Переключение на ходу

Интеграция систем энергоснабжения поможет ускорить энергопереход в Германии
03.04.2020
Энерговектор

Предлагаем вниманию читателей интервью Карстена Агерта - директора Института сетевых энергетических систем Германского аэрокосмического центра (Deutsches Zentrum für Luft und Raumfahrt - DLR). Наш собеседник рассказывает о новой фазе немецкой программы энергетического перехода Energiewende.

 

Карстен Агерт

— Господин Агерт, в 2019 году доля возобновляемой энергии в электроснабжении Германии превысила 40%. Можно ли говорить о том, что программа энергетического перехода реализуется успешно?

— Это несомненно очень радостный факт, но мы должны смотреть на картину в целом. Промышленно развитые страны поставили себе целью к 2050 году сократить выбросы углекислого газа на величину от 80 до 95% по сравнению с уровнем базового, 1990-го. Объём работы, которую нужно будет проделать до 2050-го, сопоставим с масштабами индустриализации XIX века.

В сетевой лаборатории DLR (Ольденбург) учёные моделируют
и наблюдают межрегиональные энергетические перетоки

— Получается, энергетический переход идёт слишком медленно?

— На мой взгляд, до сих пор он был чрезмерно ограничен. Начиная с 1998 года, когда в Германии приняли закон о возобновляемых источниках энергии, мы более двадцати лет занимались строительством ветровых и солнечных электростанций. То есть, образно говоря, собрали фрукты с самых нижних, легкодоступных ветвей.

Транспортный сектор мы упустили, отчего доля возобновляемой энергии в топливе равна всего лишь шести процентам. В теплоснабжении похожая ситуация. Можно сказать, что энергопереход идёт, но мы всё ещё находимся в самом его начале. Причём продвигаться дальше становится всё труднее.

— Но вы убеждены, что исследователи из DLR покажут, как можно построить стабильную, безопасную и экономически эффективную энергосистему?

— Совершенно верно. Доля солнечной и ветровой генерации в секторе электроснабжения дошла до той точки, когда дальнейшее внедрение ВИЭ уже не даёт прежнего эффекта. Однако если мы внимательно посмотрим на транспорт и теплоснабжение, структура которых весьма сложна, то обнаружим привлекательные варианты кросс-отраслевых решений. Как исследователи мы должны выяснить, где в энергосистеме можно применить гибкий подход, чтобы лучше приспособиться к новой реальности, когда графики производства и потребления энергии не всегда согласуются друг с другом.

Потенциал энергонакопителей и гибких технологических решений можно реализовать только в межсекторной интеграции. Для нас этот термин означает такое сочетание систем электроснабжения, теплоснабжения и транспорта, при котором все три сектора, образуя крупную интегрированную энергосистему, могут расти вместе.

— Что особенного в интерфейсах между частями энергетического комплекса?

— Интеграция разных подотраслей - это тот водораздел, после которого трансформация системы электроснабжения превращается в настоящий энергопереход. Например, сегодня теплоснабжение в Германии главным образом основано на природном газе и, в некоторых случаях, на мазуте. Но если вспомнить, каких климатических целей стране нужно достичь к 2050 году, то станет абсолютно ясно, что мы не можем производить тепло, сжигая ископаемый метан или мазут. То же самое с транспортом. Чтобы к намеченному сроку выбросы углекислоты сократились на 80-95% относительно базового уровня, автомобили должны быть переведены с бензина и дизеля на неископаемые виды топлива. Поскольку срок жизни автомобиля - 15 лет, уже с 2035 года для германского рынка не должны производиться машины, работающие на газе и нефтепродуктах.

Накопитель тепла в лаборатории когенерации

В Евросоюзе в последнее время обсуждается вопрос, на какую величину можно к 2030 году сократить углеродные выбросы от новых автомобилей - на 30, 35 или 40%. Однако всего пятью годами позже выбросы нужно будет полностью исключить. Другими словами, если мы действительно хотим выполнить цели государственной климатической политики, необходимо полностью, причём очень быстро перевести теплоснабжение и транспорт на возобновляемые источники энергии. А поскольку такие источники очень нестабильны, потребуется система, позволяющая эту энергию гибко перераспределять. Нужна межсекторная интеграция, которая заодно обеспечит эффективный доступ к ёмким энергохранилищам.

— Как работает межсекторная интеграция?

— Когда в электрические сети поступает чрезмерное количество энергии от возобновляемых источников (скажем, при сильном ветре), конечно же можно снизить объёмы генерации, но лучше запасать избыточную энергию. Не забывайте, что тепло сохранять проще, чем электричество. Так что имеет смысл систему электрического нагрева объединить с тепловым хранилищем, чтобы можно было вырабатывать тепло не только тогда, когда оно нужно для отопления или в производственных целях. Следовательно, тепловые накопители придают системе гибкость.

