Розумна мережа - надія на енергію переходу енергії

До 2020 року третина виробленої електроенергії повинна надходити з відновлюваних джерел енергії; великі вугільні та атомні електростанції до того часу повинні були зректися престолу. У ЗМІ та в політиці багато говорять про високі витрати на енергетичний перехід. Чому ми не можемо просто поміняти місцями джерела енергії і що доведеться змінити з переходом енергії?

Старі проти нових джерел енергії

На сьогоднішній день більша частина нашої електроенергії виробляється на атомних електростанціях та вугільних електростанціях. Джерелами енергії для цього є так звана кінцева сировина, з якої людство вже спожило найбільшу частку. Енергія з викопної сировини, наприклад кам’яного вугілля та бурого вугілля, виробляється лише залежно від місця розташування, а саме там, де є родовища сировини. З цієї причини отримана енергія подорожує на великі відстані до всіх домогосподарств Німеччини, де надрегіонально протікає через високовольтні мережі, регіонально через мережі середньої напруги і, розподіляючись безпосередньо домогосподарствам, через низьковольтні мережі. Існуючі високовольтні лінії постачають електроенергію з електростанцій по всій Німеччині, але через опір ліній багато енергії втрачається на великі відстані (джерело: OHG 2020).

Ще одним недоліком існуючої системи енергопостачання є правління чотирьох найбільших електроенергетичних компаній над лініями, що простягаються на територію Німеччини. RWE працює на заході, Eon має центральну Німеччину як зону постачання, EnBw працює на південному заході та Vattenfall на сході. Права на лінії дозволяють встановлювати ціни на користування лініями для всіх постачальників електроенергії. Неминуча монопольна позиція особливо ускладнює включення малих постачальників електроенергії, які часто працюють з відновлюваними джерелами енергії, до електромережі.

Основна відмінність у визначенні викопного палива та відновлюваних джерел енергії полягає у їх доступності. Викопне паливо - це сировина на землі, яка не регенерує і тому майже повністю витрачається. Поновлювані джерела енергії, як випливає з назви, самовідновлюються і, отже, є стійкими. Що стосується майбутнього, то лише завдяки їм ми все ще можемо виробляти енергію через 50 років.

З точки зору природи, два носії енергії відрізняються за своєю щільністю енергії. Енергія сонця, вітру та води має меншу щільність енергії, ніж енергія атомної енергії та вугілля (джерело: Zeit). Це робить харчування у високовольтних мережах складним, дорогим та неефективним. Оскільки сонце не завжди світить, а також немає постійного вітру, поновлювані джерела енергії менш стабільні, ніж викопне паливо. Тому споживання енергії має більше залежати від того, коли вона буде доступною, оскільки зберігання електроенергії також є дуже дорогим. Для енергетичного повороту деякі з наших звичок доведеться змінити.

Переваги нової системи

Навіть якщо перетворення нашого енергопостачання пов'язане з певними перешкодами, деякі спочатку проблемні умови згодом виявляються перевагами.

Через низьку щільність енергії вітру та сонячної енергії доцільно не виробляти відновлювану енергію надрегіонально на центральних центральних великих електростанціях, а перетворювати енергію локально, розділену на безліч малих електростанцій, а потім транспортувати її безпосередньо до споживача через мережі середньої та низької напруги . З одного боку, звичайно, це означає, що ризиковані та шкідливі для довкілля атомні електростанції та вугільні електростанції більше не загрожують певним регіонам. З іншого боку, це також усуває проблему втрати енергії через довгі лінії, роблячи генерацію більш ефективною. Крім того, якщо претензії щодо власності на високовольтні лінії будуть розірвані, також відкриється ринок генераторів електроенергії, оскільки цінні чотири великих виробника електроенергії будуть ліквідовані, повідомляє Фонд Халеакала у своєму енергетичному дослідженні. Це відкриває шлях багатьом новим гравцям подавати свою електроенергію в мережу та пропонувати власні тарифи. Це стимулює конкуренцію і в довгостроковій перспективі також може призвести до зниження цін для споживачів.

