Человечество наращивает потребление и производство электроэнергии, уделяя особое внимание возобновляемым или «зелёным» источникам. Согласно свежим исследовательской компании REN21, доля возобновляемых источников энергии в мировом производстве составила 10,4%. Причём в передовых странах эта доля выше: ЕС в 2017 году получал 17,5% энергии из возобновляемых источников, а цель на 2020-й год — 20%. По мере увеличения доли ВИЭ в выработке увеличивается и значимость связанных с ними проблем. Что это за проблемы, как их решают виртуальные электростанции и что вообще это такое? Рассказываем. Что не так с «зелёной» энергетикой? В целом всё так. На сайте компании Enerdata можно посмотреть данные о производстве энергии за 1990-2017 год с разбивкой по странам — по графикам видно, что большинство стран наращивают долю возобновляемых источников энергии.
Некоторые страны Европы не только достигли целевых показателей по увеличению доли электроэнергии из возобновляемых источников, но и превысили их. В лидерах Швеция, Финляндия и Латвия. Источник: Eurostat
Наше будущее неизбежно связано с альтернативной энергетикой, а для самых продвинутых стран и отдельных отраслей в них это и вовсе уже настоящее. Так, Нидерландские железные дороги с 2017 года ездят исключительно на электричестве от ветряков. И перевозят таким образом порядка 320 млн пассажиров в год, что в 18,5 раз больше, чем всё население страны (для сравнения: РЖД перевозят в год примерно 1 млрд пассажиров, то есть 7-8 населений России).
Другой пример — Норвегия: более 97,8% энергии, производящейся в этой стране, вырабатывается альтернативными источниками.
То есть вроде бы всё здорово, но свои сложности всё-таки есть: при всех своих преимуществах альтернативная энергетика не может обеспечить постоянный уровень производства электричества. Иногда электричества меньше, чем нужно потребителям электросети. Иногда — наоборот, и это тоже проблема, так как излишки электричества нужно куда-то девать. Солнечные батареи работают только днём, их КПД зависит от времени года и погодных условий. Ветряные фермы зависят не только от наличия ветра, но и, к примеру, прекращают работу на время сезонного перелёта птиц. Приливные электростанции и вовсе работают по нескольку часов в день, во время приливов и отливов. В этом и заключается главная проблема и главное отличие от атомных и тепловых электростанций. И чем больше выработки приходится на «зелёные» источники, тем выше важность этих проблем. Также возобновляемые источники энергии часто находятся далеко друг от друга, что требует более сложной инфраструктуры, чем в случае централизованного производства сравнимого объёма энергии.
Волновые электростанции как источник возобновляемой энергии
... волновые электростанции, представляющие собой плавучие заводы, обеспечивают переработку морепродуктов, химическое производство, электролизное производство, ... экологически чистых возобновляемых источников энергии (ВИЭ) уже ... Волновая гидроэлектростанция (ВГЭС) - это тип гидроэнергетических установок, получающих электричество из кинетической энергии морских волн. В основе работы различных волновых ...
Для решения этих проблем придумали виртуальные электростанции (ВЭС, они же VPP — Virtual Power Plants).
Так называют программно-аппаратные комплексы, которые позволяют управлять огромным количеством разрозненных установок генерации энергии, будто это одна электростанция. Программное обеспечение, созданное с использованием технологий машинного обучения, распределяет электричество между потребителями, а также резервирует излишки, используя их для компенсации суточных спадов. И тут особенно важны внедрённые в код элементы самообучаемого ИИ, которые учатся прогнозировать спады производства и пики потребления, оптимизируя движение энергии внутри системы.
Если объяснять проще, виртуальная электростанция — это биржа продавцов и покупателей электроэнергии, которая уравновешивает спрос и предложение энергии. В результате все потребители электричества пользуются «зелёной» энергией так, как если бы она была сгенерирована классической АЭС или ТЭЦ. То есть электричество в сети есть всегда и напряжение в сети постоянное. А производители энергии гарантированно продают произведённое.
