Енергетичний перехід німецький зсув
Німеччина ініціювала переломний момент у своїй енергетичній політиці “die Energiewende” (1), щоб зробити виробництво електроенергії більш безпечним та чистим. Ця політика базується на зростанні відновлюваних джерел енергії, поступовому припиненні використання атомної енергетики та зменшенні залежності від вугілля.
Виклик переривчастості
Як же тоді, коли виробничий парк, де домінують відновлювані джерела енергії, задовольняє попит на електричну енергію в періоди, коли природа не забезпечує необхідних первинних енергій? Чи слід помножувати встановлену потужність порівняно зі звичайними електростанціями, розраховуючи на негативні кореляційні зв'язки між режимами вітру та різноманітністю сонячних зон? Чи слід інвестувати в сховища електроенергії, щоб згладити розриви між миттєвим виробництвом та споживанням? Чи слід інвестувати у взаємозв'язки, щоб відігравати увагу на часових та географічних відмінностях сусідніх країн? Або нам слід переглянути наші моделі споживання і визнати, що природне постачання електроенергії відтепер буде перешкоджати нашому існуванню?
Мінливість вітру та сонячної енергії
У нещодавній статті (2) економіст Ганс-Вернер Зінн вивчає ці варіанти німецької енергетичної суміші. Він базується на даних про виробництво та споживання за 2014 рік. Перше спостереження полягає у тому, що виробництво вітрової та сонячної електроенергії є дуже мінливим і значно нижче виробничих потужностей, як показано на двох графіках нижче.
Те, що ці технології ніколи не виходять на повну потужність, не дивно, оскільки введення первинної енергії, вітру та сонячної радіації за визначенням не піддається контролю людини. Саме співвідношення між використаною та встановленою потужністю дивує: в середньому 17% для енергії вітру, 10% для сонячної енергії. Таким чином, встановлені потужності є поганим показником проникнення цих технологій.
Друге спостереження, мінливість буває не тільки щоденною чи тижневою, але й річною. В середньому взимку менше сонячної енергії, ніж влітку, а влітку менше вітру, ніж взимку, що апріорі є сприятливим з точки зору доступності, оскільки ці два джерела доповнюють протягом року. Але в перспективі дуже масштабного розвитку цих енергій їх нерегулярність змушує поставити питання про їх часовий розподіл за рахунок накопичення для задоволення попиту.
За відсутності електрики давайте запасати воду
Широкомасштабне сховище електроенергії все ще переважно у формі води, яка закачується за допомогою електричних насосів у резервуари насосних станцій передачі енергії (ПСОВ) перед тим, як її турбінувати та відкачувати. Щоденного або тижневого зберігання для подолання дефіциту енергії недостатньо. Навіть якщо воду закачувати для заповнення водойм вночі, щоб забезпечити подачу вдень, коли вітер та сонце не справляються, наприкінці літа буде недостатньо води для задоволення попиту. Для оцінки потреб у сховищах Шін робить наступну вправу: він обчислює енергію вітру та сонячної енергії, яку потрібно зберігати, щоб гарантувати однакову потужність протягом року, в даному випадку середня використана потужність, яка для Німеччини в 2014 р. Становить 9,55 ГВт (5,85 ГВт для енергії вітру плюс 3,7 ГВт для сонячної енергії). Результати представлені на графіку нижче в TWh білою кривою під назвою "Вітер і сонячна енергія".
Зберігання в основному здійснюється взимку та навесні. Пік зберігання припадає на кінець серпня, тоді резервуари спорожняються восени. Для компенсації мінливості виробництва у водосховищах має зберігатися до 6,89 ТВт-год енергії. Коли ми знаємо, що в даний час Німеччина має 35 кроків загальною потужністю 0,038 ТВт-год, ми бачимо шлях.
Тепер розглянемо спостережуваний щорічний профіль попиту, а не постійний попит на електроенергію з часом. Тоді динаміка необхідного зберігання абсолютно інша. Він представлений сірою кривою з написом "Споживання", яка досягає максимуму в жовтні, коли 11,18 TWh накопичується в STEP. Додамо тепер виробництво звичайних рослин. Припустимо, що вони постійно забезпечують протягом року свою середню потужність, використану в 2014 році, а саме 48 ГВт. Потім динаміка зберігання представлена чорною кривою, яка досягає максимуму в 11,29 TWh. Таким чином, внесок електростанцій не зменшує загальну потужність очисних споруд.
Проблема загострюється із збільшенням проникнення відновлюваних джерел енергії: подвоєння та потроєння відновлюваних джерел енергії збільшить вимоги до ємності до 15,24 TWh та 22,10 TWh відповідно, або 14 153 та 20 517 STEPs! Не кажучи вже про фінансові витрати, екологічні витрати на будівництво такої кількості очисних споруд є надмірними, і, ймовірно, немає майданчиків (навіть підземних) для їх розміщення.
Моделювання Шінна свідчить про те, що краще управління попитом не вирішує проблему переривчастості. Передача частини споживання в пікові години або коли є енергія вітру або сонця може зменшити щоденну нестабільність, але не сезонну. Отже, вимоги до зберігання залишаються незмінними. Іншим рішенням є використання накопичувальних потужностей Норвегії, виробництво електроенергії яких майже повністю є гідравлічним. Це передбачає збільшення взаємозв'язку між двома електричними мережами шляхом будівництва нових високовольтних ліній та інтеграції двох оптових ринків, а також того, що норвежці мають можливість накопичувати надлишки німецької енергії. Вигодонабувачами будуть норвезькі виробники гідроелектростанцій, які можуть купувати електроенергію, вироблену вітром та сонцем, через Північне море за розбитими або навіть від’ємними цінами (3).
Економічні витрати, пов'язані з періодично відновлюваними джерелами енергії, та технічні та економічні варіанти їх зменшення тепер добре відомі. У нещодавній дослідницькій роботі (4) ми проаналізували, як вони пов'язані з державною політикою підтримки відновлюваних джерел енергії. Моделювання Шінна має гідність кількісно оцінити ці витрати для Німеччини. Вони є частиною законопроекту Energiwende. Громадянам Німеччини слід повідомити про це, щоб свідомо голосувати. Тим більше, що різниця між французьким переходом та німецьким поворотом виходить за межі семантичної тонкості. 180 ° не тільки важко домовитись про вигин, але ми знаємо, куди він нас поверне: світ, в якому не можна гарантувати безпеку електропостачання.
(1) Венде означає поворот, поворот, поворот.
(2) "Нестабільність буферизації: дослідження меж енергетичної революції Німеччини", European Economic Review, червень 2017 р .; http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0014292117300995?via%3Dihub
(3) У наступному блозі ми пояснимо, чому оптові ціни на електроенергію іноді є негативними, особливо в Німеччині.
(4) Стефан Амбек і Клод Крампес, "Декарбонізація виробництва електроенергії з переривчастими джерелами енергії", TSE, липень 2017 р .; https://www.tse-fr.eu/sites/default/files/TSE/documents/doc/wp/2015/wp_tse_603.pdf
Слідуйте за La Tribune
Діліться економічною інформацією, отримуйте наші бюлетені