Моделирование границ экономичной работы ВИЭ в энергосистеме Германии
Хочу привести тут довольно давнюю статью (не мою) с обсуждением моделирования совместной работы ВИЭ, аккумуляторов и неманеврирующих мощностей. В основном рассматривается влияние доли ВИЭ на количество избыточной генерации электроэнергии. Довольно интересно, для понимания реальных границ и проблем интеграции ВИЭ в этом аспекте.
Analysis of Photovoltaics and Wind Power in Future Renewable Energy Scenarios
Niklas Kreifels,* Johannes N. Mayer, Bruno Burger, and Christof Wittwer[a]
В нём рассматривается 4 сценария развития ситуации.
1. Ничего не делая просто наращивать мощности ветра и солнца соблюдая оптимальную их пропорцию (55% - установленная мощность ветра, 45% - установленная мощность солнца; такая пропорция является отимальной, т.к. ветер и солнце в Германии имеют высокую обратную корреляцию - когда дует ветер зачастую нет солнца, а когда хорошо светит солнце, тогда ветер дует слабо)
2. Ввести дополнительную нагрузку 5 ГВт, которая бы включалась в тот момент, когда вырабатываемая энергия солнца и ветра + неснижаемый остаток мощности 20 ГВт превышают потребности в электричестве (60-70 ГВт). Дополнительная нагрузка это тепловые насосы или простой нагревательный элемент.
3. Снизить неснижаемую мощность с 20 ГВт до 5 ГВт (за счёт сворачивания атомных станций и повышения манёвренности электростанций на буром угле) и ввести дополнительную нагрузку 5 ГВт
4. Снизить неснижаемую мощность с 20 ГВт до 5 ГВт, ввести дополнительную нагрузку 5 ГВт, удвоить мощность и ёмкость хранилищ с 40 GWh, 9 GW (сейчас это ГАЭС) до 80 GWh, 18 GW
Чтобы понять зачем всё это, надо понять в чём же состоит проблема при возрастании доли ветра и солнца. Проблема вот в чём: при увеличении установленной мощности ветра и солнца могут случаться моменты, когда вырабатываемая мощность от ветра и солнца + неснижаемый остаток мощности остальных генерирующих мощностей превышает потребности в электричестве. В этом случае разница просто будет теряться.
Для 1-ого сценария рассчитывается (на основе графика мощности генерации солнца и ветра за прошлые годы) количество потерь при различной доле ветра и солнца в энергосистеме. Результаты приведены на графике:
По осям отложены установленные мощности ветра и солнца, линии выпуклые вверх показывают количество используемого электричества от ветра и солнца за год в процентах, линии выпуклые вниз показывают долю ветра и солнца в энергосистеме, белые точки показывают оптимальное соотношение установленных мощностей ветра и солнца.
Например, при доле ветра и солнца в 37% (при условии оптимальной пропорции ветра и солнца) потери энергии составят 10%. Вполне приемлемо. При доле 33% потери будут 5% - ещё лучше. И это при нулевом экспорте электроэнергии! Сейчас в Германии доля ветра и солнца 17% (соотношение оптимальное) - потерь нет :-).
Для 2-ого сценария:
Для 3-го сценария:
Для 4-ого сценария:
Видно, что самый большой эффект от снижения неснижаемой мощности генерации (т.е. от атомных станций в долгосрочной перспективе будут избавляться):
Итак,
в первом сценарии при использовании 90% энергии ветра и солнца можно нарастить их долю до 37%
в четвёртом сценарии при использовании 90% энергии ветра и солнца можно нарастить их долю до 57%
Это довольно простое исследование, которое показывает влияние различных мер на интеграцию ветра и солнца в энергосистему. Есть и более обширные, которые моделируют систему целиком. В них показано, что даже доля ветра и солнца в 80% вполне достижима. Например, вот:
A Future German Energy System with a Dominating Contribution from Renewable Energies: A Holistic Model Based on Hourly Simulation
Andreas Palzer and Hans-Martin Henning*[a]
Приведённые две работы доступны здесь: https://yadi.sk/d/YYwqvWSZf32z9