элементы:
- источники энергии (возобновляемые и традиционные),
- потребители электричества (бизнес и население),
- система накопления энергии (аккумуляторы),
- датчики IoT для сбора информации и управления работой потребителей,
- ПО, управляющее работой энергосети.
Виртуальные электростанции могут легко масштабироваться до глобальной всепланетной инфраструктуры, не говоря уже о потребностях любого отдельно взятого государства. Источник: Toshiba
В энергосистемах, где электричество вырабатывается солнечными и ветряными электростанциями и распределение энергии осуществляется без использования виртуальных электростанций, приходится резервировать энергию, и не менее 13-15% выработанной и зарезервированной энергии в норме не используется. В результате выработка электричества оказывается менее выгодной. В системах с виртуальными электростанциями количество ненужных резервов намного меньше. В идеале оно вообще должно стремиться к нулю.
Также программные алгоритмы ВЭС позволяют снизить потребление энергии в системе за счёт минимизации потерь при передаче энергии и тонкой работе с датчиками интернета вещей. Так, с их помощью можно регулировать отопление зимой и кондиционеры летом, экономя энергию при достижении заданных температур. А можно привязать вентиляцию здания к количеству человек внутри, заставив её функционировать на максимум только в рабочие часы.
Перспективность рынка виртуальных электростанций видна по финансовым вложениям. Согласно Markets and Markets, в 2016 годы мировой рынок ВЭС составлял 193,4 млн долларов США, а прогноз до 2021 года составляет 709 млн долларов США. В абсолютном выражении это все еще немного, но динамика вполне однозначная, и далее, когда технологии обкатаются, а интернет вещей получит дальнейшее развитие, нас ждёт рывок.
Атомные электростанции и их опасность
... атомные электростанции, электростанции, работающие на нефти и ее производных, некоторые виды солнечных. Гидроэлектростанции - преобразовывают энергию движущейся воды в электричество, передавая ее непосредственно на турбину. К ним относятся гидроэлектростанции и приливные электростанции. Электростанции, ... свойством замедлять нейтроны, не поглощая их. Поскольку в естественном уране имеется достаточно ...
Пока все основные проекты ВЭС либо реализуются, либо уже работают в тестовом режиме. Одним из первых в мире практических примеров применения ВЭС проект PowerShift Atlantic, реализованный в канадской провинции Нью-Брунсвик и окрестностях в 2010-2015 годах. Он объединил энергосистемы Нью-Брунсвика, Новой Шотландии и острова Принца Эдуарда, состоящие как из «ископаемых», так и возобновляемых источников энергии. В результате запуска виртуальной электростанции, были практически полностью сглажены пиковые нагрузки в сети.
Природные условия на юго-востоке Канады благоприятны для развития альтернативных источников энергии: ветровых ферм и гидроэлектростанций. Однако до внедрения ВЭС их развитие стопорилось невозможностью обеспечить производство энергии на постоянном и прогнозируемом уровне. В рамках реализации проекта PowerShift Atlantic этого удалось добиться. Источник: PowerShift Atlatic
С началом работы ВЭС переключение между источниками энергии начало происходить незаметно для пользователей, устранена зависимость от погодных условий, что позволило дальше развивать ветряные и гидроэлектростанции. Совокупная мощность контролируемой ВЭС энергосистемы составляет более 6200 МВт.
Один из самых известных и масштабных проектов ВЭС, реализуемых прямо сейчас, —детище Tesla, гигантская виртуальная электростанция в Южной Австралии, объединяющая 50 тыс. домов с установленными солнечными панелями и батареями Powerwall 2. Важность проекта заключается в том, что это уже разработка государственного уровня, а не инструмент для решения локальной проблемы. Главная цель австралийской ВЭС — дополнить и усилить общегосударственную энергосистему и снизить стоимость электроэнергии для абонентов. Когда проект будет завершен, солнечная ферма Tesla будет производить 250 МВт энергии, а ее батареи смогут накапливать до 650 МВт/ч. Это крупнейший «зелёный» проект Австралии на данный момент.
