Остров света в царстве ураганов
Энергообеспечение островов и труднодоступных населенных пунктов до сих пор остается достаточно сложной задачей, несмотря на развитие цифровых технологий и активный переход на возобновляемые источники энергии. Для ее решения потребовалось создание специальных замкнутых энергетических систем, работающих автономно от централизованного электроснабжения, - так называемых микрогридов.

Микрогрид как микрокосмос


Микрогрид — это локальные энергосистемы, которые могут работать как от централизованной системы, так и при необходимости автономно. Эта самодостаточная энергетическая система обслуживает конкретный участок, например, больницу, бизнес-центр или район, остров.
Обычная централизованная сеть объединяет дома с едиными источниками энергии. Это означает, что авария на электростанции способна в зависимости от масштаба оставить без электричества сразу несколько домов или районов города. Микрогрид же — это уменьшенная копия центральной сети, позволяющая за счет собственных источников генерации обеспечить потребителей электроэнергией. То есть в любой момент они могут отключиться от центрального снабжения и продолжить работу, сами генерируя электричество.
Внутри микросетей имеется один или несколько источников энергии: солнечные панели, ветряные турбины, комбинированное производство тепла и электроэнергии, генераторы. Многие новые микросети содержат и аккумуляторы энергии (батареи, как правило), а теперь еще и станции зарядки электромобилей.
Микросеть обеспечивает потребителей электроэнергией — а при необходимости еще и теплом — с помощью сложного программного обеспечения и систем управления.
Умная система микрогридов способна самостоятельно переключаться с одного источника энергии на другой, использовать одновременно два разных источника или даже все сразу. То есть, если одна станция выйдет из строя, подключатся другие источники, и потребитель ничего не заметит, так как продолжит получать электроэнергию.


Проблемы централизации

Первые микрогриды возникли в конце XIX века в виде так называемых электрических систем Томаса Эдисона. Они представляли собой электрогенератор и небольшую локальную электросеть, которых хватало на обеспечение особняка с постройками или нескольких частных домов. Позволить такую систему могли лишь очень обеспеченные люди. Это натолкнуло Эдисона на идею строительства на Манхэттене первой коммерческой станции, которая подавала энергию на несколько предприятий и обогревала здания. Так появилась компания General Electric.
Однако спустя годы проблемы централизованных больших энергосетей стали очевидны.
Большие централизованные сети, до сих пор обеспечивающие значительную часть энергопоставок в мире, перемещают ее от электростанций на огромные расстояния по линиям передачи и распределения. Одним из важнейших недостатков центральных систем является необходимость сразу после генерации энергии немедленно ее использовать, направив потребителям. Ученые в настоящее время работают над проблемой аккумуляторного хранения энергии, но пока в необходимых коммерческих масштабах она не решена. При этом стоит учитывать, что при транспортировке теряется от 8 до 15% электроэнергии.
Централизованные системы не всегда являются энергоустойчивыми при стихийных бедствиях и других чрезвычайных ситуациях, нарушение их работы приводит к отключению большого числа потребителей, в том числе предприятий и социально значимых объектов. А в современном мире даже минутное отключение может обернуться многомиллионными потерями для бизнеса.
Прокладка централизованных энергосетей в удаленные, труднодоступные регионы с малочисленным населением, как правило, является нерентабельной.
Центральные энергосистемы менее динамичны, поэтому не всегда оперативно могут реагировать на ежесуточные и ежечасные скачки потребления электричества.
Кроме того, в последнее время относительная доступность небольших генераторов и установок, работающих на солнечной или ветряной энергии, привела к появлению нового класса потребителей электроэнергии, которые могут выступать одновременно и ее поставщиками на рынок.
В результате возникла необходимость создания локальных энергосистем, работающих на нескольких источниках энергии, в том числе и автономных. Одним из первых разработкой концепций микросетей и умных электросетей занялся греческий ученый Николаос Хатциаргириу. Ему удалось создать на небольшом греческом острове Китнос первую в Европе микросеть, полностью работающую от солнечных и аккумуляторных батарей с интеллектуальной системой учета колебаний потребления и производства энергии. Она и получила название микрогрида. В 2020 году за разработки в этой области он был удостоен премии «Глобальная энергия».

Стабильные и умные системы

Микрогриды помогают решить такую важную проблему для современных энергосистем, как обеспечение стабильности и контроля поставок электроэнергии в труднодоступные регионы.
Микросеть создает энергию для ближайших потребителей, а значит, решает проблему неэффективности и потерь: генераторы находятся рядом или внутри здания, или — в случае солнечных батарей — на крыше или на стенах здания. Микрогрид может отключаться от центральной сети и работать независимо, снабжая потребителей в случае, например, ураганов, снежных бурь, пожаров или землетрясений. Такие системы особенно актуальны в США, где центральная сеть огромна и не оснащена системой резервирования мощности (как, например, в России), что делает ее очень уязвимой и подверженной частным отключениям. Так, семь лет назад упавшее на ЛЭП дерево вывело из строя несколько штатов, и даже была затронута территория Канады. Микрогриды позволяют избегать каскадных отказов сети благодаря возможности изолирования участков. Одновременно они позволяют избежать дополнительных затрат на резервирование мощности.
У современных микрогридов есть контроллер микросети. По сути, это мозг системы, который управляет генераторами, батареями и близлежащими энергетическими системами с высокой степенью сложности. С помощью контроллера потребители могут добиться самых низких цен, повысить уровень использования чистой энергии, максимальной надежности электроснабжения. Например, контроллер способен отслеживать в реальном времени изменение оптовых цен на электроэнергию в центральной сети и — в случае их снижения — начать покупку энергии для своих клиентов, а получаемую от собственных источников (например, солнечных панелей) энергию — направлять на зарядку аккумуляторов. Когда центральное электричество подорожает, можно отключиться от сети и использовать накопленные запасы.
Микросети могут также производить не только электричество, но и тепло.
Микрогриды сейчас «умнеют» на глазах, то есть не просто сообщают энергосетям о запросах потребителей, но и дают возможность регулировать потребление электроэнергии в зависимости от того, насколько в данный момент ограничено ее предложение. Именно поэтому в США власти рассматривают возможность стимулирования использования микрогридов, поскольку они дают возможность всей энергосистеме работать более стабильно.

