Компания Mutual Energy провела круглый стол с экспертами отрасли, чтобы обсудить роль систем хранения энергии в декарбонизации энергосистемы Северной Ирландии.
Как долгое хранение энергии поможет создать интегрированную декарбонизированную энергосистему Северной Ирландии?
Эймер Уотсон
Длительное хранение энергии — важнейшая часть декарбонизации электроэнергетики, и оно даёт ряд преимуществ. В частности, оператор системы передачи SONI сможет сокращать ограничения выработки возобновляемой электроэнергии при избытке предложения и реже прибегать к газовым пиковым электростанциям при его нехватке, особенно если она сохраняется долго. Это снизит затраты и поможет перейти к энергосистеме с нулевыми выбросами углерода. Хранение энергии также может помочь справиться с перегрузками сети и дисбалансом между предложением и спросом на востоке и западе энергосистемы. Если системы длительного хранения удастся развернуть быстрее, чем построить сетевую инфраструктуру, это позволит раньше использовать больше возобновляемой энергии и отсрочить или вовсе избежать части инвестиций в сеть.
Пэдди Ларкин
Ветер и солнце — ведущие источники декарбонизации электросети, но их выработка не только непостоянна, но и непредсказуема. В итоге предложение не совпадает со спросом. Согласно моделированию, при одинаковых за год объёмах выработки и спроса расхождение составляет около 40%. Именно поэтому необходимо хранение энергии. Преимущества наращивания ветровой генерации начинают сокращаться из-за совокупных предельных затрат на ограничение выработки. Разработчики уже не готовы брать на себя риски, связанные с ограничением выдачи мощности и сокращением выработки, поэтому эти риски должны принять на себя общество и государство, чтобы обеспечить необходимое строительство объектов возобновляемой энергетики.
Дэвид Сёрплесс
Длительное хранение позволяет управлять непостоянной выработкой возобновляемых источников, мгновенно балансируя электрическую нагрузку. Типичный период ограничения выработки в Северной Ирландии может длиться 10 часов — дольше, чем способны работать используемые сегодня обычные аккумуляторные системы.
Шон Келли
На протяжении 25 лет гибкость электросети обеспечивали электростанции на природном газе. Но изменение климата и цели по сокращению выбросов требуют нового подхода. Остров Ирландия — изолированная электроэнергетическая система, хотя и соединённая с другими системами несколькими межсетевыми линиями. Он находится на переднем крае внедрения возобновляемой энергетики в больших масштабах. Для решения этой задачи нужны гибкие варианты, в том числе сочетание кратко-, средне- и долгосрочного хранения энергии.
Тони Роулстоун
В будущей энергосистеме, где электричество вырабатывают солнце и ветер, из-за изменчивости генерации предложение будет определять работу системы сильнее, чем спрос. Наше моделирование для Великобритании показало: если построить возобновляемые мощности исходя из номинальных показателей, дефицит будет возникать примерно в 20% случаев. Если 20% энергии поступает не вовремя или не соответствует спросу, возникает проблема надёжности энергоснабжения — и здесь необходимо хранение энергии. Наше исследование показало, что хранить энергию потребуется в течение разных периодов. Чтобы перенести её использование во времени, нужно понять, как долго её следует хранить. Мы выяснили, что большую часть энергии потребуется запасать на дни, а не часы: лишь 12% — на несколько часов, остальную — на месяцы или дольше.
«Лучше всего увеличить использование поступающей в систему возобновляемой энергии позволит удачное сочетание краткосрочных и долгосрочных способов хранения».
Эймер Уотсон
Питер Расселл
Важно помнить, что главная цель — декарбонизация не только энергетики, но и электроэнергетики, отопления и транспорта. У Северной Ирландии есть немало преимуществ: регион сравнительно невелик и может быстро адаптироваться, а в разных секторах уже ведётся работа над амбициозными целями по сокращению выбросов. Здесь легче, чем во многих других регионах, собрать нужных специалистов для обсуждения этих задач. Длительное хранение важно для решения проблем непостоянства и непредсказуемости возобновляемой генерации и даёт энергосистеме другие преимущества. Однако такие решения необходимо внедрять по справедливой для потребителей цене и с учётом того, какие технологии подходят Северной Ирландии.