Что объединяет эти проекты? Доступность возобновляемых ресурсов (на Атлантическом побережье Канады одна из лучших в мире ветровых обстановок для создания ветряных электростанций; в южной Австралии 180 солнечных дней в году) и наличие жилых кварталов городов с неплотной протяженной застройкой.
Аналогичные проекты реализованы в (в результате работы ВЭС, выбросы парниковых газов там снизились на 0,5%), Словении , Германии , Гавайских островах .
Развитие виртуальных электростанций серьёзно тормозится на законодательном уровне. Дело в том, что продажа электроэнергии потребителям во многих странах разрешена только для государства, которое выкупает её у частных производителей. Поэтому организовать частную распределенную сеть без государственного участия оказывается невозможно.
Твердые бытовые отходы как возобновляемый источник энергии
Актуальность выделения энергетической фракции из твердых бытовых отходов заключается в том, что использование ее в качестве топлива позволяет сократить объемы использования ископаемого топлива, значительно сократить объем отходов, направленных на полигон и сократить ...
Если посмотреть на российский опыт, нужно отметить медленный, но неотвратимый прогресс. В 2017-м году Правительство РФ утвердило «План мероприятий по стимулированию развития генерирующих объектов на основе возобновляемых источников энергии с установленной мощностью до 15 кВт», который подразумевает полноценную работу малых возобновляемых источников энергии, таких как частные ветряки и солнечные панели. Специальный льготный «зелёный тариф», по которому владельцы домашних электростанций могли бы продавать государству излишки электричества, до сих пор не введён, но законопроект рассматривается в Госдуме, и есть хорошие шансы, что он будет принят в этом году.
Также слабым местом виртуальных электростанций является высокая стоимость внедрения, которую трудно спрогнозировать. Необходимы альтернативные электростанции, которые производят дорогое электричество, которое само нуждается в субсидировании. Необходима установка и синхронизация IoT-датчиков, которые, в свою очередь, предъявляют высокие требования к качеству интернет-подключения (впрочем, в передовых странах эта проблема будет решена с развёртыванием сетей 5G).
Необходимо сложное программное обеспечение и постоянная его поддержка. И это опять приводит нас к необходимости поддержки государства или иного крупного инвестора на этапе запуска ВЭС.
Виртуальные электростанции будут активно развиваться, постепенно продавливая устаревшее законодательство по всем странам мира. Приблизительно к 2021 году мы станем свидетелями появления совершенно нового рынка электричества, тесно связанного с виртуальными электростанциями, умным распределением энергетических резервов и оптимизацией энергопотребления всех участников рынка. Именно к этому году в США, ЕС и Японии завершатся проекты строительства крупных виртуальных электростанций, и их преимущества станут очевидными.
Налаженные системы ВЭС стимулируют мир увеличить долю альтернативных источников энергии, что поспособствует улучшению экологической обстановки на планете и экономии природных ресурсов. Плюс, полностью поменяется энергетическая инфраструктура: вместо гигантских электростанций и паутины проводов, расходящихся к потребителям, мы получим децентрализованную сеть. А это означает, что будущие энергосистемы человечества станут менее уязвимы в случае катаклизмов — в той же Японии, где доля возобновляемых источников энергии невелика и составляет около 17%, активно интересуются ВЭС именно в этом контексте. Децентрализация энергопотоков поможет японцам избежать массовых отключений электричества во время землетрясений и тайфунов.
Также децентрализованная сеть производителей и потребителей электричества сможет создать больше станций заряда для электромобилей и стимулирует этим отрасль. И не стоит сбрасывать со счетов то, что чем меньше человечество нуждается в сверхмощных производителях электроэнергии, чем меньше вероятность крупных техногенных катастроф. Так постепенно мы делаем нашу планету лучше, комфортнее и безопаснее. И все останутся в выигрыше.
Понравилась статья? Тогда поддержите нас, поделитесь с друзьями и заглядывайте по рекламным ссылкам!
