чем прежде, методы управления сетями.

Распределенное производство электроэнергии удобно и эффективно. Сам произвожу, сам потребляю и делюсь с соседями, а народное хозяйство в целом выигрывает от снижения потерь электроэнергии при транспортировке и отсутствия затрат на строительство протяженных линий электропередач.

В то же время эта радужная картина при ближайшем рассмотрении оказывается связанной с целым рядом потенциальных проблем. Представьте себе, что в недалеком будущем вырабатывать энергию станут большинство зданий – жилые, индивидуальные и многоквартирные, офисные, производственные, торговые. Для превращения здания в электростанцию существует множество решений, например по интеграции фотоэлектрических элементов в конструкции и оконные стекла и т. д. Таких строений уже сейчас много, но пока они относительно редки. Что же произойдет, когда все или почти все здания станут генераторами электричества? Люди, офисы, магазины, производства живут и работают по разным графикам, соответственно, различаются графики потребления энергии. Здания, разумеется, производят разные и плохо прогнозируемые объемы энергии, зависящие от расположения и площади генерирующих поверхностей. Произведенная энергия станет потребляться на месте, но временами ее не будет хватать, во многих случаях не хватать постоянно, поскольку, например, стены многоэтажного офисного здания или гостиницы вряд ли позволят выработать достаточно энергии для обеспечения всех пользователей. В то же время часто будут возникать локальные излишки произведенной энергии: например, в солнечные летние дни индивидуальный жилой дом с южным скатом кровли, покрытым фотоэлектрическими модулями, практически в любом месте на земле будет производить больше электричества, чем потребляет живущая в нем семья, даже если часть энергии будет складироваться на ночь. Добавьте сюда фактор погоды. В четверг у вас избыток электричества, а в пятницу – недостаток. В общем получается натуральный кошмар для «электриков». Именно поэтому сегодня высказываются опасения, что вся эта система распределенной генерации с большой долей ВИЭ «слетит с катушек».