• Finnish Energy Hub

Моделювання енергосистем. Досвід ПАР

Ян Андерссон, старший аналітик з розвитку ринків, Wärtsilä Energy


Джерело: Новое время


Південно-Африканська республіка однією з перших скористалася сучасним моделюванням. Чому з досвіду цієї країни можуть навчитися інші?

У часи, коли ідея енергетичного переходу вже не виглядає нездійсненною, інвестувати потрібно в такі активи, що забезпечать чисту енергію й будуть гнучкими та надійними. Але як сьогодні можна визначити, які саме активи чи їх комбінація будуть доцільними за 20 років? Передові методи моделювання енергосистем допоможуть зробити правильний вибір для інвестицій, що працюватимуть у майбутньому.

Південно-Африканська республіка однією з перших скористалася сучасним моделюванням. Чому з досвіду цієї країни можуть навчитися інші?


Передісторія: вугілля vs клімат

Південно-Африканська Республіка мало готова до енергетичної трансформації. За індексом Energy Transition Index Всесвітнього економічного форуму «Сприяння ефективному енергетичному переходу», вона посідає передостаннє місце серед 115 країн світу.


Такий показник африканської держави не дивний через її залежність від викопного палива: Південна Африка багата на поклади вугілля, яке доступне за низькими цінами, а отже — досі залишається основним джерелом для вироблення електроенергії (59% у 2018 році). Загалом у країні 95% електроенергії виробляє, транспортує й розподіляє державна компанія Eskom, яка у 2017 році згенерувала на вугіллі понад 80% електроенергії. Однак така вугільна залежність викликає занепокоєння з погляду кліматичних змін.


Останні 20 років Південно-Африканська Республіка цілеспрямовано працює над збільшенням частки ВДЕ й чистих джерел енергії, таких як природний газ, у складі енергосистеми. Зокрема, тут діють такі програми, як Інтегрований енергетичний план (IEP), Інтегрований план ресурсів (IRP) та Програма закупівель незалежних енергоносіїв з відновлюваної енергії (REIPPPP). На щастя, для країни вартість відновлюваної енергії останніми роками суттєво знизилася. Однак енергетичний перехід вимагатиме величезних капітальних витрат, нових технічних знань і зміни політичного й соціального менталітету.


До речі, Україна в рейтингу Всесвітнього енергетичного форуму знаходиться не надто високо — на 107 місці. А з урахуванням стрімкого зростання ВДЕ й залежності при цьому від негнучкої атомної та вугільної генерації, перед Україною також гостро стає питання: у якій комбінації енергосистема працюватиме найефективніше — як з погляду надійності постачання електроенергії, так й економічної складової.


Зелена енергія вимагає нового підходу до всієї енергосистеми


У традиційному сприйнятті енергосистеми ми звикли виходити з того, що електроенергія генерується переважно великими централізованими вугільними й атомними станціями.


У ситуації, коли ВДЕ поступово стають основним джерелом енергії, абсолютно змінюється підхід до планування енергосистеми через переривчастість «зеленої» генерації. Одна з головних потреб полягає в тому, щоб балансувати вітрову чи сонячну енергію. Закономірність така: що більше відновлюваних джерел вводиться в енергосистему, то більше потрібно додавати гнучких потужностей, які її збалансовують, заради стабільного й надійного енергопостачання. Тому вже зараз треба серйозно задуматися над тим, як визначити оптимальну комбінацію потужностей для кожної конкретної території.


Скажімо, країна «А» вирішує додавати в енергосистему ВДЕ й встановлює ціль 50% чистої енергії, наприклад, у 2030 році. Можна досить легко порахувати, скільки потужностей ВДЕ для цього потрібно. Але як зрозуміти, якою має бути решта енергосистеми? Наскільки гнучкими мають бути ці потужності? Як країні «A» цього досягнути? І скільки, зрештою, коштуватиме така енергосистема?


Важливо чітко передбачити й спланувати майбутнє, щоб уникнути помилкових інвестиційних рішень. Наприклад, сьогодні можна встановити негнучкі ТЕС, вони добре «вписуватимуться» в енергосистему й ефективно працюватимуть певний час. Але за 5−10 років виявиться, що це марні інвестиції, бо такі потужності через негнучкість стримують розвиток ВДЕ й самі працюють неефективно. А отже, початкове рішення було хибним.

Це типові питання, які ставить перед собою будь-яка країна, де зростає частка «зеленої» енергії. Єдиний надійний спосіб дати відповіді на них — визначити найбільш оптимальне рішення для складу потужностей (найменш витратне) з урахуванням всіх технічних обмежень і шляхом математичного моделювання.


Навіщо потрібне моделювання?


На замовлення уряду ПАР компанія Wärtsilä здійснила комплексне моделювання енергосистеми за допомогою програми Plexos. Ретельний аналіз дав змогу розрахувати, що для забезпечення гнучкості й підтримки країни в ситуації переривчастості ВДЕ потрібні високоманеврені електростанції на природному газі загальною потужністю 3 ГВт. Оскільки країна має обмежені ресурси природного газу, було запропоноване рішення, що базувалося на схемі імпорту скрапленого газу (СПГ). Не зважаючи на високу вартість спотових закупівель скрапленого природного газу, економія в енергосистемі становитиме понад $250 мільйонів на рік.

Інфографіка: Wärtsilä Energy

Wärtsilä розпочала глибинний аналіз і моделювання енергосистем сучасними методами з 2011 року. Цікаво, що тоді навіть фахівці не бачили в цьому суттєвої цінності, оскільки країни й території ще не стикалися з серйозними проблемами гнучкості в реальності. Коли методи, що застосовувалися у Wärtsilä, демонстрували майбутню потребу в гнучкості, більшість традиційних способів моделювання не показували такої необхідності.


Сучасне хронологічне моделювання вже визнане як таке, що дає змогу розробляти найбільш точні плани розвитку. На сьогодні компанія Wärtsilä вже здійснила моделювання для 80 енергосистем світу й довела багатьом країнам, що попередні плани були нездатні інтегрувати такі обсяги ВДЕ, як вони очікували.


Чим сучасне моделювання відрізняється від традиційного?


Воно враховує низку різних факторів, таких як реальні режими роботи енергосистеми, потреба в балансуванні ВДЕ та обсяги резервів. Також враховуються усі технічні обмеження системи й окремих станцій, такі як максимальна потужність, мінімальний стійкий рівень навантаження, час виходу на робочу потужність, варіативні показники обсягів генерації сонячних та вітрових установок тощо. Обов’язково беруться до уваги й фінансові параметри, такі як вартість пального й паливна ефективність, операційні витрати, вартість пуску енергоустановок тощо.


Як тільки всі ці дані завантажуються в програмне забезпечення, система визначає оптимальне використання електростанцій для погодинного покриття попиту на електроенергію найдешевшим способом протягом року. В такій системі моделювання здійснюється чітко й послідовно (хронологічно), на відміну від інших підходів, приміром, кривої тривалості навантаження, яка пропонує наближені величини.


Коли в різних країнах зростає невизначеність щодо перспектив наявних об'єктів електроенергетики чи навіть цілих енергосистем, необхідності й доцільності інвестицій у нові потужності, вартості для майбутнього тих рішень, що ухвалюються сьогодні, — необхідні надійні інструменти для оцінки цих рішень. Тож ми не маємо жодних сумнівів, що моделювання відіграватиме вирішальну роль у формуванні майбутніх ефективних й екологічних енергосистем.


#finnish_energy_hub #100renewables #renewable_energy #balancing_capacities #відновлювана_енергетика #чиста_енергія #маневрені_потужності #моделювання

132 views