Що стосується найбільшої проблеми енергетичного повороту, нестабільності відновлюваних джерел енергії, існує підхід, який пропонує рішення шляхом реструктуризації всієї електромережі: ідея інтелектуальної мережі.

Розумна сітка

Термін Smart Grid описує ідею інтелектуальної системи електромереж, яка призначена замінити нашу стару систему в процесі енергетичного переходу. Під "розумним" мається на увазі розумне використання всіх наявних відновлюваних ресурсів як джерел енергії, а також вдосконалення загальної системи, включаючи виробництво, зберігання, транспортування та розподіл електроенергії аж до ефективного використання кінцевим споживачем.

Ідея заснована на децентралізації виробництва електроенергії за рахунок використання багатьох малих електростанцій, де потрібна електроенергія. Цей проект передбачає використання лише ліній середньої та низької напруги, оскільки електроенергія більше не повинна проїжджати великі відстані від електростанцій до домогосподарств. Кожен споживач електроенергії мав би в своєму безпосередньому оточенні кілька невеликих електростанцій (джерело: Zeit). Таким чином, виробництво та споживання будуть гармонізовані за допомогою інтелектуального управління. Тут не буде потрібно зберігання, оскільки електроенергія буде подаватися лише однією з місцевих електростанцій, коли це буде потрібно (джерело: OHG 2020).

Насправді це означає: необхідна розумна та складна мережа електростанцій між собою. Однією з ідей цього є, наприклад, створення в Інтернеті "віртуальної електростанції", яка використовує дані для підключення та управління електростанціями та споживачами. Тут інформацію з усіх малих електростанцій можна зібрати в будь-який час, а виробництво та розподіл направити у потрібні місця. З іншого боку, у домогосподарствах інформація про те, кому і коли потрібна електроенергія, може поширюватися за допомогою розумних лічильників. Інтелектуальні лічильники електроенергії передають відповідні потреби в електроенергії на малі електростанції через Інтернет та передають енергію відповідним домогосподарствам. Вони також дають споживачам точний огляд споживання електроенергії, щоб забезпечити ефективнішу економію електроенергії.

Якщо електроенергія надмірно виробляється без негайного використання, наприклад, електричні автомобілі можуть служити сховищем. Вони автоматично заряджаються в разі надлишку електроенергії та забезпечують використання всієї виробленої енергії (джерело: остаточний звіт moma).

Підводні камені розумної мережі

Наскільки б ідеальною не була ідея ідеального переходу енергії, шлях до неї складний. Це пов’язано з тим, що найефективніші процедури часто важко впровадити в короткий термін і є ризикованими.

Такі критики, як Альберт Мозер, керівник Інституту електричних систем та економіки енергії при Університеті Аахена RWTH, припускають, що розумна мережа, а отже і децентралізоване електропостачання через мережі середньої та низької напруги, може бути реалізована лише у сільській місцевості (джерело: Zeit). Натомість великим містам завжди потрібно більше електроенергії, ніж можна отримати безпосередньо. Для задоволення потреб у електроенергії електроенергію потрібно було б поставляти з інших районів; Тому розширення передавальних мереж є дуже важливим.

Крім того, у технічній можливості розумної мережі часто виникають сумніви. Наприклад, необхідні потужності Інтернету та комп'ютерів, які повинні збирати та обробляти дані, отримані від розумних лічильників та віртуальних електростанцій, неодноразово викликають проблеми. З’єднання з Інтернетом у модельних регіонах все ще виявилося занадто слабким. Якщо обсяг даних занадто великий, вони обриваються (джерело: Zeit). За словами федерального уряду, все ще бракує гнучкості щодо підключення та відключення електростанцій, широкомасштабного покриття невеликими електростанціями та додаткових варіантів зберігання, наприклад, електричних автомобілів. З урахуванням тарифного використання електроенергії виникає питання, чи є реалізація загальнонаціональних інтелектуальних лічильників споживчою. (Джерело: Економічний тиждень). Mercé griera-i-Fisa з Комісії ЄС також побоюється, що самі нові пристрої можуть отримувати стільки електроенергії, скільки заощаджують, і, отже, нічого не виграє від переходу на розумну мережу.

