Финская машиностроительная группа Wärtsilä занимается выпуском разных двигателей, энергетических установок, работающих на природном газе в прошлом году опубликовала интерактивную карту («Атлас 100% возобновляемой энергии»), на которой изображены «оптимальные по стоимости» энергетические системы, в которых 100% электроэнергии производится на основе возобновляемых источников энергии. Модели таких энергосистем были созданы для 145 стран и регионов мира, в том числе России.

В отчете говорится, что углеродно-нейтральные системы могут обеспечивать более дешевую электроэнергию по сравнению с нынешними, основанными на ископаемом топливе. Стоимость электроэнергии может быть снижена до 50% к 2050 году, если страны и регионы будут внедрять 100% возобновляемые источники энергии быстрее, чем это запланировано в настоящее время.

В текущем году Wärtsilä продолжила изыскания, и совместно с Технологическим университетом Лаппеенранта-Лахти (LUT) опубликовала доклад «Front-Loading Net Zero», в котором оценивается экономика перехода ряда стран и регионов к 100% возобновляемой энергосистеме.

Авторы составили модели для Германии, Индии и Калифорнии, трёх рынков «с совершенно разной социально-экономической динамикой, энергетическими системами и проблемами».

В частности, Индия может вдвое сократить свои затраты на электроэнергию к 2050 году, в то время как Калифорния и Германия на 17% и 8% к 2040 году соответственно.

Угольная генерация, которая сегодня производит 70% электричества в Индии и 33% в Германии, может быть надежно заменена возобновляемыми источниками энергии и «гибкими» мощностями (батареи и газовые электростанции). 

Посмотрим подробнее на Индию, самый сложный рынок с точки зрения, в частности, демографии, социально-экономических условий и нынешней структуры энергетики, в которой доминирует уголь.

Новое исследование показывает возможность создания энергосистемы с нулевым выбросами в Индии к 2050 году.

Согласно результатам моделирования, увеличение доли возобновляемых источников энергии в общей установленной мощности с 25% сегодня до 100% к 2050 году может сократить расходы на 48%, с 6000 индийских рупий (81 доллар США) за МВт*ч в 2020 году до 3120 индийских рупий / МВт*ч в 2050 году. Эти затраты включают приведённую стоимость производства электроэнергии (LCOE), стоимость хранения энергии, передачу электроэнергии и затраты, связанные с ограничением избыточной генерации из возобновляемых источников (curtailment costs):

Согласно исследованию, возобновляемые источники энергии в сочетании с гибкими технологиями (тепловые балансирующие электростанции и накопители энергии) могут повысить доступность электроэнергии, обеспечивая при этом надежность работы системы.

Ожидается, что к 2050 году потребление электроэнергии в Индии вырастет до 5921 ТВт*ч с 1345 ТВт*ч в 2020 году, а пиковая нагрузка достигнет 1023 ГВт. Чтобы обеспечивать эту увеличенную нагрузку установленная мощность индийской энергосистемы должна вырасти к середине столетия примерно в 10 раз по сравнению с нынешним уровнем — до 4000 ГВт.

Солнечная энергетика будет составлять 76% (3076 ГВт) этой общей установленной мощности, а ветроэнергетика вырастет до примерно 410 ГВт. Кроме того, в системе будут действовать ГЭС и газовые электростанции, работающие на углеродно-нейтральном газе.

Для достижения прогнозируемой доли солнечной энергетики в стране необходимо добавлять по 69 ГВт солнечных мощностей в год до 2035 года и 79 ГВт в год в период 2035-2050 гг., что намного превышает нынешние темпы.

Моделирование Wärtsilä показывает, что для создания оптимальной с точки зрения затрат возобновляемой системы необходимы обеспечивающие гибкость накопители энергии. Кроме того, также должны быть развернуты гибкие тепловые электростанции для управления внезапными скачками спроса на электроэнергию или провалами возобновляемой генерации.

Индии потребуется около 99 ТВт*ч емкости хранения и в общей сложности 187 ГВт высоко маневренных газовых установок к 2050 году, чтобы обеспечить эффективную балансировку энергосистемы. Емкость хранения включает не только батареи, но и хранилище газа, в основном в виде экологически устойчивых видов топлива (например, зеленого водорода и метана). Вместе эти технологии могут составить основу надежной и оптимальной с точки зрения затрат энергосистемы Индии.

«Увеличение объемов возобновляемой энергии может также принести большие новые доходы от производства водорода, создавая рынок технологий на сумму 39,8 миллиарда долларов», — говорят авторы исследования.