Какие варианты длительного хранения можно внедрить в Северной Ирландии?
Дэвид Сёрплесс
В рамках проекта Ballylumford Power-to-X мы пришли к выводу, что хранилищем может служить сеть газопроводов. Энергопропускная способность газовой инфраструктуры в пять раз выше, чем у электросети. Кроме того, наши исследования показывают, что соляные каверны в Айлендмэджи подходят для хранения водорода. Это позволит почти без ограничений подключать электролизёры к сети и балансировать колебания ветровой и солнечной генерации. На электроэнергетический сектор приходится лишь около четверти потребляемого в Северной Ирландии ископаемого топлива; большую часть используют для отопления и транспорта. Поэтому при наращивании выработки возобновляемой электроэнергии — преимущественно за счёт морской ветроэнергетики — не вся она будет использоваться в электроэнергетике. Это создаёт реальные возможности для сокращения выбросов в отоплении и транспорте с помощью различных видов синтетического топлива.
«Важно понимать: по мере роста выработки возобновляемой электроэнергии, преимущественно за счёт морской ветроэнергетики, не вся она будет использоваться в электроэнергетике».
Дэвид Сёрплесс
Шон Келли
В периоды низкой выработки возобновляемой энергии электроэнергетическая система Северной Ирландии сильно зависит от ископаемого топлива. Поэтому при выборе систем хранения нужно в первую очередь учитывать декарбонизацию. Вариантов и технологий несколько, но гидроаккумулирующие электростанции существуют дольше других и представляют собой наиболее зрелую технологию, уже применяемую в наибольшем масштабе. Водород также открывает большие возможности для переноса потребления возобновляемой электроэнергии на другое время. Помимо надёжности энергоснабжения, хранение энергии даёт крупную экономическую возможность. Промышленная революция стала возможна благодаря доступности дешёвого топлива. В Ирландии — один из лучших ресурсов возобновляемой энергии в Западной Европе, поэтому регион может воспользоваться растущим спросом на чистую энергию не только за счёт экспорта, но и развивая производство и процессы, связанные с её хранением.
Тони Роулстоун
Варианты хранения можно разделить на три категории. Первая — аккумуляторные системы для краткосрочного хранения, на несколько часов. Вторая — физические системы для кратко- и среднесрочного хранения, вплоть до недели: гидроаккумулирование, хранение энергии сжатого воздуха и жидкого воздуха. Третья — химические системы, например водород, аммиак и синтетическое топливо, предназначенные для хранения дольше недели.
Важную роль играет стоимость. Аккумуляторы дёшевы с точки зрения мощности, но дороги, если учитывать объём запасаемой энергии. Физические системы в два-три раза дороже по мощности, но могут быть в десять раз дешевле по объёму хранения. Химические системы ещё дороже аккумуляторов, если сравнивать стоимость обеспечения мощности, но могут обходиться значительно дешевле при хранении больших объёмов энергии. Государству необходимо поддерживать демонстрационные проекты физических и химических систем хранения, помогая довести их до уровня, на котором решения можно будет тиражировать, а цепочки поставок — снизят затраты. Первоначальные оценки стоимости высоки, но массовое тиражирование может существенно её уменьшить, как это произошло с ветряными турбинами.
Пэдди Ларкин
Учитывая необходимый масштаб хранения — примерно месячный объём потребления энергии, — понадобятся все варианты. Для полностью декарбонизированной электросети, вероятно, потребуется около 600 ГВт·ч хранения. Для сравнения: единственная в Ирландии гидроаккумулирующая электростанция Turlough Hill располагает мощностью хранения около 3 ГВт·ч. Это показывает масштаб задачи. Нужны краткосрочные, среднесрочные и долгосрочные решения; при их выборе важны три фактора: стоимость, эффективность преобразования и масштаб. Ни один вариант не обеспечит всех трёх преимуществ, поэтому необходим комплексный подход.
