Утром 8 мая электроэнергию из сетей в Германии предлагали «даром»

8 мая, в воскресенье, Германия побила новый рекорд в генерации энергии из возобновляемых источников. Благодаря солнечной и одновременно ветреной погоде совокупное производство энергии солнечными, ветро, гидро и биоэнергостанциями составило около 55 ГВт. Всего же в стране в этот день было потреблено 63 ГВт энергии. Таким образом, доля возобновляемых источников составила около 87%. На несколько часов цены ушли в минус, что означает выплаты потребителям энергии.

В последнее время такая ситуация уже не является чем-то уникальным. По всей Европе подобные всплески производства энергии случаются все чаще. Если с 2010 по 2014 года цены уходили в минус всего несколько раз, то в прошлом году это случалось десятки раз. Проблема в том, что цены на рынке энергии в Европе формируются по типу аукциона. Производители запрашивают свою цену, а покупатели, что логично, предлагают собственные варианты. И если энергии слишком много, оптовые поставщики энергии начинают демпинговать, причем цены иногда уходят в минус, как это и случилось сейчас.

При этом производители «зеленой» энергии оказываются в плюсе даже при минусовых ценах — здесь следует учитывать субсидии на производство чистой энергии. Проблема еще в том, что, зачастую, излишки энергии девать просто некуда — «экспортные» линии могут оказаться слишком «узкими», а отправлять энергию куда-то нужно. Поэтому производители энергии рады избавиться от излишков даже с учетом доплаты.


Изображение: AGORA ENERGIEWENDE

Интересно, что в прошлом году доля возобновляемой энергии в Германии составила около 33%. В этом году, с введением новых ветроэлектростанций, доля «альтернативщиков» на энергетическом рынке увеличилась. К 2050 году Германия планирует довести долю энергии из возобновляемых источников до 100%. А той же Дании ветроэнергостанции поставляют в некоторых случаях уже больше энергии, чем потребляет вся страна. Поэтому излишки экспортируются в ту же Германию, Норвегию и Швецию. Коста-Рика также получает 99% энергии из возобновляемых источников.

Случившееся в воскресенье — это не только повод для радости. Есть и отрицательные моменты. К примеру, современная энергетическая инфраструктура многих стран слишком инертна, чтобы адекватно реагировать на скачки и падения в генерации энергии. И если газовые энергостанции можно быстро «потушить», то с АЭС и угольными энергостанциями так не поступишь.

Эта проблема более серьезна, чем кажется, поскольку быстро энергосистему страны не изменишь. Возможно, в будущем начнут развиваться аккумулирующие «подстанции», которые смогут сглаживать такие моменты, но пока эта сфера не слишком развита.

Потребляемый газ в Германии используется в основном НЕ для выработки электроэнергии, а для других целей: отопление, промышленность (как энергоноситель сжигаемый напрямую ради тепловой энергии и как сырье для химической промышленности), бытовые нужды, транспорт. На 2014 год газом производилось 10% электроэнергии Германии, и на это ушло всего 12 % всего газа. 41% — промышленность, 29% — домохозяйства, 14% — торговля, различные службы, 2% — подогрев воды и 0,3% — транспорт.

Доля газа в выработке электроэнергии за предыдущий месяц например всего около 5% — используется только как резервный и маневровый источник, когда нужно быстро закрыть провал генерации другими станциями (в случае крупной аварии или нестабильной выработки ВИЭ при быстро меняющейся погоде).

Ну 87% это естественно пик, о чем уже сказали. Средний за несколько месяцев показатель доли возобновляемой энергии чуть меньше 40% сейчас(37% по итогам апреля), к лету наверно чуть за 40% выйдет по мере роста генерации солнечной энергии.

Чем больше растет доля ВИЭ в балансе, тем меньше становится выработка на газовых станциях и потребление газа на них. Возможно когда эта доля перевалит за 50-70%, то придется снова немного нарастить, а может и другими мерами обойдутся.

Пока им удается решать в основном за счет распределенной сети (в одной части страны ветер и ветряки избыток энергию дают, а в другой в это время штиль — перебрасываем энергию в эту сторону, потом в другой солнце шпарит, а в соседней земле тучками небо затянуло и выработка солнечных резко упала — перекидываем на это направление из солнечных районов) и экспорта-импорта энергии в соседний страны. Пока на данном этапе развивать сети подобным образом выходит дешевле/выгоднее чем строить аккумулирующие или маневровые мощности.