Авторы подчеркивают, что технологии, необходимые для создания систем со 100% возобновляемой энергией, уже доступны в широком масштабе по всему миру.

Президент и генеральный директор Wärtsilä Хокан Агневалл отмечает: «Наше моделирование показывает, что энергетические системы могут быть полностью декарбонизированы до 2050 года, и что ускорение перехода на возобновляемые источники энергии в сочетании с гибкостью поможет экономике процветать. У нас есть все технологии, необходимые для быстрого перехода к энергии с нулевым балансом выбросов».

Сушил Пурохит, президент Wärtsilä Energy и исполнительный вице-президент Wärtsilä, добавляет: «Не существует единого решения, подходящего для всех рынков, и в этом докладе освещаются различные пути и технологии, которые можно использовать. Однако конечная цель является общей для всех — декарбонизация производства энергии и максимальное использование наших природных источников энергии».

Российская энергосистема со 100% долей ВИЭ. Как это работает?

Компания также применила программный инструмент ресурсного планирования для электроэнергетики Plexos от Energy Exemplar вместе с прогнозами стоимости технологий генерации на 2030 г от Bloomberg New Energy Finance, чтобы вычислить наименее затратный набор энергетических ресурсов, который бы удовлетворял спрос на электроэнергию в любое время года на часовом горизонте.

Подход к моделированию от Wärtsilä предполагал строительство энергосистем «с нуля»: из сегодняшних электростанций в Атлас были включены только объекты гидро- и геотермальной энергетики.

В Атласе сравниваются два типа систем. В первом используется более широкий набор технологий и инструментов гибкости, такие как газовые электростанции и системы преобразования электроэнергии в другие субстанции — синтетическое топливо для работы этих газовых электростанций (Power-to-X). Во втором случае берутся только солнечные, ветровые электростанции и аккумуляторы (батареи). Очевидно, вторая система получается намного дороже, так как требуется строить намного больше мощностей генерации и хранения энергии. Это, в общем-то является «общим местом». Хорошо известно, что более-менее крупная энергосистема со стопроцентной или около того долей ВИЭ требует разнообразных инструментов гибкости и вряд ли сможет обойтись без крупных мощностей по преобразованию электричества в газ (водород) и его сезонного хранения.

Подход Wärtsilä понятен. Берутся большие мощности солнечных и ветровых электростанций, которые превышают (в некоторых случаях в разы) величину пикового потребления. Там где природные ресурсы позволяют, они дополняются ГЭС. Устанавливаются системы накопления энергии (батареи). Работают пиковые газовые электростанции (на синтетическом газе). Газ для них производится установками Power-to-X. Сезонные хранилища энергии (газ) обеспечивают надежность системы в периоды неблагоприятной (для солнечной и ветровой генерации) погоды.

Набор инструментов универсальный, а вот результаты, разумеется, получаются разными. Очень многое зависит от природных условий.

«Хотя в каждой стране или регионе, указанных на карте, возможен переход на 100% возобновляемую энергию, лучшие варианты могут быть совершенно разными в зависимости от того, где вы находитесь», — отмечают авторы.

«Для стран, расположенных вблизи экватора, солнечные условия будут стабильными в течение всего года… Например, в южной части Нигерии полностью возобновляемая энергетическая система будет в основном опираться на солнечную энергию, дополненную значительным объемом аккумуляторных батарей … и гибкой газовой генерацией, работающей на углеродно-нейтральном синтетическом топливе для прохождения более длительных периодов низкой доступности солнечной энергии. На Британских островах, с другой стороны, энергетическая структура будет в большей мере основываться на энергии ветра. Батареи не столь естественно сочетаются с ветровой энергией, но гибкая газовая энергетика с использованием возобновляемых синтетических топлив может поддерживать энергосистему даже в течение длительных периодов слабого ветра».

Понятно, являясь поставщиком газовых генерирующих устройств, работающих в том числе и на водороде, Wärtsilä с помощью новой модели пытается продвигать свои «индивидуальные экологически устойчивые решения для любого местоположения». В то же время вряд ли существуют основания утверждать, что качество моделирования здесь приносится в жертву «технологической ангажированности». Как мы уже отмечали, пиковые газовые электростанции и установки Power-to-Х присутствуют во всех моделях энергосистем будущего.

Посмотрим на Россию.