Лабораторный стенд для исследования возможности
сглаживать флуктуации напряжения в электросети
с помощью электромобильных аккумуляторов

Однако межсекторная интеграция эффективна и в других направлениях. Возьмём для примера транспорт, который работает на водороде. Мы можем производить водород в те моменты, когда электричество в избытке. В этом случае запасается химическая энергия. Водород будет доступен не только для заправки автомобилей, но и для обратного преобразования в электроэнергию в моменты её дефицита в сети. Таким образом, наша задача - соединить транспорт и электроэнергетику двунаправленными связями. Энергетические и транспортные научно-исследовательские институты DLR совместно работают над этими непростыми задачами.

— Ваши примеры основаны на водороде. Неужели вы верите, что этот газ определит облик будущего топливно-энергетического комплекса наряду с электричеством?

— Было бы неплохо выбрать универсальное химическое соединение, которое удобно использовать и в качестве топлива, и для накопления энергии. С моей точки зрения неправильно на транспорте задействовать водород, в теплоснабжении - синтез-газ, а для пиковой электрогенерации - что-то ещё. В таком случае нам понадобятся три специализированные системы транспортировки топлива. Лично я считаю, что «общим знаменателем» должен стать водород.

— Давайте представим, что единый источник химической энергии выбран и построено достаточное количество энергообъектов, поставляющих возобновляемую энергию. Может ли это означать, что учёные института сделали своё дело?

— Когда новые технологии будут созданы и системы построены, работа для наших специалистов только начнётся. Потому что объединённые энергетические системы будут функционировать совсем иначе, чем те, к которым мы привыкли. Проблемы децентрализации, нестабильной генерации и цифровизации на системном уровне займут учёных на десятилетия энергоперехода.

Институт сетевых энергетических систем разрабатывает технологии для межсекторной передачи энергии, готовясь принять непростой вызов. Мы должны удостовериться в том, что эти технологии будут созданы своевременно, окажутся надёжными и дружественными по отношению к пользователю. Кроме того, мы включаем их в системный анализ как часть нашей всеобъемлющей стратегии, которая учитывает технические, социальные, экологические и экономические аспекты энергетики.

Компьютерное моделирование электрических сетей

При создании будущих энергосистем нам понадобятся технологические установки, такие как солнечные электростанции, накопители и газовые турбины, которые разрабатываются в других институтах DLR. И дальнейший курс энергоперехода во многом будет зависеть от того, сможем ли мы фундаментально перестроить нашу энергетику, используя высококлассные отдельные технологии и общие системные решения.

— Исследователи смотрят на трансформацию энергосистемы с разных точек зрения, начиная с энергоменеджмента и системных услуг и заканчивая рекомендациями для правительства и энергетических компаний. Почему перевод топливно-энергетического комплекса на возобновляемые источники энергии вылился в такие большие проблемы?

— Технические требования, предъявляемые к создаваемой энергосистеме, очень сложны. Приведу один пример. Даже в те дни, когда солнечная и ветровая генерация примерно обеспечивает текущие потребности (то есть не должно возникать проблем с накопителями), нужно добиваться стабильных параметров электроэнергии в сети. Сегодня мы пользуемся инерцией вращения больших массивных роторов в турбинах и генераторах. После перехода на солнечную и ветровую энергию в нашем распоряжении в основном останется силовая электроника, которая не обладает свойствами инерции. Мы столкнёмся с целым рядом проблем, особенно для кратковременного регулирования частоты и напряжения. Кроме того, в наших руках окажется абсолютно децентрализованная энергосистема. Контролем десятка мощных электростанций здесь не обойдёшься - нужно будет научиться управлять сотнями и тысячами небольших энергоустановок.

— Давайте обратимся к актуальной задаче - соединению юга Германии и севера, где находятся ветропарки, магистральными линиями электропередачи. В какой степени можно стабилизировать энергосистему за счёт развития региональных и даже общеевропейских сетей?

— Мы привыкли к тому, что необходимое условие для надёжного и доступного энергоснабжения - это хорошие магистральные и межрегиональные распределительные сети. В будущем их значение только усилится. Региональные части децентрализованной энергосистемы, основанной на ВИЭ, не будут обладать гибкостью, достаточной для автономного управления энергией.

— Перед топливно-энергетическим комплексом Германии стоит настолько серьёзный вызов, что кабинету министров нужен «катализатор» вроде Греты Тунберг. Должно ли правительство ужесточить требования к бизнесу для ускорения энергоперехода?

— Как я уже отметил, в электроэнергетике переход замедлился, причём расширение возобновляемой генерации не дало желательного эффекта в терминах сокращения выбросов. Тем не менее работа продолжается. К сожалению, в авиации и теплоснабжении, а также на автотранспорте энергопереход только начинается.

По моему мнению, намерение правительства отказываться от ископаемого топлива даёт ему возможность ввести на территории Германии эффективный налог на выбросы углекислого газа, который действительно будет стимулировать развитие межсекторной интеграции в правильном направлении. Молодое поколение буквально каждую неделю напоминает нам о том, что действовать нужно уже сейчас.

— Спасибо за интересную беседу.

Источник: DLR Magazine

Читайте другие наши материалы