Чистая энергия в новом свете (2 фото)

Пару десятилетий назад, чистая энергия казалась нам чем-то несбыточным. Мы мечтали о чистом воздухе и бесконечных природных ресурсах. На сегодняшний день, для жителей России эти мечты начинают сбываться – доля возобновляемых источников энергии теперь составляет около 1%, не считая гидроэлектростанций. Однако, после этого возникли новые проблемы. Это не ветряки, которые вдруг стали производить углекислоту, или не недостаток места для солнечных батарей. Проблемы связаны с так называемым переходным периодом. Это означает, что в будущем человечеству необходимо будет снизить зависимость от добываемого топлива. А также, поэтапно, заменить его на энергию солнца и ветра.

Только недавно стало ясно, что ранее мы не задумывались о том, насколько трудным будет переход от привычной нам энергетики к альтернативной. И это уже не просто теория, а практика. Например, в Германии, в связи с сокращением спроса на электроэнергию и значительное снижение ее цены, энергетическая компания RWE AG оповестила, что планирует уменьшение генерирующих мощностей на 6%.

Следствием этого была не только нездоровая ситуация в экономической среде, но и сильное противоборство компаний, разрабатывающих ветряные и солнечные инсталляции. По словам RWE, большинство европейских электростанций, на данный момент, нерентабельны. Виной всему является солнечная энергия. Такие же затруднения возникли и у основного конкурента RWE – компании E.ON.

Некоторые люди, впрочем, в восторге от происходящего. Также как и европейские законотворцы, которые финансируют чистую энергию и способствуют приостановлению деятельности простых электростанций. Тем не менее, в Германии, занимающей лидирующую позицию в производстве альтернативной энергетики, где 20 % электропотребления приходится на ветер, солнце и др., предполагается противоположная ориентация. Финансирование альтернативщикам собираются сократить. Соответственно, возникает вопрос: зачем? Правительство Германии, во главе с Ангелой Меркель, беспокоит не столько разоряющиеся энергогиганты, сколько энергетическая безопасность страны. Так что же плохого в солнечных батареях и ветряках? Ведь солнце не планирует гаснуть, и ветра не перестанут дуть – однако, чистая энергия обладает определенной спецификой, к которой еще необходимо приспособиться. И, пока это не произойдет, Германия может лишить себя резервной мощи, которая будет очень необходима в чрезвычайных ситуациях. Однако, это лишь одна сторона медали.

Чтобы вы могли лучше себе представить, какая сложная задача стоит перед энергетиками, вообразите сеть, состоящую из нескольких сотен узлов. Из них часть потребляет электричество, а другая выдает его. Несмотря на то, что каждый узел соединен с ближайшим к нему, взаимосвязь с отдаленными элементами сети является закономерной. Если в каком-то месте происходит разрыв линии, или же вышел из строя генератор, нагрузка на другие линии и узлы мгновенно изменяется. Это может привести к нехватке толщины проводов. Возможно, также, что трансформаторы в районных подстанциях окажутся не столь мощными. Эта проблема до такой степени трудная и многоэтапная, что энергетики сводят ее к пресловутому «сферическому телу в вакууме». Объясняя подробнее – узлы являются точками, а линии представлены графами, и у всех элементов есть свой определенный набор параметров. Итак – вышла матрица чисел, которую можно высчитать с помощью компьютера.

Однако, образование большой величины альтернативных генерирующих мощностей может осложнить ситуацию еще больше. На данный момент, в США и Европе, в рамках государственных программ, ведется исследование явлений, которые могут возникнуть в энергосетях, при увеличении доли альтернативной генерации как минимум до одной трети. Главной задачей является гарантия потребителям в бесперебойной подаче электроэнергии, а также то, что простые электростанции продолжат свое функционирование. Отсюда следует, что в наличие есть две проблемы, которые, по большей части, относятся к компьютерным системам и IT-специалистам.

Чистая энергия в новом свете (2 фото)

Первая проблема вытекает из того, что альтернативные генераторы вырабатывают электроэнергию не по потребностям, а из того, что могут дать погодные условия. Вдобавок, место установки «чистых» электростанций трудно связать с нуждами потребителей, ведь и так ясно, что солнцу и ветру абсолютно все равно, какое количество энергии необходимо для жителей конкретного района. Для всего этого необходимо увеличить расстояние передачи электроэнергии, что приведет к переустройству нынешних линий электропередач. И для этого нужен четкий контроль за состоянием электросетей по отдельности.

Как вы думаете, во что может трансформироваться матрица, если в сети возникнет большое количество альтернативных источников электроэнергии? Любой дом будет переходить от использования к генерации, отдавая при этом избыток электричества в сеть. А так как до этого генерации происходила непосредственно на электростанциях, то тут всплеск мощности нельзя будет предвидеть. Поэтому недостаточно просто разработать электросеть, способную выдержать подобную нагрузку, необходимо узнать, как производить управление перетоками.

По мнению специалистов, на сегодняшний день наблюдение за электрическими сетями основано на технике и технологиях с низкой частотой дискретизации. Каким образом диспетчеры контролируют состояние перетоков энергии в сетях? При помощи SCADA–систем. Они представляют из себя большое количество датчиков, рассеянных по линиям и подстанциям. Данные от них поступают на главный пульт мониторинга, где компьютеры представляют всю информацию в цифровом виде. Но эти SCADA–системы не могут работать меньше, чем нескольких секунд. Для того, чтобы сделать систему «умной», ее нужно оснастить соответствующими сенсорами и техникой. В этом случае, электроэнергетика перекликается с областью задач big data.

В случае удачного подсчета, преобразовать нынешние электросети, в целую сеть умных, за столь небольшой срок не получится – это нереально дорого. Вы только представьте, во сколько может обойтись преобразование сети, которая не менялась сто лет. Тем не менее, альтернативная энергетика в Европе и США формируется очень быстро. Согласно плану, который утвердили члены Европейского союза, большая часть европейских стран через семь лет будут обязаны обеспечивать свои нужды в электричестве «чистой» энергией хотя бы на четверть. В этом и проявляется нежелательный момент, ведь нынешние электроэнергетические системы не способны выдержать увеличение количества «чистых» источников, которые превышают одну пятую часть от общего объема генерируемой мощности.

Но выход существует. Суть заключается в том, чтобы оперативно регулировать простые электростанции в зависимости от конкретных ситуаций в определенном районе. Получается так, что в солнечный летний день, когда не возникает необходимости в использовании газовых электростанций, их можно будет просто выключать. А в случае надобности – включить вновь. До этого момента существовал вопрос, не станут ли препятствием дополнительные расходы, в прибыли от экономии, которую предоставляет «чистая» энергия. Не так давно Минэнерго США представило доклад о серии исследований, в которых ведомство занималось раскрытием этого вопроса. В общем, итог был довольно оптимистичным: не будет! Вопреки тому, что один мегаватт будет ориентировочно на доллар дороже, экономия будет выше во много раз.

На данный момент достигнута устная договоренность о расширении доли альтернативной энергии на рынке до 35%. Это говорит о том, что США и Европа будут развиваться, не думая о полном преобразовании электросетей до 2020 года. В дальнейшем, возникнет новая задача. Это модифицирование старых систем. Потребуются новые ЛЭП, станции аккумуляции электроэнергии, точный прогноз погоды, привлечение альтернативных генерирующих мощностей, в процесс регулируемой генерации. Финансирование обычных электростанций, которым также необходимо будет преобразование. Основополагающей стороной простых электростанций нового времени, будет умение быстро запускать процесс работы – с нулевого уровня до полного разгона.