Предполагаемых пиков в 300%-500%-1000% не будет. Набранная статистика по большим (масштаба страны) и комбинированным (хотя бы 2 разных источника: ветер+солнце например или еще лучше солнце+гидро) системам ВИЭ показывает что самые сильные максимумы в районе 2-2.5 кратной выработки относительно среднего уровня случаются. Для текущей доли ВИЭ приближающейся к 40% это дает иногда короткие всплески до 80-100% (как раз как описанный в новости случай — поставлен рекорд по выработке ВИЭ составивший 87% от уровня потребления, при средней их доле в 38%). То при 100% доле ВИЭ самые пики (несколько раз в год и обычно не больше нескольких часов за раз) будут на уровне 200-250%.
Правда при этом уровни в районе 150% потребления будут случаться уже довольно часто и при этом на более длительные промежутки времени. И будет очень интересно, что они будут с ней делать, особенно когда и в соседних странах сильно нарастят долю ВИЭ и много энергии на экспорт будет нереально отправить, т.к. у соседей в это время тоже скорее всего будет пик выработки.

В качестве подготовки к подобному положению пока прорабатывают 2 основных направления: 1 — аккумуляция (например Германия строит мощные HVDC линии в Норвегию, где излишки энергии можно запасать на гидроэлектростанциях, благо природные условия там для этого отличные в отличии от Германии). 2 — циклические энергоемкие производства, в которых главная статья расходов — электроэнергия. Типа производства водорода из воды или синтетического жидкого топлива из воды и углекислого газа.

За Германией интересно следить, т.к. среди крупных экономически и промышленно развитых стран они идут впереди всех по доле ВИЭ (и при этом удобных гидростанций в этой доле мало, что серьезно усложняет задачу) и первыми будут собирать все шишки и обкатывая на практике теоретические модели и стратегии.

Если отдельно за солнце и ветер говорить, то даже сильнее чем в 2-2,5 раза провалы случаются кратковременные. Но кроме этих 2х источников полностью зависящих от переменчивой погоды, на которые человек повлиять не может у них в балансе ВИЭ есть еще приличная доля биотоплива(в данном случае речь не о жидком заливаемом в машины типа спирта или биодизеля, а о биогазе и твердой биомассе сжигаемой для производства электроэнергии) и ГЭС, которые вполне подконтрольны человеку и неплохо управляются по запросу. Сейчас у них такой микс по ВИЭ:
11,5% ГЭС, 25% биотопливо, 49% ветер, 14,5% солнце.
Это усредненные уровни по выработке за несколько месяцев.

При падении выработки солнцем+ветром скажем в 5 раз (причем от среднего, а не от максимумов), ГЭС и биотопливо вполне можно на этот период "разогнать" раза в 2 от усредненного уровня (т.к. в отличии от погоды они управляются и имеют собственные запасы топлива/воды независящие от погоды). И получим (11.5+25)*2+(49+14.5)/5 = 85.7 % выработки в момент сильного провала. За счет аккумуляции и/или импорта энергии нужно будет покрыть только 15% мощности.
Правда вряд ли такая структура сохранится, доля ветра и особенно солнца будет расти быстрее, так что сглаживать будет сложнее.

Ну и еще подход помимо аккумуляции и экспорта/импорта который сейчас активно изучают это синтез всякого энергоемкого — в случае если он получит распространение, то он помогает не только с максимумами выработки бороться, но и с провалами тоже. Просто будет создаваться энергосистема в расчете со средней выработкой не на 100% среднего потребления, а больше до 130-150%. Все "лишнее", будет идти на производство водорода/метана/жидкого топлива. Причем не с целью его потом перерабатывать обратно в электричество (неэффективно, хотя и возможно), а использовать напрямую: заправлять водородные авто водородом, жидким топливом обычные ДВС, метан закачивать в газопроводы и использовать в промышленности, котельных и запасать в хранилищах на зиму, как сейчас делают с импортным метаном. А по мере снижения выработки их отключать/снижать производство.

В принципе в эту строну они уже сейчас идут. Германия последние годы уже производит электроэнергии в среднем больше чем ее потребляет. Пока все излишки уходят на экспорт (они нетто-экспортер энергии). Но когда(если) соседние страны тоже доведут долю ВИЭ до высокого уровня, нужно будет обеспечить полезное применение избытков энергии преимущественно внутри страны.