Немецкая правительственная «комиссия по углю» (Kohlekommission) по итогам заседания с пятницы на субботу, которое длилось почти 21 час, рекомендовала «выход из угля» к 2038 году. За это окончательное «компромиссное решение» проголосовали 27 членов комиссии из 28. В 2022 году в ФРГ должен быть закрыт последний атомный энергоблок (законодательная норма — Atomausstiegsgesetz).
«Сумасшедший вызов», — так охарактеризовал задачу член комиссии Штефан Капферер (Stefan Kapferer), глава немецкого Союза энергетического и водного хозяйства (BDEW).

Вполне возможно, что закрытие угольных электростанций произойдёт даже раньше. Комиссия постановила, что в 2032 году следует провести оценку возможности выхода из угля в 2035 г.

«Выход из угля» к 2038 году означает, что последняя угольная электростанция должна быть закрыта до конца 2038 года. Сегодня угольная генерация вырабатывает порядка 35% немецкой электроэнергии. В течение ближайших 20 лет из системы должны быть выведены примерно 45 ГВт (гигаватт) угольных мощностей. «Сумасшедший вызов», — так охарактеризовал задачу член комиссии Штефан Капферер (Stefan Kapferer), глава немецкого Союза энергетического и водного хозяйства (BDEW).

Уже к 2022 году должны быть выведены из эксплуатации электростанции, работающие на буром угле мощностью 5 ГВт и на каменном угле мощностью 7,7 ГВт, а к 2030 году угольные мощности должны сжаться более чем в два раза – до 17 ГВт.

Комиссия договорилась об оказании помощи федеральным землям, которые пострадают от поэтапного отказа от угля в общем размере 40 миллиардов евро. Эти средства будут направлены на компенсацию операторам электростанций и потребителям электроэнергии, а также регионам, в которых добывается бурый уголь.

Напомню, в 2022 году в ФРГ должен быть закрыт последний атомный энергоблок (законодательная норма — Atomausstiegsgesetz). Поэтому немецкая энергетическая система, действительно, сталкивается с чрезвычайно серьезным вызовом, из неё в довольно сжатые сроки «изымаются» значительные «базовые» мощности. В то же время, доля ВИЭ в производстве электроэнергии должна достичь 65% уже к 2030 году, и в целом у специалистов есть представление, каким образом обеспечить интеграцию больших объемов переменчивой генерации.

В связи с выходом из угля в кратко- и среднесрочной перспективах появляется дополнительный простор для увеличения потребления природного газа в электроэнергетике ФРГ. Впрочем, следует учесть, что электроэнергетика Германии – это второстепенный потребитель газа.

К 2050 году выбросы СО2 в Германии должны быть снижены на 80-95% от уровня 1990 года, а доля ВИЭ в потреблении электроэнергии достичь 80%. Эта последняя норма может быть пересмотрена в сторону увеличения.

Как ФРГ достичь 65% доли ВИЭ в производстве электроэнергии к 2030 году?

В соответствии с коалиционным соглашением, заключённым политиками Германии в марте текущего года, стороны сформулировали цель: 65% потребления электроэнергии к 2030 году должно покрываться возобновляемыми источниками энергии.

К концу 2018 года доля ВИЭ составит примерно 40% — таково текущее развитие. Структуру генерации по итогам первого полугодия текущего мы описывали в одной из предыдущих статей.

ВИЭ в Германии представлены ветровой, солнечной, био- и гидроэнергетикой. Ветроэнергетика играет ключевую роль, она же, наряду с фотоэлектрической солнечной энергетикой, обеспечит будущий рост, поскольку гидроэнергетический потенциал невелик и практически исчерпан, а биоэнергетика также не имеет существенного простора для роста.

Увеличение доли вариабельной генерации в такой крупной энергетике как немецкая (входит в первую мировую десятку по объёму выработки), неминуемо порождает вопрос: каким образом управлять энергосистемой с такой структурой?

