Тонкощі енергетичного переходу: як «приборкати» альтернативні потужності
…та врівноважити ВДЕ і викопне паливо в одній енергосистемі
Фінансові та технічні труднощі української електроенергетики, пов’язані з бурхливим розвитком відновлювальних джерел енергії (ВДЕ), активно обговорюються вже не перший місяць поспіль. Але пропозиції щодо вирішення цих питань в основному зводяться до обмежень – будівництва ВДЕ, виплат за «зеленим» тарифом, диспетчерських лімітів тощо. Тобто до консервації поточного стану, а краще – до часткового повернення в минуле.
Попри те що на тлі пандемії коронавірусу ці дебати трохи вщухли, первинна гострота проблеми нікуди не поділася. І багатьом державам, зокрема й Україні, вже невдовзі доведеться повертатися до порядку денного, пов’язаного з взаємодією традиційних та альтернативних джерел енергії. Про те, якими є перспективи, та на які сценарії можна орієнтуватися, спеціально для Mind розповів Ігор Петрик, директор з розвитку ринків компанії Wärtsilä Energy у Східній Європі.
Як і чим врівноважити «альтернативні» потужності?
Проблеми надмірної потужності та фінансового навантаження від ВДЕ парадоксальним чином можуть вирішуватися новими, додатковими інвестиціями в нові потужності. І цьому є достатньо прикладів. Один з найсвіжіших – Італія.
До 2030 року Італія доведе потужність вітрових станцій до 18 ГВт, а сонячних – до 51 ГВт (для порівняння: в Україні зараз сумарно менше 7 ГВт), відповідно подвоївши та потроївши їхню генерацію. Але вже сьогодні наявні в енергосистемі країни теплові станції вимушено балансують щодня в діапазоні між 5 та 15 ГВт, а з нарощуванням частки ВДЕ взагалі будуть не в змозі витримати необхідну циклічність.
Минулого року уряд Італії виробив і узгодив з Єврокомісією рішення, яке передбачає будівництво нової маневреної газової потужності приватними інвесторами за підтримки держави. Перший конкурс відбувся восени, і переможці вже працюють над реалізацією проєктів з будівництва газопоршневих станцій швидкого резерву.
Моделювання італійської енергосистеми довело, що додаткова гнучкість дозволить досягти цілей з розвитку ВДЕ та заощадить країні 400 млн євро щорічно, одночасно зі скороченням викидів в атмосферу.
Ситуація в Україні подібна до італійської в тому, що балансування ВДЕ відбувається за допомогою ТЕС, які не пристосовані до роботи в маневрених режимах. Тож ця проблема назріває і потребує вирішення.
Чи варто повністю відмовлятися від фінансування викопної енергетики?
Нещодавно Європейський інвестиційний банк (European Investment Bank, EIB) повідомив, що після 2021 року припинить фінансувати енергетичні проєкти на викопному паливі. Це рішення палко підтримали екоактивісти по всьому світу. Однак існує ризик, що втілення такої політики може ненавмисне зашкодити економіці і, як не дивно, довкіллю.
Перш за все тому, що проєкти не існують в ізоляції, і їх потрібно розглядати в умовах наявної енергосистеми. Тоді як розвинені країни на шляху енергетичного переходу заміщують традиційні потужності чистішими технологіями, країни, що розвиваються, намагаються лише задовольнити щораз більші базові потреби в електроенергії.
Відсутність підтримки з боку міжнародних банків розвитку штовхає їх в обійми інших «благодійників». Приміром, коли Єгипет визначив, що країні потрібна додаткова потужність, він звернувся до Китаю, щоб побудувати вугільну станцію.
Намір EIB, безсумнівно, хороший. Рух до 100% відновлюваної енергетики є неминучим. Занепокоєння викликають можливі наслідки політики ЕІВ для різних енергосистем. Адже це впливова кредитна установа ЄС і одна з найбільших міжнародних кредитно-фінансових організацій у світі. Також активно працює в Україні і тільки цього року розглядає 10 проєктів для фінансування, один з яких – в енергетичній сфері.
Нинішнім рішенням ЕІВ намагається надіслати чіткий сигнал інвесторам і пропонує прості критерії, щоб визначити, які проєкти є «зеленими», а які – ні. Але реальний світ так не працює. Різні країни мають різні потреби та різні цілі для своїх енергосистем, а також різні фінансові можливості.
Якщо ЕІВ відмовиться фінансувати проєкти газової генерації, інвестори країн ЄС все ж знайдуть альтернативні джерела фінансування. А країни, що розвиваються та залежать від іноземного фінансування, замість чистішої газової потужності збудують вугільну станцію з фінансуванням і замовленням в Азії.
Інші банки розвитку також змінюють підхід до сталого фінансування. Але при цьому вони зазвичай більш зважено підходять до аналізу різних проєктів. Замість повної заборони «за однією ознакою» ці установи класифікують проєкти за їхніми намірами і здатністю адаптуватися до зміни клімату чи зменшувати вплив на неї.
З таким підходом, наприклад, Світовий банк поставив за мету спрямовувати 28% фінансування на ініціативи, які мають екологічні переваги. А Африканський банк розвитку (African Development Bank) націлений на 40%.
