Електроенергийните системи по пътя към 2050 година - част 2

Представяме ви втората част от анализ на експерта Люлин Радулов пред сп. сп. “Енергетика – електроенергийни ракурси”. Първата част от изследването можете да прочетете тук.

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.

Електрически мрежи

Обновяването на електрическата мрежа става под натиска на развиващата се генерация. Същността на проблема е в това, че напредъкът на технологиите за производство (генератори) и интегриране (мрежа) на ПЕР са взаимно свързани и се осъществяват паралелно: изникват задачи и се намират решения. Интеграцията на произведената възобновяема енергия изисква значителни инвестиции и подкрепа от регулаторната система. В първоначалния период на развитие на ВЕИ политиката подкрепяше главно източниците, като се предполагаше, че електрическата система ще може да бъде обновявана от операторите в съответствие с изискванията за адекватност и устойчивост. Тези надежди се оказаха погрешни и трябваше да се предприемат коригиращи мерки за подкрепа на модернизацията на електроенергийната система с нови средства за регулиране на енергийни потоци, напрежения, статични и динамични характеристики. Без непрекъснатото обновяване на електрическата система не може да бъдат интегрирани ПЕР при повишаване на сигурността и ефективността. Наложително е паралелно развитие на разширяването на мрежата и средствата за управление, като се използват съвременните технологии за дигитализация – управление и автоматика.

В основата на този процес лежат стратегическите решения. За големите ЕЕС например са извънредно важни междусистемните връзки и затова всички страни в Европа са осигурили такива връзки със съседните държави.

В 10-годишния план за развитие на мрежата (TYNDP) на ENTSO-E се предлага преносните възможности на линиите между националните системи да достигнат 15 % цел, основана на инсталирана мощност за 2030 г. Тази мярка позволява да се намалят значително разходите за балансиране, да се повиши надеждността на обединените системи и да се реализират значителни спестявания.

 Разпределеното производство на електроенергия също налага сериозни изменения в основните съоръжения и средствата за управление и защита на разпределителните мрежи навсякъде в Европа и по света. Съществуващите преди, и до голяма степен и сега, разпределителни мрежи са максимално прости поради известната посока на енергийния поток. Това се отнася както за основните съоръжения и апаратура, така и за средствата за управление, релейни защити и автоматика. Разпределеното производство на ПЕР налага решително обновяване на тези мрежи, които със своята разпростряност и достъп до всеки потребител имат огромни основни активи, и инвестициите за тяхното обновяване може да се окажат много високи - дори на нивото на инвестициите в ПЕР.

Регулаторната система трябва да осигури използване на съвременни технологии на апарати и съоръжения с особено внимание върху средствата за акумулиране на енергия, изравняване на денонощното потребление (електрически автомобили), непрекъснато усъвършенстванe средствата за управление, включително на потоците на мощност, за постигане на висока надеждност и адекватност, обновяване на мрежите за средно и ниско напрежение в съответствие с развитието на разпределените възобновяеми генератори. Забавянето на развитието на ПЕР в някои страни на Европейския съюз се дължи на изоставането на модернизацията на мрежата поради стремежа им за поддържане на ниски тарифи на електроенергията по социални причини.

Съхраняване на електроенергията

Електроенергията има скромни възможности за съхранение – капацитивни, индуктивни, свръхпроводници - но затова пък има богати възможности за превръщане в други видове енергия - водна, механична, сгъстен въздух, химическа – които се съхраняват по-лесно и са развити дотолкова, колкото е било нужно на електроенергийните системи и някои ограничени технически приложения.

Мощното развитие на ПЕР води към интензивно производство както на батерии за мрежови услуги, така и на малки акумулиращи устройства за развиващия се електромобилен транспорт. Акумулаторните технологии се усъвършенстват непрекъснато, особен напредък отбелязват литиево-йонните батерии, чрез които се постига по-висока ефективност и по-големи мощности.

За електроенергийната система е от особено значение да се осигурят възможности за изравняване на товара чрез зареждане на транспортни батерии и в определени случаи ползването на батериите при недостиг. Това е и в интерес на производителите на автомобили и някои от тях инвестират в изграждането на зарядни станции.

И тук възниква въпросът за устойчивостта на съвременната батерийна технология. Добре известно е, че залежите на металите, необходими за производство на акумулатори са ограничени и се намират в малко находища в света. Излизащите от употреба може да бъдат използвани за извличане на ценните метали, но това едва ли ще доведе до устойчивото им използване. Бъдещото развитие на технологиите към беземисионна енергетика изисква просто и естествено решение. Извличането на ценни метали не изглежда такова.

