Ученые из Университета Хальмстада показали, как будет выглядеть энергетика Швеции к 2050 году – сроку достижения углеродной нейтральности. Для этого они создали математическую модель, которая с почасовой точностью описывает работу всей энергосистемы – от выработки электроэнергии до теплоснабжения крупных городов. Расчеты показывают, что к середине века основу производства электроэнергии по-прежнему будет составлять ветер: установленная мощность ветроэнергетики достигнет примерно 41 ГВт, что составит около 60% всех генерирующих мощностей страны (68 ГВт). Но поскольку ветер по своей природе нестабилен, такой сдвиг неизбежно приведет к резкому росту роли накопителей энергии, которые позволяют сглаживать колебания выработки и снижать потребность в избыточных резервных мощностях.
Наиболее глубокие изменения в энергетике Швеции, по оценке исследователей, произойдут в секторе теплоснабжения. Здесь модель фиксирует постепенный отход от традиционных когенерационных ТЭЦ, которые сегодня играют ключевую роль в городских тепловых сетях. Их доля в производстве тепла сокращается с 43% до 24%, тогда как на первое место выходят тепловые насосы. К 2050 году они будут обеспечивать около 61% тепла, становясь главным инструментом «секторного связывания» между электроэнергетикой и теплоснабжением. Логика проста: в осенние месяцы, когда ветра много, а спрос на электроэнергию еще относительно невысок, избыточная электроэнергия направляется на работу тепловых насосов. Произведенное тепло не расходуется сразу, а аккумулируется – до 11% годовой потребности в тепле может быть запасено в сезонных хранилищах, включая крупные подземные резервуары. Этот стратегический запас используется зимой, в январе и феврале, когда эффективность тепловых насосов снижается, а потребность в тепле достигает максимума.
Дополнительный эффект дает модернизация самих тепловых сетей. Снижение температуры в системах централизованного теплоснабжения (переход к так называемым сетям четвертого и пятого поколений) еще больше усиливает позиции тепловых насосов: их доля может вырасти до 80% выработки тепла. Одновременно снижается экономическая привлекательность крупных сезонных хранилищ, поскольку при более эффективной работе насосов потребность в длительном аккумулировании уменьшается. Модель также показывает, что рост доступности стабильных источников сбросного тепла от промышленности дополнительно снижает необходимость сезонного хранения.
Особый интерес представляет анализ альтернативных сценариев, в которых отдельные элементы системы оказываются недоступны. Если исключить электрические накопители, экономический смысл сезонных тепловых хранилищ практически исчезает. Без возможности сглаживать суточные колебания генерации система вынуждена сильнее опираться на ТЭЦ, а избыточная электроэнергия используется для отопления немедленно через краткосрочные, суточные тепловые аккумуляторы. Такой вариант оказывается заметно дороже: совокупные затраты на энергосистему возрастают примерно на 11%.
В целом исследование показывает, что устойчивость будущей энергосистемы будет зависеть от сочетания разных инструментов. Помимо тепловых насосов и накопителей, ученые указывают на необходимость привлечения других «гибких потребителей», прежде всего, электромобилей, а также развития технологий Power-to-X, позволяющих преобразовывать избыточную электроэнергию в газ или синтетическое топливо.
