Електроенергийните системи по пътя към 2050 година - част 1
Анализ на експерта Люлин Радулов пред сп. сп. “Енергетика – електроенергийни ракурси”.
Изследването e направено в рамките на проект MEDEAS, финансиран от програма Хоризонт 2020 на Европейския съюз по силата на договор № 691287. Цялата отговорност за публикацията принадлежи на автора ѝ. Тя не отразява непременно мнението на Европейския съюз. INEA и Европейската комисия не носят отговорност за използването на съдържащата се в публикацията информация.
Наложилият се поради климатичните промени курс към беземисионна енергетика издигна електроенергията на първо място между енергоносителите заради нейното сравнително лесно производство, универсалност при използване и възможности за превръщане в други видове енергия.
Вече се вижда относителното ѝ увеличаване в потреблението на всички сектори – промишленост, население, търговия, услуги и транспорт – в европейски и световен мащаб. Водеща роля обаче все още имат изкопаемите горива - 41% от нетното производство на електроенергия в Европа през 2017 г. е от въглища, газ, петрол1. Но електроенергията ще продължава да ги измества чрез нови технически решения в потреблението.
В началото на въвеждане на променливите енергийни ресурси (ПЕР) в електроенергийната система, тя можеше до известни граници да се справя с интегрирането им, като използва своите технологични възможности – маневрени генератори и системна автоматика. При повишаване на процентното им участие обаче се появиха затруднения при регулирането на честотата. Очевидна стана потребността от нови технически средства за повишаване Класическите централи със своята маневреност изпълняваха задачата за регулиране на честотата и обменните мощности и правеха възможно управлението на електрическите системи.
Изключение правеха ядрените централи, които на маневреността и устойчивостта: участие на товара в балансирането, ограничаване генерацията на ПЕР, нови акумулиращи средства, обмен със съседни системи и т.н. Пред електроенергийните системи се изправи задачата за ново технологично развитие с поглед в бъдещето, когато не бива да се налагат ограничения нито на производството, нито на потреблението.
Един поглед 20 години назад ще покаже, че сегашните постижения в усвояването на ресурсите на вятъра и слънцето в началото на 90-те години са изглеждали невероятни. Това вдъхва увереност, че целите на ЕС и на света за 2050 г., дефинирани в Парижкото споразумение, са постижими. Затова обаче е наложително продължаване на същата енергична политика, която да насочва развитието към нови технологични постижения. Предстоят трудни решения, произтичащи от необходимостта за замяна или усъвършенстване на досегашните технологии, което изисква огромни разходи при едновременно поддържане темпа на икономическото развитие. Измененията са всестранни и обхващат всички технологии – в производството, преноса, разпределението и управлението.
Производство на електроенергия
Класическите централи със своята маневреност изпълняваха задачата за регулиране на честотата и обменните мощности и правеха възможно управлението на електрическите системи. Изключение правеха ядрените централи, които по икономически и технологични съображения се ограничават до първично регулиране, с изключение например във Франция, където се включваха и във вторично регулиране. Тази задача те без особени изменения успешно изпълняват и в началния период на развитието на ПЕР. С тяхното увеличаване обаче сe налага намалените ресурси на класическите термични централи да бъдат по-оперативни и маневрени. Принципът „оптимално използване на генериращите мощности“ вече става неприложим, както поради пазарните взаимоотношения, така и поради технологични нужди. Преходът изисква различни усилия от страните членки в зависимост от настоящото състояние, енергийните ресурси и наличните технологии.
Региони с интензивно използване на въглища
Преходът на страните, използващи собствени въглища за производство на електроенергия, е много сериозен икономически проблем, който не може да бъде решен чрез налагане на строги изисквания съгласно документите на общата енергийна политика. Икономиките на държави като Полша, Гърция, България, Румъния, Чехия и Словакия се основават на собствените въглищни ресурси и непосредственият принудителен преход може да доведе до сериозни социални и икономически затруднения.
След влизането в сила на Парижкото споразумение, засегнатите държави и Европейската комисия инициираха създаването на Платформата „Въглищни региони в преход“ за „улесняване разработването на проекти и дългосрочни стратегии за въглищните региони, с цел начало на процес на преход и отговор на екологичните и социални предизвикателства“. Идеята зад тази платформа е ясно изразена в нейния лозунг „Нито един регион изоставащ!“, т.е. на страните с интензивно въглищно производство трябва да се даде възможност да следват общите темпове на развитие на ЕС. Целта на платформата е да подпомогне прехода към чиста енергия, като отчита възможностите за развитие на икономиката на страните и обръща повече внимание на социалните проблеми, необходимото преструктуриране и преквалифициране на работната сила. В резултат на организирания чрез платформата активен процес на обмен на информация, изследвания3, идеи за успешен преход, практики, възможни решения, резултати от подкрепата и работата на „пилотни региони“ се очаква участващите в платформата за въглищни региони успешно да постигнат целите за 2050 г.