Если сосредоточиться на целях к 2030 году, аккумуляторы со сроком службы 15–20 лет — лучший вариант для быстрого внедрения. Но если мы строим энергосистему для будущего, нужно думать о том, какие решения окупятся за 100 лет, а не за 20. При выборе также следует учитывать геологические и географические особенности Северной Ирландии и то, какие решения обеспечат потребителям наилучшую ценность.
«Чтобы продвигать эту область вперёд, важно чётко определить траекторию наращивания объёмов хранения энергии в кратко-, средне- и долгосрочной перспективе».
Пэдди Ларкин
Эймер Уотсон
Как оператор системы передачи, мы хотели бы видеть подключение к энергосистеме различных вариантов хранения энергии. Наибольшие возможности для использования поступающей в систему возобновляемой генерации даёт удачное сочетание краткосрочных и долгосрочных способов хранения.
Стоит ли Северной Ирландии выбрать и поддерживать одну технологию длительного хранения?
Питер Расселл
Требования к длительному хранению энергии в Северной Ирландии будут определяться тем, каких целей хочет достичь регион. Рассматривать стоит все варианты, но необходимо думать не только о ближайших целях, но и о долгосрочных задачах, а также использовать имеющиеся экономические возможности. Сначала важно определить, что требуется от технологии, а затем дать рынку возможность предложить решения.
«Хранение энергии должно быть доступно, чтобы покрывать дефицит предложения, а не работать ради максимизации доходов».
Тони Роулстоун
Если сосредоточиться на краткосрочных целях к 2030 году, выбор будет ограничен тем, что можно внедрить уже сейчас: аккумуляторными системами и газовыми турбинами, выбрасывающими углекислый газ. Для балансировки предложения и спроса при достижении цели по возобновляемой энергетике Северной Ирландии может потребоваться от 200 до 300 ГВт·ч ежегодно. Капитальные затраты на аккумуляторы оцениваются в 10 млрд фунтов стерлингов на каждые 100 ГВт·ч. Затраты в размере 20–30 млрд фунтов нереалистичны, а применение ископаемого топлива не позволит достичь нулевых выбросов. Великобритании нужна стратегия хранения энергии, которая выходит за рамки ближайших целей и предусматривает демонстрацию физических и химических систем длительного хранения.
Дэвид Сёрплесс
Строительство ветропарков в Северной Ирландии фактически остановилось в 2018 году после прекращения действия сертификатов Renewable Obligation и роста объёмов ограничения выработки и пропускной способности сети. Это подорвало доверие инвесторов к строительству, что создаёт проблему для достижения целей на 2030 год и последующий период. Управляемая электрическая нагрузка длительного хранения — в какой бы форме она ни была реализована — важна как основа для наращивания генерации.
Пэдди Ларкин
Объём необходимого хранения настолько велик, что потребуется множество технологических решений — и, вероятно, почти все доступные варианты. При этом проекты длительного хранения в Северной Ирландии будут преобразующими по своему масштабу. Проекты такого размера связаны с определённым уровнем риска.
Что мешает внедрению систем длительного хранения энергии?
Тони Роулстоун
Рыночные механизмы, зависящие от субсидий, необходимо пересмотреть: риски для надёжности энергоснабжения слишком велики. Потребность в длительном хранении энергии имеет стратегическое значение. Системы хранения должны быть готовы покрывать дефицит предложения, а не работать ради максимизации доходов. При рыночном подходе хранилища могут оказаться пустыми именно тогда, когда они нужны, а системы для самых длительных периодов хранения вообще могут не появиться.
Шон Келли
Главный барьер — отсутствие стимулов для инвестиций в длительное хранение энергии. Сейчас стимулов для развития систем хранения недостаточно. Хотя более широкое использование таких систем в энергосети может снизить пиковые затраты для потребителей, возможности разработчиков зарабатывать на разнице цен будут меньше. Возникает вопрос: как финансировать такие проекты в долгосрочной перспективе, если у разработчиков и производителей нет стимулов?
