Как ФРГ достичь 65% доли ВИЭ в производстве электроэнергии к 2030 году?

В соответствии с коалиционным соглашением, заключённым политиками Германии в марте текущего года, стороны сформулировали цель: 65% потребления электроэнергии к 2030 году должно покрываться возобновляемыми источниками энергии.

К концу 2018 года доля ВИЭ составит примерно 40% — таково текущее развитие.

ВИЭ в Германии представлены ветровой, солнечной, био- и гидроэнергетикой. Ветроэнергетика играет ключевую роль, она же, наряду с фотоэлектрической солнечной энергетикой, обеспечит будущий рост, поскольку гидроэнергетический потенциал невелик и практически исчерпан, а биоэнергетика также не имеет существенного простора для роста.

Увеличение доли вариабельной генерации в такой крупной энергетике как немецкая (входит в первую мировую десятку по объёму выработки), неминуемо порождает вопрос: каким образом управлять энергосистемой с такой структурой?

Немецкий аналитический центр Agora Energiewende выпустил доклад «Электрические сети для 65-процентной доли ВИЭ к 2030 году» (Stromnetze für 65 Prozent Erneuerbare bis 2030), в котором сформулировано 12 программных пунктов, раскрывающих, что нужно сделать для достижения рассматриваемой цели, и так, чтобы система работала надежно.

В ФРГ не прогнозируется рост потребления электроэнергии, и к 2030 году оно останется на примерно нынешнем уровне 600 ТВт*ч в год, из которых ВИЭ должны будут вырабатывать около 400 ТВт*ч.

Как мы видим на вариабельную часть (солнце и ветер) будет приходиться 57% производимой электроэнергии.

По расчетам исследователей, прирост мощностей ВИЭ по годам должен происходить следующим образом.

Как мы видим, фактически речь идёт о ежегодной прибавке солнечной энергетики на 5 ГВт, материковой ветроэнергетики — на 4 ГВт, а также небольшом росте офшорной ветроэнергетики.

Данные цифры в общем-то не являются исторически максимальными величинами, планы являются осуществимыми. В то же время потребуются дополнительные усилия для увеличения темпов роста в солнечной энергетике по сравнению с текущими уровнями.

Установленная мощность возобновляемой энергетики при этом должна развиваться по следующему сценарию:

В связи с ростом доли в системе вариабельной выработки солнечных и ветровых электростанций, в Германии существенно возросли расходы на управление энергетическим хозяйством. Речь идёт как о вынужденных потерях электроэнергии (искусственном ограничении выработки), так и о возрастании числа корректировок запланированных действий оператора (redispatch).

Какие мероприятия необходимо провести, чтобы энергосистема могла эффективно, оптимально, с минимальными потерями работать с большими потоками переменчивой генерации?

Авторы, как сказано выше, предлагают 12 мер, которые направлены, в первую очередь, на модернизацию сетевого хозяйства, оптимизацию использования сетей. При этом речь идёт, главным образом, о технологиях, которые доступны уже сегодня.

Начинают эксперты с простых мер, которые могут быть реализованы в краткосрочной перспективе. Например, комплексный мониторинг температуры высоковольтных кабелей, и замена, там, где требуется, линий на высокотемпературные, что снизит сетевые потери.

Предлагается улучшить координацию при взаимодействии магистральных и распределительных электрических сетей.

Более оптимальное распределение электроэнергии в сети может быть достигнуто путем внедрения технологии активного управления на подстанциях, которая может использоваться для перенаправления потоков энергии из сильно загруженных в менее нагруженные части сети.

Потребуется внедрить технологии «электроэнергия-тепло» (power-to-heat) для преобразования «избыточной» возобновляемой электроэнергии, то есть той, которая не может быть потреблена в момент выработки, в энергию тепловую (принцип: «использовать произведённое электричество, а не ограничивать выработку»). Для этого необходимо сформировать соответствующую нормативную базу.

Для снижения числа корректировок запланированных действий (redispatch) помимо power-to-heat потребуются другие инструменты, повышающие маневренность системы. Речь идёт о сетевых батарейных накопителях энергии (главным образом для юга ФРГ) и газовых турбинах.

Авторы предлагают законодательно закрепить региональные квоты на развитие ВИЭ для того, чтобы мощности солнечной и ветровой энергетики были более равномерно распределены по территории страны. Это, среди прочего, снизит потребности в новых магистральных сетях.

К 2030 году нынешнее «ручное» управление сетевым хозяйством будет заменено на полностью автоматизированное, руководящее системой в режиме реального времени.

Полный перечень мер (на английском языке) представлен на следующем рисунке.

Таким образом, для функционирования энергосистемы с большой долей ВИЭ не требуются чудеса, применение каких-то новых, несуществующих сегодня, достижений технической мысли или ускоренное распространение технологий хранения энергии. Речь идёт о «скучных», рутинных мероприятиях по модернизации энергетического хозяйства и соответствующей нормативной базы.