Немецкий аналитический центр Agora Energiewende выпустил доклад «Электрические сети для 65-процентной доли ВИЭ к 2030 году» (Stromnetze für 65 Prozent Erneuerbare bis 2030), в котором сформулировано 12 программных пунктов, раскрывающих, что нужно сделать для достижения рассматриваемой цели, и так, чтобы система работала надежно.

В ФРГ не прогнозируется рост потребления электроэнергии, и к 2030 году оно останется на примерно нынешнем уровне 600 ТВт*ч в год, из которых ВИЭ должны будут вырабатывать около 400 ТВт*ч.

Как мы видим на вариабельную часть (солнце и ветер) будет приходиться 57% производимой электроэнергии.

По расчетам исследователей, прирост мощностей ВИЭ по годам должен происходить следующим образом.

Как мы видим, фактически речь идёт о ежегодной прибавке солнечной энергетики на 5 ГВт, материковой ветроэнергетики — на 4 ГВт, а также небольшом росте офшорной ветроэнергетики.

Данные цифры в общем-то не являются исторически максимальными величинами, планы являются осуществимыми. В то же время потребуются дополнительные усилия для увеличения темпов роста в солнечной энергетике по сравнению с текущими уровнями.

Установленная мощность возобновляемой энергетики при этом должна развиваться по следующему сценарию:

Напомню, в связи с ростом доли в системе вариабельной выработки солнечных и ветровых электростанций, в Германии существенно возросли расходы на управление энергетическим хозяйством. Речь идёт как о вынужденных потерях электроэнергии (искусственном ограничении выработки), так и о возрастании числа корректировок запланированных действий оператора (redispatch).

Какие мероприятия необходимо провести, чтобы энергосистема могла эффективно, оптимально, с минимальными потерями работать с большими потоками переменчивой генерации?

Авторы, как сказано выше, предлагают 12 мер, которые направлены, в первую очередь, на модернизацию сетевого хозяйства, оптимизацию использования сетей. При этом речь идёт, главным образом, о технологиях, которые доступны уже сегодня.

Начинают эксперты с простых мер, которые могут быть реализованы в краткосрочной перспективе. Например, комплексный мониторинг температуры высоковольтных кабелей, и замена, там, где требуется, линий на высокотемпературные, что снизит сетевые потери.

Предлагается улучшить координацию при взаимодействии магистральных и распределительных электрических сетей.

Более оптимальное распределение электроэнергии в сети может быть достигнуто путем внедрения технологии активного управления на подстанциях, которая может использоваться для перенаправления потоков энергии из сильно загруженных в менее нагруженные части сети.

Потребуется внедрить технологии «электроэнергия-тепло» (power-to-heat) для преобразования «избыточной» возобновляемой электроэнергии, то есть той, которая не может быть потреблена в момент выработки, в энергию тепловую (принцип: «использовать произведённое электричество, а не ограничивать выработку»). Для этого необходимо сформировать соответствующую нормативную базу.

Для снижения числа корректировок запланированных действий (redispatch) помимо power-to-heat потребуются другие инструменты, повышающие маневренность системы. Речь идёт о сетевых батарейных накопителях энергии (главным образом для юга ФРГ) и газовых турбинах.

Авторы предлагают законодательно закрепить региональные квоты на развитие ВИЭ для того, чтобы мощности солнечной и ветровой энергетики были более равномерно распределены по территории страны. Это, среди прочего, снизит потребности в новых магистральных сетях.

К 2030 году нынешнее «ручное» управление сетевым хозяйством будет заменено на полностью автоматизированное, руководящее системой в режиме реального времени.

Полный перечень мер (на английском языке) представлен на следующем рисунке.

Таким образом, для функционирования энергосистемы с большой долей ВИЭ не требуются чудеса, применение каких-то новых, несуществующих сегодня, достижений технической мысли или ускоренное распространение технологий хранения энергии. Речь идёт о «скучных», рутинных мероприятиях по модернизации энергетического хозяйства и соответствующей нормативной базы.