«Главный барьер для длительного хранения энергии — отсутствие стимулов для инвестиций».
Шон Келли
Эймер Уотсон
Согласна: главное препятствие для внедрения длительного хранения энергии — дефицит доходов, возникающий из-за действующих рыночных механизмов. Министерство экономики разрабатывает схему поддержки возобновляемой энергетики. Не следует ли разработать и схему поддержки хранения энергии, чтобы обеспечить подключение возобновляемых источников к электросистеме? Нужно пересмотреть действующие рыночные механизмы и изучить новые. В 2023 году SONI и EirGrid опубликовали запрос мнений о длительном хранении энергии и сейчас завершают подготовку ответа.
Пэдди Ларкин
При нынешних рыночных механизмах хранение энергии не получает вознаграждения за обеспечение надёжности поставок. Возможности заработать на разнице цен невелики, а потребности энергосети в будущем неясны. Если проекты рассчитаны на долгий срок службы, что побудит разработчика брать на себя риск, связанный с тем, что произойдёт через 40 или 50 лет? Развитие межсетевых соединений в Великобритании показывает, как можно применять другие механизмы, если рынок не справляется из-за слишком высоких рисков. Стоит рассмотреть такие способы распределения рисков, как механизм ценового коридора с верхним и нижним пределами доходов.
Какая мера политики нужна в первую очередь, чтобы длительное хранение обеспечило сбалансированную и экономичную энергосистему?
Шон Келли
Медленная работа системы планирования создаёт серьёзные трудности: новая инфраструктура не успевает строиться с темпом, необходимым для достижения целей декарбонизации. Систему планирования нужно обеспечить достаточными ресурсами, а её политику согласовать с климатической политикой.
Тони Роулстоун
Нельзя проектировать системы длительного хранения энергии, опираясь на модели погоды и спроса за один год. Нынешние модели — это адаптации моделей балансировки электроэнергии. Чтобы обеспечить надёжность энергоснабжения в долгосрочной перспективе, нужно сопоставлять долгосрочные, охватывающие десятилетия данные о погоде с долгосрочными решениями.
Питер Расселл
Начать стоит с определения необходимого типа энергосистемы и полной оценки её работы. Например, какую долю риска возьмут на себя государство и потребители? Нужно ли предусмотреть резерв мощности для стратегических нужд, вместо того чтобы разрешать полностью использовать её для заработка на рынке, — и поможет ли это обеспечить надёжность энергоснабжения? Изучение опыта внедрения длительного хранения в других небольших странах могло бы дать полезные ориентиры.
«Важно определить, что требуется от технологии, а затем дать рынку возможность предложить решения».
Питер Расселл
Эймер Уотсон
Если собрать за одним столом нужных специалистов из разных сфер отрасли и разработать стратегический пространственный план развития энергетики Северной Ирландии, который определит необходимые объёмы и подходящие места размещения объектов, это станет прочной основой для создания сбалансированной и экономичной энергосистемы.
Дэвид Сёрплесс
В качестве меры политики я предложил бы рассмотреть частные линии электропередачи и способы их использования для создания водородной сети. Если исходить из того, что срок службы морской ветровой турбины составляет 35 лет, а электролизёра — тоже 35 лет, то речь идёт не о цене на электроэнергию в обычном смысле: участники не торгуют на рынках. Мы можем с уверенностью знать стоимость энергоресурса на протяжении 35 лет, а затем при изменении законодательства и устройства системы направлять эту энергию на рынок электроэнергии по цене, значительно ниже рыночной.
Пэдди Ларкин
Крайне важно обеспечить предсказуемый поток доходов. Если ради этого риски перекладываются на потребителей, ими нужно управлять так, чтобы максимально повысить ценность проекта в обычных условиях — то есть без гарантий дохода. Кроме того, целевые показатели стимулируют прогресс. Например, к 2030 году установлен целевой показатель потребления 80% возобновляемой энергии. Для развития хранения энергии необходимо чётко определить траекторию наращивания его объёмов в кратко-, средне- и долгосрочной перспективе.