Министерство Энергетики

July 26, 2017 - Nipton, CA- Heliostats hit one of three of the power towers at the Ivanpah Solar Project, owned by NRG Energy, Bright Source Energy,Bechtel and Google. Over 300,000 software-controlled mirrors track the sun in two dimensions and reflect the sunlight to boilers that sit atop three 459 foot tall power towers. When the concentrated sunlight strikes the boilers’ pipes, it heats the water to create superheated steam, providing electricity to 140,000 California homes. (Photo by DENNIS SCHROEDER / NREL)

Р. Стефан. Кто зажжёт этот мир в будущем? Энергетику ждет не революция, а эволюция

Роб Стефан – президент СИГРЭ

Если сегодня взглянуть на электроэнергетику в глобальном масштабе, то мы увидим, что отрасль меняется буквально на глазах. Еще недавно энергию поставляли преимущественно крупные станции, связанные с потребителями разветвленной системой электрических сетей. Теперь же в разных точках мира появляется все больше небольших генераторов, напрямую ориентированных на своих клиентов.

Снижается стоимость энергии из возобновляемых источников (ВИЭ), особенно солнечных электростанций, и, по моим прогнозам, к концу 2020 года необходимость в государственных субсидиях для этого направления во многих странах может полностью отпасть. Возникает новый вид потребителей-­производителей – просьюмеров, которые сами становятся частью генерирующих мощностей.
Все это оказывает существенное влияние на положение дел в «традиционной» энергетике. Во-первых, снижается ее выручка, поскольку генерация «мимо счетчика» сокращает объемы энергопотребления. Проблема так называемой «мертвой спирали» (utility «death spiral») широко известна и активно обсуждается. Некоторые энергокомпании диверсифицируют бизнес, чтобы найти новые источники дохода. Во-вторых, из-за постоянного изменения структуры нагрузок усложняется работа электрических сетей на всех уровнях напряжения и затрудняется планирование их развития. Наконец, появляются проблемы с обеспечением надежности и безопасности энергетических систем.

Идеальная картина будущего: производство энергии ветряными, солнечными и гидроэлектростанциями в одной части мира 24 часа в сутки. Правильно выстроенная сеть позволит передавать электричество к центрам нагрузки


Встает вопрос: если сформировавшиеся тенденции сохранятся (а есть все предпосылки к этому), то как будет устроена электрическая сеть уже в ближайшем будущем – через 10–15 лет? По-прежнему будет нужна гигантская инфраструктурная система или отрасль распадется на сотни и тысячи микрогридов – небольших по размеру сетей, никак не связанных друг с другом?
В теории возможны оба варианта. Но вернее всего, и к этому выводу приходит в том числе экспертное сообщество СИГРЭ, энергетику ждет не революция, а эволюция – компромиссная модель развития. Ведь даже если локальная генерация будет способна снабжать электричеством целые жилые районы и промышленные предприятия, дублирующие подключения к «большой» сети по-прежнему будут нужны в качестве поддерживающей системы.
На сегодня считаю невозможным построить достаточное количество ВИЭ‑станций возле крупных центров потребления, например, таких огромных мегаполисов как Лондон, Нью-­Йорк, Пекин или Москва. Кроме того, нужно гарантировать надежность электроснабжения при любых внешних условиях, что ВИЭ‑генерация сама по себе пока не может обеспечить.
Идеальная картина будущего – производство энергии ветряными, солнечными и гидроэлектростанциями в той или иной части мира 24 часа в сутки. Правильно выстроенная сеть позволит передавать электричество к центрам нагрузки или в районы, где своих источников энергии недостаточно. Первые расчеты, включая анализ затрат, показывают, что данная концепция в принципе осуществима.
Однако для того, чтобы эта фантастическая картина воплотилась в жизнь, прежде всего необходимо научиться эксплуатировать такую «правильную» сеть. Например, органично встроить в нее не только сами локальные генераторы, но также аккумуляторные батареи, совокупная мощность которых во всем мире уже к 2025 году превысит 21 ГВт, что сопоставимо с 20 энергоблоками атомных станций. Для сравнения: в 2015 году во всем мире в сумме было всего 2,2 ГВт аккумуляторных батарей.
Внедрение «умных» счетчиков и цифровых систем управления, развитие интернета вещей, увеличение пропускной способности каналов связи – все это ведет к формированию больших массивов данных. Необходимо понимать тип этих данных, их принадлежность и конечное назначение, чтобы получать полезную информацию для эффективного управления работой энергосистемы.
Хочу коснуться еще некоторых важных аспектов, которым нужно уделять внимание. Один из краеугольных технических вопросов – интеграция силовой электроники и сетей постоянного тока. Как правило, распределенные энергоресурсы (в том числе ВИЭ) производят напряжение постоянного тока. Для его преобразования в переменный ток, привычный для «традиционных» электросетей, применяется инвертор. Но еще только предстоит изучить, как тысячи инверторов повлияют на сеть переменного тока, и понять, как должно быть организовано управление такими системами. А возможно, после этого вовсе придется создавать новую инфраструктуру. В Китае, например, преобразователи напряжения уже начали широко применяться на высоковольтных линиях постоянного тока с коммутируемыми линиями, обеспечивая большую гибкость и адаптивность данной технологии.
При этом, из-за дефицита земельных участков возводить новые линии электропередачи и другие сетевые объекты становится все труднее. Однако появляются инновационные технологии, позволяющие увеличить срок службы существующих энергообъектов и увеличить их эффективность – это вполне может быть решением проблемы.
Сегодня развитие электросети идет как на микроуровне, где просьюмеры подключаются через активное распределение, так и на макроуровне – посредством проработки новых механизмов, обеспечивающих доступ к дешевой и экологически чистой энергии большого числа пользователей. СИГРЭ, как крупнейшая научно-­техническая отраслевая организация в мире, ведет работу по всем этим направлениям. Общая цель – выбор оптимального пути для устойчивого развития электроэнергетики. Тогда в будущем, когда глобальная сеть станет реальностью, все уголки земного шара смогут получить постоянный доступ к экологически чистой энергии.

Международный Совет по большим электрическим системам высокого напряжения – СИГРЭ (Conseil International des Grands Réseaux Electriques – CIGRE) – одна из крупнейших неправительственных организаций в области электроэнергетики. СИГРЭ был создан в 1921 году во Франции, сегодня он объединяет ученых и экспертов из 98 государств. Российские специалисты принимают участие в деятельности ассоциации с 1923 года. Российский национальный комитет СИГРЭ с 2015 года возглавляет председатель правления «ФСК ЕЭС» Андрей Муров.