Широта использования

Один из самых больших рынков микрогридов в мире — американский. В 2018 году в США насчитывалось 2250 микрогридов, и в 2019 году там было установлено их рекордное число — 546, причем большая часть имеет мощность до 5 МВт. Тренд последних лет очевиден — растет число более мелких мобильных проектов. Они привлекают все больше инвестиций на фоне снижения затрат и необходимого времени на их установку. Как прогнозирует исследовательская и консалтинговая группа Wood Mackenzie, количество частных инвесторов в этой сфере будет только возрастать, в том числе за счет игроков с опытом в нефтегазовой сфере.
Например, проект в Алабаме «Умное соседство» включает солнечные панели, литий-ионный накопитель и газовую турбину, которые находятся в собственности одного кооператива и управляются централизованно совместно с системами кондиционирования и вентиляции. При необходимости запаса батареи хватит на 12 часов.
В Хьюстоне к 2022 году появится уникальный микрогрид, обеспечивающий устойчивость энергоснабжения местных водоочистных сооружений. Это будет крупнейшая в стране микросеть, поддерживающая водонасосную станцию, а работать она будет за счет газа. Похожая сеть строится и в Калифорнии, на муниципальной станции очистки сточных вод Хиллер-Парк. Микрогрид будет включать в себя существующую дизельную генерацию, а также новые солнечные фотоэлектрические и аккумуляторные накопители энергии.
Согласно исследованию международной сети компаний в области консалтинга и аудита Deloitte, 44% бизнеса в США рассматривают возможность использования микрогридов, при этом больше половины этих компаний осуществляют операции, для которых устойчивое электроснабжение является критически важным.
Больше половины опрошенных представителей бизнеса обеспокоены ростом отключений энергоснабжения, в том числе из-за ураганов, пожаров и аварий. Среди опрошенного населения этот показатель составляет 37%. При этом, если 10 лет назад лишь у 20% участвовавших в опросе компаний имелась какая-либо собственная генерация, теперь этот показатель вырос до 60%. И более половины предприятий заявили, что они работают над тем, как получать больше электроэнергии из возобновляемых источников.
Микросети используются во всех отраслях, однако первопроходцами здесь были центры обработки данных, домашнее сельское хозяйство, электромобили, университетские кампусы и военные объекты. Кроме того, популярны микрогриды у портов и предприятий горнодобывающей промышленности.
В 2019 году, по данным Wood Mackenzie, 86% установленной мощности микросетей было обеспечено распределенной выработкой от ископаемого топлива. Но к 2025 году солнечная, ветровая, гидроэнергетика и накопители энергии будут обеспечивать уже 35% установленной мощности в год.
Однако не следует забывать, что основная цель микрогридов — обеспечение надежности, поэтому оптимальными системами здесь являются комбинированные, в которых ВИЭ используются наряду с газом и дизельным топливом. Вместе с тем, как отмечают аналитики, пандемия сказалась и на этом секторе электроэнергетики. За первые шесть месяцев 2020 года рост в микрогридах стал самым медленным за последние четыре года из-за неуверенности инвесторов или их нежелании совершать крупные вложения.

Обозреватель «Глобальной энергии» Алена Журавлева

Поделиться:

Поделиться в facebook
Facebook
Поделиться в telegram
Telegram
Поделиться в email
Email
Поделиться в twitter
Twitter
Поделиться в vk
VK
Поделиться в odnoklassniki
OK
Поделиться в reddit
Reddit

Добавить комментарий

Ваш электронный адрес не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Декарбонизация невозможна без создания долговременных систем хранения энергии — И Цуй

Декарбонизация невозможна без создания долговременных систем хранения энергии, заявил  директор Института энергетики Прекорта Стэнфордского университета, лауреат премии «Глобальная энергия» И Цуй на сессии «Российской энергетической недели».

далее ...

Выбор того или иного вида энергоресурса должен делать потребитель, а не регулятор или производитель — Степан Солженицын

Выбор в пользу того или иного энергоресурса должен делать не регулятор или производитель, а потребитель, заявил Генеральный директор «СУЭК» Степан Солженицын на сессии «Будущее угольной энергетики в эпоху борьбы за климат: конец или новое начало?».

далее ...

Минэнерго прогнозирует снижение доли угля в энергобалансе России к 2050 году до 4,5%, эксперты ожидают сохранение доли в 10%

Доля угольной генерации в энергобалансе России к 2050 году может снизиться с текущих 12-13% до 4,5%, сообщил заместитель министра энергетики РФ Павел Сниккарс на сессии РЭН «Будущее угольной энергетики в эпоху борьбы за климат: конец или новое начало?».

далее ...

Архивы


Октябрь 2020
Пн Вт Ср Чт Пт Сб Вс
 1234
567891011
12131415161718
19202122232425
262728293031