На основе ветра и солнца в мире производится всё большая доля низкоуглеродного электричества. Снижение стоимости технологий генерации в солнечной и ветряной энергетике позволяет представить не слишком отдаленное будущее, в котором почти вся мировая электроэнергия будет производиться на основе возобновляемых источников. Однако, чтобы этот воображаемый образ сделался реальностью, сетевому хозяйству необходимы технологии, позволяющие компенсировать переменчивость ВИЭ.
Энергосистемы всегда управлялись «гибко». Погода, графики работы людей и промышленности и даже спортивные события создают как предсказуемые, так и неожиданные спады или всплески спроса на электроэнергию. Возможные внезапные сбои в работе элементов системы всегда означали необходимость резервных генерирующих мощностей. Угольные, газовые электростанции или ГЭС, как правило, присутствовали в системе «с запасом» — чтобы иметь возможность реагировать на изменения потребления.
По мере увеличения доли ВИЭ перед системой встают новые вызовы. В первую очередь речь идет об интеграции нестабильной генерации на основе солнца и ветра в систему с минимально возможными затратами.
Организация Climate Policy Initiative (CPI) в своем новом докладе «Flexibility: the path to low-carbon, low-cost electricity grids» («Гибкость: путь к низкоуглеродному и экономичному электросетевому хозяйству») отвечает на ряд вопросов, связанных с данными вызовами:
Какова максимальная стоимость системы электроснабжения, основанной исключительно на возобновляемых источниках энергии, включая затраты на обеспечение гибкости? Как будет выглядеть эта стоимость в сравнении с энергосистемами, работающими на основе ископаемого топлива?
Какие технологические и рыночные варианты доступны для обеспечения такой гибкости, какой будет динамика издержек и какие технологические варианты должны быть приоритетными для развития?
Каким образом потребности в гибкости и требования к технологиям могут меняться в зависимости от региональных различий?
Каковы основные вопросы политики и рыночной организации, которые необходимо решить?
Исследование показало, что энергосистема, основанная «почти полностью» на возобновляемых источниках энергии, сегодня экономически конкурентоспособна с системой, функционирующей на основе природного газа при наличии цены на углерод в размере $50/тонна. В 2030 году она будет экономически конкурентоспособна даже без учета цены выбросов.
На рисунке показано, что в 2030 году система с доминированием ВИЭ, использованием накопителей энергии и газовой генерации в качестве резерва существенно дешевле энергосистемы, целиком основанной на природном газе.
Повышение гибкости энергосистемы наиболее эффективно обеспечивается с помощью набора технологических решений, а не какого-то одного метода. То есть необходимо придерживаться «портфельного подхода», внедряя разнообразные технологии, направленные на повышение устойчивости системы.
По прогнозам исследователей, стоимость накопителей энергии на основе батарей (в пересчете на единицу энергии) в 2030 г будет ниже, чем новые парогазовые электростанции.
Пилотные проекты по оказанию вспомогательных услуг, направленных на повышение гибкости и надежности энергосистемы, проводятся как в солнечной энергетике (США), так и в ветроэнергетике (Германия).
Поскольку разработка и внедрение новых моделей рынка и технологических решений потребует времени, авторы доклада призывают регуляторов уже сегодня озаботиться созданием надлежащих юридических рамочных условий.