То як політика підходить до викликів, щоб у будь-якому разі просунути енергетичний перехід вперед?

Розумна мережа - політичний виклик

Як би приємно було, якби всі жили вночі у високоефективному будинку, могли б їздити на електричному автомобілі, і електроенергія для нього надходить безпосередньо від найближчої невеликої електростанції за рогом, на жаль, це можливо лише поштучно. Щоб забезпечити Німеччину електроенергією стабільно, безпечно та без збоїв під час енергетичного переходу, більшість відновлюваних джерел енергії надходитимуть від централізованої вітроенергетики з півночі Німеччини до 2022 року. У науковому дискурсі вітряні електростанції перебувають на межі централізованого та децентралізованого виробництва енергії. Особливо великі вітрові електростанції, які постачають значну частину Німеччини і енергія яких повинна долати великі відстані, з одного боку розглядаються як безпечний постачальник енергії, з іншого боку, енергетичне дослідження Фонду Халеакала критикує їх як відсталість, оскільки необхідне використання високовольтних мереж має бути адаптоване до нових вимог повинен стати. З цієї причини федеральний уряд планує побудувати загалом 2800 км нових високовольтних мереж у Німеччині та відновити 2900 км старих ліній (джерело: Die Welt). 200 км цього вже виконано.

Інше проміжне рішення стосується мереж електростанцій з домогосподарствами та між собою. Поки віртуальна електростанція ще не існує, і не можна передбачити, коли і де саме буде потрібно електроенергія, енергія з пікових періодів повинна зберігатися, щоб мати можливість використовувати її в затишшя. Це сховище вимагає ще кращих технологій та подальших досліджень, в які федеральний уряд інвестував 200 мільйонів євро до 2014 року. У разі недостатнього зберігання проводяться дослідження нових електростанцій, які повинні бути особливо гнучкими, щоб мати можливість швидко їх запустити та використовувати їх додаткову енергію (джерело: Федеральний уряд).

Однак, не менш важливим кроком, здається, є започаткування соціального переосмислення. Усвідомлення того, що в часи змін клімату існує нагальна необхідність переходу на відновлювані джерела енергії, недостатньо поширене. На даний момент ми, здається, випереджаємо технології своїми ідеями, тому інтенсивні дослідження моделей відновлюваної енергії мають велике значення. Якщо ми це реалізуємо, ніщо не заважає розумній мережі!

Джерела та посилання

Дослідження: Випадок зберігання енергії, розподіленої генерації та мікромереж, IEEE 2012
Веб-сайт проекту: Переваги децентралізованого виробництва електроенергії
Дослідження: Енергетичне дослідження, Фонд Халеакала 2014
Бухгольц, доктор Бернд-Майкл: Розумні мережі - від бачення до реальності, EZT
Дослідження: Модель остаточного звіту місто Мангейм, E Energie 2013
Олександр Демлінг: Розумні лічильники електроенергії: прання, коли світить сонце, Spiegel Online 2013
Бенджамін Ройтер: Розумні мережі: чи є вони панацеєю для енергетичного повороту? Економічний тиждень 2013
Асендорпф Дірк: З розумною силою, час 2013
Шульц Штефан: Запланована директива ЄС: Енергетичний перехід все ще має майбутнє, Spiegel Online 2013
Федеральний уряд: енергетичний перехід
електронна політика: варто знати

Автор: Генрієтта Шмідт, редакційна група RESET/2014