Ядрените централи
Ядрената технология работи в 14 държави членки на ЕС с инсталирана мощност около 122 GW, производство 829,7 TWh и дял в производството на електроенергия в Европа от около 25,1% (2016 г.). Някои от страните възнамеряват да прекратят използването на ядрена енергия, но не всички. Примерно разделение на страните по този показател изглежда така:
• държави, които са определили срокове за прекратяване използването на ядрена енергия: Белгия - 2025 г., Германия – 2022 г., Холандия – 2035 г., Испания – 2045 г., Швеция – 2045 г.
• държави, които възнамеряват да продължат да използват ядрена енергия: България - потенциално изграждане на нова АЕЦ с мощност 2000 MW, Чехия - цел за дела на ядрената енергия в брутното производство на електроенергия през 2040 г. - 46-58% (29% през 2016 г.), Унгария - изграждане на два нови блока до 2030 г. (1200 MW всеки), Румъния - изграждане на още два блока през периода 2030 - 2040 г., Словакия – предвиждана инсталирана мощност в АЕЦ през 2030 г.: 27-35%, възможно строителство на нови централи, Финландия - изграждане на още един блок в края на 2020-те, Франция - 63,1 GWe, 556 TWh бруто производство 2016 г., 50% намаление до 2035 г., Великобритания - изграждане на нова ядрена мощност през 2030-те години.
В последните години интересът в ЕС към ядрената енергия намалява поради намаляване използваемостта на ядрените централи, липсата на маневреност и трудно приспособяване към нарастващото нерегулируемо производство. По правило ядрените централи в миналото нямаха регулиращи функции, освен за първично регулиране, поради високите им постоянни разходи. С изменението на структурата на генерацията и напредъка на ПЕР, съображенията за ефективно управление на генерацията отстъпиха пред необходимостта да се използват повече ВИ. В някои страни – Франция, Белгия, Германия – ядрените централи трябваше да се включат в регулирането на дневно и сезонно натоварване.
При нарастващата променлива генерация бъдещото използване на ядрената енергетика зависи от нейната маневреност и способност да се впише в прехода, където са в сила пазарните отношения. Но развитието на водородната енергетика и производството на възобновяеми горива чрез използване на електроенергия (PtX)6 би могло да даде нови възможности за бъдещо използване на ядрената енергия в страните, които желаят това.
Производството на водород от ядрена електроенергия би позволило на ядрените централи да изравняват товаровия си график, а на електроенергията да разшири и без това широкото си поле на приложение като проникне и, заедно с горивата от ново поколение, замести изкопаемите горива – петрол и природен газ.
Променливо възобновяемо производство и потребление на електроенергия
Технологичното развитие на ПЕР вече позволява участието им в електроенергийния пазар, както и в пазара за системни услуги, но за да се постигне това е необходима конкретна политическа, регулаторна и пазарна рамка.
ПЕР вече се използват на пазарен принцип за системни услуги в редица електрически системи по света (САЩ, Китай), включително и в страни от ЕС. За тази цел те изоставят принципа “максимално производство”. В някои страни ВЕИ работят с „намалена мощност“ и предоставят поле за „увеличаване на мощността“, когато е необходимо. Другата възможност, която също се използва, е ПЕР да работят на максимална мощност, но да са готови да я намалят в случай на нужда за участие в балансирането.
Координираното изграждане на „слънчеви и ветрови паркове“ между различни електроенергийни системи (ЕЕС) е друга стратегическа мярка от голям мащаб, която допринася съществено за маневреността на системата, когато интензивността на първичните източници в денонощието в двете страни е различна. В зависимост от ресурса в съседните страни те могат да се насочат към най-благоприятен и за двете избор на развитие на ПЕР. Подобно сътрудничеството би могло да допринесе за значително намаляване на разходите за маневреност.
Разпределен енергиен ресурс – малки генератори, отговор на товара7, батерии и др. - са също в състояние да участват в управлението на мрежата чрез услуги за маневреност, като бъдат виртуално8 обединени за общо участие в пазара на услуги. Виртуалното обединение им дава възможност за участие в пазара на електроенергия най-често, чрез намаляване на потреблението в случай на необходимост и по задействане от управлението на електрическата мрежа. Участието на товара в регулирането на системата има добри перспективи в ЕС (Германия, Дания, Великобритания) и по света – Япония и САЩ. В перспектива до 2030 г. в САЩ се очаква спестяванията от него да достигнат $15 млрд./год. Възползването от тези възможности изисква регулаторни промени в правилата за присъединяване и участие в пазара.