Еще одна статья avm c переводом и разжевыванием анализа института Фраунгхофера по поводу возможного облика энергосистемы Германии в 2050 году. Очень интересно увидеть, какие неожиданные трансформации могут ждать эту энергосистему в попытке построить безуглеродную и основанную на переменчивых ВИЭ энергетику. Пересекается с моими размышлениями на тему возможности атома и ВИЭ ужиться в одной энергосистеме а так же по возможным точкам роста потребления энергоресурсов.
=======
Ранее я уже начинал писать на тему того, каким образом Германия собирается интегрировать непостоянную энергию солнца и ветра в свою энергосистему, но общей схемы этой трансформированной системы не приводил. Сейчас постараюсь восполнить этот пробел и сформировать целостную картинку. В качестве источника я использую презентацию института Фраунхофера - http://publica.fraunhofer.de/eprints?urn:nbn:de:0011-n-3198705.pdf
Итак, схема энергосистемы Германии в 2050 году:
Посмотреть поближе можно здесь: http://s017.radikal.ru/i428/1504/67/99bfbf52d2cd.jpg
Перед тем как её пристально рассмотреть, сначала разберёмся в том как же немцы пришли к ней?
Правительство Германии поставило цели к 2050 году:
Все эти цели, кроме последней, они ввели в качестве начальных и граничных условий в модель REMod-D, которая представляет собой почасовую симуляцию (в течении одного года) энергосистемы Германии на основе возобновляемых источников.
Так же в качестве начальных условий они взяли:
Оптимизация системы на основе модели происходит так, чтобы годовая стоимость энергосистемы была минимальной.
В качестве результата моделирования должны быть получены
Итак, некоторые полученные результаты:
Взглянем на систему более подробно:
Доля солнца, ветра и воды в брутто производстве электроэнергии (634 TWh) составляет 77,7% (493 TWh). На долю угольной генерации приходится 6% (38 TWh). Остальная генерация на газу 16% (100 TWh). Т.е. основа генерации это солнце/ветер и газ.
Как же это, чёрт побери, работает?
Когда энергии ветра и солнца недостаточно в действие вступают газовые ТЭЦ, которые производят электричество и тепло. Даже при полном отсутствии солнца и ветра их установленной мощности в 60 GW достаточно, чтобы компенсировать утрату. А есть ещё отдельно стоящие ПГУ 3 GW, угольные электростанции 10 GW, ГЭС - 5 GW. Также есть гидро аккумулирующие электростанции (ГАЭС), которые могут выдать 8 GW на несколько часов. Т.е. существует резерв в 85 GW при пиковой потребности в районе 75 GW.
Если выработка от солнца и ветра превышает классические потребности в электричестве, то ТЭЦ отключаются, а избыток электричества начинает тратиться на электролиз (33 GW), пополнение резервуаров ГАЭС (8 GW). Так же подключаются тепловые насосы, которые компенсируют отключение ТЭЦ в части производства тепла. Начинается зарядка батарей транспорта. И уже когда выработка от ветра и солнца становится совсем запредельной включаются кипятильники и избыточное тепло запасается в централизованных и частных хранилищах.
В упомянутой презентации также приведён график, который получен как разница между графиком классического потребления электричества (без сектора тепла и транспорта) и графиком выработки электричества от солнца и ветра.
Красным обозначен недостаток энергии, который требуется компенсировать с помощью ТЭЦ.
А синим избыток энергии, который требуется утилизировать.
Очень хорошо процесс утилизации избыточной энергии от ветра и солнца показан на следующем графике, который получен сортировкой по убыванию значений с предыдущего графика.
Как видно, наибольший эффект даёт электролиз, кипятильники в хранилищах тепла и зарядка батарей личного транспорта. ГАЭС и стационарные батареи не вносят существенного вклада и выглядят как мёртвому припарка.
Не утилизированной энергии остаётся примерно 10 TWh (см. график). Т.е. теряется 2% от годовой выработки солнца и ветра (при условии отсутствия экспорта). Но скорей всего эту энергию удастся продать за границу.
Интересно так же глянуть на полученное соотношение размеров хранилищ энергии.
Как видно, основную массу энергии собираются складировать в хранилищах тепла.
Интересно сравнить объёмы природного газа и топлива для транспорта в 2050 с сегодняшним потреблением. Согласно отчёту BP в 2013 году потребление природного газа в Германии составило 75 млн. тонн нефтяного эквивалента (MTOE). А потребление природного газа в 2050 году 394 TWh или 34 MTOE. На долю топлива (ископаемое, биотопливо) для транспорта в 2050 году приходится 220 TWh или 19 MTOE. Для сравнения: потребление нефти Германией в 2013 году составило 112 MTOE.
В секторе тепла тоже достаточно много нового появится — это возросшее количество солнечных коллекторов и тепловых насосов.
Соотношение выработки тепла из разных источников (за исключением тепловых процессов в промышленности):
Итого: 409 TWh
Общий баланс первичной энергии:
Доля возобновляемых источников 66% (видимо, они включили биотопливо из столбика Fuel (cars), т. к. по моим подсчётам получается 59%)
Первичная энергия 2050 составляет примерно 50% от сегодняшнего потребления (150 MTOE в 2050 против 325 MTOE в 2013 году. Хотя в эти 325 MTOE входит нефть, которая используется как сырьё). Но эта первичная энергия более качественная чем сейчас, т.к. сразу представлена электричеством! Поэтому, общая эффективность системы возросла, а потери снизились. Из 1740 TWh на полезную работу тратится 1340 TWh (см. правый столбик на графике)
Ежегодная стоимость трансформированной системы в 2050 году и сравнение с 2008 годом:
Ежегодная стоимость трансформированной системы получается примерно такая же как стоимость системы в 2008 году. Всех больше денег потребуют меры по снижению потребления тепла зданиями. По их словам, до 2050 года во время трансформации стоимость системы будет больше, чем в 2008 году, а в долгосрочной перспективе после 2050 года стоимость системы будет даже меньше, чем стоимость старой (из-за увеличения стоимости ископаемого топлива).
Сейчас они находятся в начале фазы 2 перехода к новой системе:
Запасаемся попкорном :-)
А вы как думаете удастся немчуре энергетический переход? Я, думаю, что шансы закончить фазу 2 (хоть и с опозданием) всё-таки есть. Основные сложности, как мне кажется, присутствуют с установкой ветряков на море, утеплением зданий, электролизом, электромобилями, усилением сетей и превращением их в то, что называется smart grid. Пиковая выработка за 200 GW против сегодняшних 70 GW тоже выглядит устрашающе. Но, как говорится, глаза боятся — руки делают.