Моделирование энергосистем. Опыт ЮАР

25 ноября 2019, 17:00

Южно-Африканская Республика одной из первых воспользовалась современным моделированием. Чему из опыта этой страны могут научиться другие?

Во времена, когда идея энергетического перехода уже не выглядит невыполнимой, инвестировать нужно в такие активы, которые обеспечат чистую энергию и будут гибкими и надежными. Но как сегодня можно определить, какие именно активы или их комбинация будут целесообразными за 20 лет? Передовые методы моделирования энергосистем помогут сделать правильный выбор для инвестиций, которые будут работать в будущем.

Видео дня

Южно-Африканская республика одной из первых воспользовалась современным моделированием. Чему из опыта этой страны могут научиться другие?

Предыстория: уголь vs климат

Южно-Африканская Республика мало готова к энергетической трансформации. По индексу Energy Transition Index Всемирного экономического форума «Содействие эффективному энергетическому переходу», она занимает предпоследнее место среди 115 стран мира.

Такой показатель африканского государства не удивителен из-за его зависимости от ископаемого топлива: Южная Африка богата залежами угля, который доступен по низким ценам, а следовательно — до сих пор остается основным источником для выработки электроэнергии (59% в 2018 году). Всего в стране 95% электроэнергии производит, транспортирует и распределяет государственная компания Eskom, которая в 2017 году сгенерировала на угле более 80% электроэнергии. Однако такая угольная зависимость вызывает беспокойство с точки зрения климатических изменений.

Последние 20 лет Южно-Африканская Республика целенаправленно работает над увеличением доли ВИЭ и чистых источников энергии, таких как природный газ, в составе энергосистемы. В частности, здесь действуют такие программы, как Интегрированный энергетический план (IEP), Интегрированный план ресурсов (IRP) и Программа закупок независимых энергоносителей из возобновляемой энергии (REIPPPP). К счастью, для страны стоимость возобновляемой энергии в последние годы существенно снизилась. Однако энергетический переход потребует огромных капитальных затрат, новых технических знаний и изменения политического и социального менталитета.

Кстати, Украина в рейтинге Всемирного энергетического форума находится не слишком высоко — на 107 месте. А с учетом стремительного роста ВИЭ и зависимости при этом от негибкой атомной и угольной генерации, перед Украиной также остро стоит вопрос: в какой комбинации энергосистема будет работать эффективно — как с точки зрения надежности поставок электроэнергии, так и экономической составляющей.

Зеленая энергия требует нового подхода ко всей энергосистеме

В традиционном восприятии энергосистемы мы привыкли исходить из того, что электроэнергия генерируется преимущественно крупными централизованными угольными и атомными станциями.

В ситуации, когда ВИЭ постепенно становятся основным источником энергии, совершенно меняется подход к планированию энергосистемы из-за прерывистости «зеленой» генерации. Одна из главных потребностей заключается в том, чтобы балансировать ветровую и солнечную энергию. Закономерность такая: чем больше возобновляемых источников вводится в энергосистему, тем больше нужно добавлять гибких мощностей, балансирующих ее ради стабильного и надежного энергоснабжения. Поэтому уже сейчас надо серьезно задуматься над тем, как определить оптимальную комбинацию мощностей для каждой конкретной территории.

poster
Дайджест главных новостей
Бесплатная email-рассылка только лучших материалов от редакторов НВ
Рассылка отправляется с понедельника по пятницу

Скажем, страна «А» решает добавлять в энергосистему ВИЭ и устанавливает цель 50% чистой энергии, например, в 2030 году. Можно достаточно легко посчитать, сколько мощностей ВИЭ для этого нужно. Но как понять, какой должны быть остальные энергосистемы? Насколько гибкими должны быть эти мощности? Как стране «A» этого достичь? И сколько, наконец, будет стоить такая энергосистема?

Важно четко предусмотреть и спланировать будущее, чтобы избежать ложных инвестиционных решений. Например, сегодня можно установить жесткие ТЭС, они хорошо «вписываться» в энергосистему и будут эффективно работать определенное время. Но через 5−10 лет окажется, что это напрасные инвестиции, потому что такие мощности из-за негибкости сдерживают развитие ВИЭ и сами работают неэффективно. Следовательно, первоначальное решение было ошибочным.

Это типичные вопросы, которые ставит перед собой любая страна, где растет доля «зеленой» энергии. Единственный надежный способ ответить на них — определить наиболее оптимальное решение для состава мощностей (менее затратное) с учетом всех технических ограничений и путем математического моделирования.

Зачем нужно моделирование?

По заказу правительства ЮАР компания Wärtsilä осуществила комплексное моделирование энергосистемы с помощью программы Plexos. Тщательный анализ позволил рассчитать, что для обеспечения гибкости и поддержки страны в ситуации прерывности ВИЭ нужны высокоманёвренные электростанции на природном газе общей мощностью 3 ГВт. Поскольку страна имеет ограниченные ресурсы природного газа, было предложено решение, которое базировалось на схеме импорта сжиженного газа (СПГ). Несмотря на высокую стоимость спотовых закупок сжиженного природного газа, экономия в энергосистеме составит более $250 миллионов в год.

Wärtsilä начала глубинный анализ и моделирование энергосистем современными методами с 2011 года. Интересно, что тогда даже специалисты не видели в этом существенной ценности, поскольку страны и территории еще не сталкивались с серьезными проблемами гибкости в реальности. Когда методы, применявшиеся в Wärtsilä, демонстрировали будущую потребность в гибкости, большинство традиционных способов моделирования не показывали такой необходимости.

Современное хронологическое моделирование уже признано позволяющим разрабатывать наиболее точные планы развития. На сегодня компания Wärtsilä уже осуществила моделирование для 80 энергосистем мира и доказала многим странам, что предварительные планы были неспособны интегрировать такие объемы ВИЭ, как они ожидали.

Чем современное моделирование отличается от традиционного?

Оно учитывает ряд различных факторов, таких как реальные режимы работы энергосистемы, потребность в балансировании ВИЭ и объемы резервов. Также учитываются все технические ограничения системы и отдельных станций, такие как максимальная мощность, минимальный устойчивый уровень нагрузки, время выхода на рабочую мощность, вариативные показатели объемов генерации солнечных и ветровых установок и тому подобное. Обязательно учитываются и финансовые параметры, такие как стоимость топлива и топливная эффективность, операционные расходы, стоимость пуска энергоустановок и др.

Как только все эти данные загружаются в программное обеспечение, система определяет оптимальное использование электростанций для почасового покрытия спроса на электроэнергию дешевым способом в течение года. В такой системе моделирования осуществляется четко и последовательно (хронологически), в отличие от других подходов, например, кривой продолжительности нагрузки, которая предлагает приближенные величины.

Когда в разных странах растет неопределенность относительно перспектив имеющихся объектов электроэнергетики или даже целых энергосистем, необходимости и целесообразности инвестиций в новые мощности, стоимости для будущего тех решений, которые принимаются сегодня, — необходимы надежные инструменты для оценки этих решений. Поэтому мы не имеем никаких сомнений, что моделирование будет играть решающую роль в формировании будущих эффективных и экологических энергосистем.

Показать ещё новости
Радіо НВ
X