Водородната технология

Защитата на климата изисква използване на всички технологични, благоприятни за климата възможности – съществуващи и в процес на изследвания и развитие. Водородната енергетика e широкообхватна перспектива за декарбонизация на енергетиката. Водородът стои най-близо до електроенергията в качеството си на първия химически елемент.

Разлагането на водата на водород и кислород не е нерешима техническа проблема, а разширява неимоверно възможностите за приложение на възобновяемата електроенергия. С високото си относително енергосъдържание водородът може да замести изкопаемите горива в превозните средства и големите работни машини – пътни, земекопни, земеделски. Водородът е главна съставна част на използваните течни и газови горива и това близко родство дава възможност полученият чрез възобновяема енергия водород да се използва за изкуственото им производство без загуба на енергия. Произведените по такъв начин горива не се отличават по основните си качества от произведените от петрол и природен газ горива, и могат успешно да ги заместят, заедно с очакваните второ и трето поколение възобновяеми горива.

Водородните горива може да се транспортират и съхраняват във вече изградената инфраструктура за петролни горива и природен газ, и може да се използват в приложения, които най-добре отговарят на особеностите и изискванията на технологичните процеси. Това представлява значително облекчаване на разходите за развитие на водородната енергетика. Тези възможности са в развитие и в бъдеще - 2030, 2040 г., ще отворят нова ера в прилагането и трансформацията на възобновяемата електроенергия. Технологиите P-to-X ще намалят рязкото разграничение между технологиите и ще допринесат за регулирането на баланса на енергийната система.

Интегрирането на енергоносителите и енергийните потоци чрез взаимна трансформация е мощен инструмент за използване на слънчевите ресурси. Изследването „Международни аспекти на пътната карта Power-To-X“ анализира възможностите за „създаване на глобална P-t-X индустрия през следващите десетилетия“ и „да покаже необходимостта от производство и търговия на P-t-X в глобален мащаб и да идентифицира основните етапи на Пътната карта към глобалния пазар на P-t-X.“

Може да се предположи, че възобновяемият водород ще намери най-напред приложения в индустрията, където и сега се прилага, но произведен от невъзобновяема електроенергия. Замяната му с възобновяем ще позволи да се изпитат първите стъпки към използването му и в другите сектори.

Засега водородната енергетика е слабо развита и това е естествено поради твърде късия път, извървян към безвъглеродна енергетика, недостатъчния все още напредък в развитието на ПЕР и на ефективното потребление. Бъдещото ѝ бързо развитие ще изисква сътрудничество между ЕС и страни с висока слънчева радиация в Африка, Азия, дори Австралия. При високото си енергосъдържание, разходите за транспорт на водорода не са пречка за неговия пренос с морски транспорт на далечни разстояния. За производство на водород ще е най-вероятно подходящо и използването на високия ветрови потенциал на крайбрежието на Северния океан. В Германия вече има над 55 MW мощности, произвеждащи водород, като единичните мощности бързо нарастват. До няколко години PtX ще навлезе в период на технологична зрялост.

Осъзнавайки перспективата електроенергия-водород, на 17 и 18 септември 2018 г. на среща на енергийните министри в Линц, австрийското правителство представи разработената от него Водородна инициатива13. Към нея вече са се присъединили 25 европейски страни и няколко десетки компании, което е обнадеждаваща крачка към бъдещото развитие на водородната енергетика. Преходът към безвъглеродна електроенергийна система е политическа и техническа задача, която трябва да се реши от всяка отделна страна членка в зависимост от разполагаемите

местни ресурси, силните местни технологии, традициите, социалните условия и други фактори. За да подпомогне този процес и да го направи отчетен и направляем, Европейският съюз разработи правила за Национални енергийни и климатични планове (НЕКП), предоставящи специфична информация за намеренията на страните за развитие до 2030 г.и по-обща до 2050 г. НЕКП „поставят основите за успешен преход към чиста енергия“. „НЕКП играят ключова роля в нашата система за управление, за да гарантират, че ще обединим усилията си и постигаме целите си заедно. Те трябва да осигурят възможно най-голяма яснота и предсказуемост за бизнеса и финансовия сектор, за да стимулират необходимите частни инвестиции.“ Необходим е решителен напредък в системните технологии – за управление и маневреност - за поддържане на адекватността на ЕС. Все по-разрастващото се „разпределено производство“ - електроенергия от малки слънчеви и вятърни инсталации, налага изменения и в мрежите НН и СН.

Чрез националните планове страните членки въвеждат регулаторна политика в съответствие с 2030 climate & energy framework17, която систематично се актуализира от ЕК и отразява специфичните за страната условия, традиции, предпочитания и бъдещи възможности.