Якими є ризики перегинів?
Ще один потенційний негативний наслідок фінансування банками розвитку лише проєктів з відновлюваної енергії – це зростання невідповідності попиту і пропозиції. Коли частка відновлюваної енергії в балансі країни перевищує 20%, виникають ризики для стійкості енергосистеми. Поки що такі проблеми були переважно в ізольованих та відносно невеликих енергосистемах, які через ці причини припиняли розвиток ВДЕ, як наприклад, гавайський острів Молокаї.
Проте така ситуація може з’явитися будь-де, якщо зростання частки ВДЕ не супроводжується модернізацією решти енергосистеми. Загальне правило таке: велика потужність ВДЕ потребує модернізації системи передачі, будівництва накопичувачів та маневреної генерації.
Наприклад, поточні очікування від батарейних систем в Україні є перебільшеними. Без маневреної генерації не обійтися. Вона має свою важливу роль у балансуванні і резервуванні зараз, і ця роль збережеться навіть у 100% відновлюваному майбутньому.
На сьогодні найпотужнішим і найефективнішим інструментом інтеграції великих обсягів ВДЕ в енергосистему є якраз газопоршневі станції швидкого пуску, що працюють на природному газі. Саме тому газ називають паливом енергетичного переходу.
Наше моделювання показало, що гіпотетична енергосистема в кліматичних умовах Німеччини (а отже, близьких до українських), яка складалася б лише з вітрових і сонячних станцій, повинна мати потужність ВДЕ у дев’ять разів більшу, ніж пікове споживання. А ще до цього потрібно було б додати батареї, які б забезпечили піковий попит всієї країни протягом 26 годин.
Зрозуміло, що вартість такої системи є неприйнятно високою. Використання ж маневреного газу скорочує загальну встановлену потужність генерації в енергосистемі в рази і так само в рази зменшує вартість електроенергії, майже не впливаючи на обсяг викидів через резервний характер застосування.
На що орієнтуватися Україні?
В Україні потреба в маневрених потужностях сьогодні широко усвідомлена. Нещодавно НКРЕКП затвердила звіт «Укренерго» з оцінки відповідності і достатності генеруючих потужностей, офіційно підтвердивши, що ОЕС України потребує 2 ГВт газових станцій швидкого пуску.
Компанія Wärtsilä передбачила такий сценарій ще на початку 2018 року, коли здійснила перше, короткострокове, моделювання енергосистеми України. Тоді математична модель визначила, що при 7,5 ГВт ВДЕ в енергосистемі необхідно мати 2 ГВт гнучких потужностей, а найоптимальнішим джерелом гнучкості є газопоршневі двигуни (інші рішення дорожчі чи менш ефективні). У цьому сценарії економія експлуатаційних витрат (переважно завдяки скороченню споживання вугілля) складає 300 млн євро щороку, а зниження викидів СО2 – 7 млн тонн на рік.
У контексті подальшого руху до 100% відновлюваної енергетики постає питання: якою, зрештою, має бути енергосистема майбутнього. Наш другий етап моделювання, виконаний вже цього року, розглянув сценарії розвитку енергосистеми України до 2050 року.
Висновок цього аналітичного дослідження такий: якщо рішення людей щодо розвитку енергосистеми ухвалюватимуться за такими ж принципами, як і рекомендації комп’ютера, то оптимальна (тобто найдешевша, але надійна) система до 2050 року буде на 83% вуглецево-нейтральною завдяки енергії вітру і сонця, а коливання виробництва ВДЕ компенсуватимуться накопичувачами енергії та газовою генерацією. Для остаточного переходу до 100% ВДЕ природний газ буде замінено біогазом та синтетичним газом.
Ми робили моделювання більш як 100 енергосистем у світі. Висновки українського дослідження є універсальними. Системи накопичення енергії ще проходять етап розвитку технологій та здешевшання, і пік їх масового використання ще попереду. Маневрена газопоршнева технологія генерації вже є комерційно здатною сьогодні та залишиться в енергосистемах на довгі десятиліття.
Цікаво, що EIB також визнає потребу та переваги підвищеної гнучкості та роль газової генерації для підтримки розвитку ВДЕ. Оголошена відмова від фінансування проєктів на викопному паливі має деякі «але». Для класифікації проєкту як «зеленого» заявник може продемонструвати відповідність вимогам щодо викидів в середньому впродовж усього життєвого циклу обладнання, а не лише зараз.
Активні дослідження у сфері технологій Power-to-Gas (тобто технологій виробництва вуглецево-нейтральних паливних газів за допомогою надлишкової енергії ВДЕ) підтверджують, що перехід з викопного на відновлюваний газ почнеться раніше, ніж ми очікували. А, отже, нові інвестиції в маневрені газопоршневі станції є екологічно відповідальними та надійними на тривалому горизонті.
Оцінка «Укренерго» щодо необхідності такої потужності для енергосистеми та схвалення такої оцінки регулятором виходять з технологічних міркувань стійкості та надійності енергопостачання. Ми також бачимо, що потреба є довгостроковою, і це надає можливість інвестувати в привабливу бізнес-модель. Тепер справа за урядом, щоб створити саме таку бізнес-модель, яка зацікавить приватних інвесторів.