На карте она разделена на семь регионов, для каждого из которых моделируется соответствующая структура генерации. В каждом из регионов основным производителем электричества является ветроэнергетика. Это неудивительно, поскольку Россия обладает самым большим ветроэнергетическим потенциалом в мире. На представленной картинке показана структура энергетики в центральном регионе, включая Москву. Здесь, как ни странно, 30% выработки обеспечивает энергия солнца, а ещё 56% энергия ветра. Также предусмотрены большие мощности батарей, способные снабжать регион в течение трёх часов, и устройств Power-to-Х, готовые обеспечивать энергоснабжение в течение 18 дней.

Модель Wärtsilä обходится не только без углеводородов, но и без биоэнергетики и мирного атома. Этим она похожа на научные работы коллектива из Стэндфордского университета под руководством проф. Джейкобсона, стоящего за «воду, ветер и солнце».

Финские промышленники дают, конечно, упрощенную картину (ссылаясь на более фундаментальные научные работы), которая удобна для восприятия, но не является прямым руководством к действию. Впрочем, компания и не претендует на особую глубину, подчёркивая, что её карта является отличным поводом «для начала разговора».

Хотя отрицать её некоторое практическое значение мы не будем.

На сегодняшний день многие страны приняли законы, предусматривающие переход на возобновляемую энергию к той или иной дате. Для их политиков и энергетических регуляторов новый Атлас и соответствующая методология могут являться подспорьем в деле планирования будущей структуры электроэнергетики. Для государств, в которых такой переход только обсуждается, модель предоставляет дополнительный аргумент в его пользу, подтверждает технико-технологическую реализуемость полностью возобновляемых энергосистем.

https://renen.ru/rossijskaya-energosistema-so-100-dolej-vie-kak-eto-rabo...

Thyssenkrupp увеличит мощности по выпуску электролизёров до 5 ГВт в год

В прошлом году немецкий концерн Thyssenkrupp объявил, что расширит своё производство электролизёров до 1 ГВт в год.

Вчера компания сообщила, что нарастит свои производственные мощности до 5 ГВт. Такой скачок лишний раз показывает, насколько быстро развиваются события в нарождающейся водородной экономике.

Напомню, 5 ГВт работающих электролизёров — это цель на 2030 год, поставленная в водородной стратегии ФРГ.

thyssenkrupp участвует в трех водородных проектах, финансово поддерживаемых правительством ФРГ. Это — серийное производство крупномасштабных электролизеров (H2Giga), производство синтетического топлива, зеленого аммиака, зеленого метанола и синтетического метана в море (H2Mare), а также технологии транспортировки и преобразования водорода, такие как крекинг аммиака (TransHyDE). «Эти флагманские проекты объединят опыт в области водородных технологий в науке, промышленности и гражданском обществе по всей Германии, тем самым обеспечив начальный импульс для разработки, концепции и внедрения водородных решений в промышленных масштабах», — говорится в заявлении.

thyssenkrupp получит субсидию на сумму почти 8,5 млн евро на исследования и разработки в области крупномасштабного производства щелочных электролизёров (AWE). С одной стороны, цель состоит в том, чтобы воспользоваться эффектами масштаба и тем самым снизить производственные затраты. С другой стороны, расширение существующей цепочки поставок электролизёров позволяет реализовать большие объемы проектов, так что несколько гигаваттных проектов могут реализовываться одновременно каждый год.

Мартина Мерц, генеральный директор thyssenkrupp AG подчеркивает необходимость этой исследовательской инициативы: «В последние месяцы мы наблюдали значительный сдвиг в размерах проектов — от нескольких сотен мегаватт до гигаватт, так что крупномасштабное и автоматизированное серийное производство уже сегодня соответствует рыночному спросу».

Проект H2Giga под руководством thyssenkrupp направлен на развитие производства AWE, наиболее развитой на сегодняшний день технологии, готовой к выпуску на рынок и используемой, прежде всего, для крупномасштабных промышленных приложений.

Стандартизированный модуль мощностью 20 МВт от thyssenkrupp также выгоден с точки зрения экономических аспектов и защиты климата, говорит компания. В отличие от компактной конструкции электролизеров PEM, одноэлементная технология, используемая для AWE, позволяет проводить выборочные работы по техническому обслуживанию отдельных ячеек вместо замены всей установки.

В начале нынешнего года крупные производители электролизёров – британская ITM Power и норвежская NEL – практически одновременно заявили о резком снижении стоимости электролизеров в ближайшее время. Оно будет обеспечено благодаря мощному расширению масштабов производств. И мы видим, что это расширение происходит быстро.

https://renen.ru/thyssenkrupp-uvelichit-moshhnosti-po-vypusku-elektroliz...