Главная > Новости > Гибридная генерация - новый виток в развитии возобновляемых источников энергии

Гибридная генерация - новый виток в развитии возобновляемых источников энергии

Испытательный полигон Siemens Plana La Plana в Испании испытывает различные гибридные технологии. Изображение: Gamesa Electric.

 

Мировые промышленные корпорации  следят за развитием проектов по хранению  и накоплению экологических видов энергии. Зададимся вопросом, что  движет идеей в создании  технологии  гибридных  электростанций, а также о препятствиях, которые должны быть преодолены на этом пути. 

В 21-веке мы уходим от классической модели размещения станций генерирующих чистую энергию, это уже устаревающая тенденция.  В настоящее время разработчики возобновляемых источников энергии во всем мире не стоят на месте, объединяя ветряную энергию с солнечной и внедряя технологию накопления энергии  для продвижения гибридных проектов, которые раскрывают всю ценность сетевого подключения, а также, пока еще скрытый,  потенциал возобновляемых источников энергии в целом.

Востребованность на гармоничное сосуществование человека с природой и его потребностями в ближайшее время  будет стремительно расти. Не может быть единого технологического решения, так как большинство стран призывают шире  использовать  генерирующие активы  в процессе наращивания генерации из источников  возобновляемой энергии. Подтверждается все большее число фактов  (Международным энергетическим агентством – о недооценке возобновляемых источников энергии)  что к 2024 году в мире будет наблюдаться от 308 до 377 ГВт дополнительной ветровой генерации, уступающей  в объёмах генерации только солнечным электростанциям. Поэтому сегодняшнее увеличение интереса к гибридным станциям становится особенно актуальным. Потенциал двух наиболее развитых возобновляемых источников энергии для совместного размещения и совместного использования в определенной сетевой инфраструктуре вполне возможен и гармоничен. Интеграция систем накопления электроэнергии позволит играть решающую роль в  формировании гибкости энергосистемы и станет еще более востребованной. Этот симбиоз будет разумным и правильно выбранным путем развития в сосуществования  человека и природы.

Крупным корпорациям отрасли следует заметить, что в последние месяцы разработчики возобновляемых источников энергии во всем мире объявили о важных инициативах  в направлении развития  рынка гибридных электростанций , доказав, что эта тенденция не ограничивается регионом и даже территорией. Она превращается в глобальную энергосеть со своими ячейками воспроизводства, хранения и секторами потребления электроэнергии. Действительно, это кажется простой идеей, но под простотой скрыт ряд взаимных сложностей, связанных с затратами, технологиями и движущими факторами рынка, которые вместе делают гибридизацию трех ( и более)  технологий возможной, но далеко не простой.

Сама суть комплексного подхода должна быть  в понимании комплексного объединения нескольких технологий в одном проекте. Так, к примеру Британское коммунальное предприятие Iberdrola Scottish Power представило в декабре 2019 года новую стратегию массового переоснащения своих  объектов солнечной генерации  с их наземными ветровыми станциями, а  французский разработчик возобновляемых источников энергии, компания  Neoen, планирует создать в Австралии новые гибридные системы  накопления энергии с интеграцией ветровой и солнечной генераций. Прошлым летом компания NextEra Energy объявила о начале строительства гибридной установки мощностью 700 МВт в Оклахоме.

Во время обнародования стратегии построения гибридной СЭС компанией Scottish Power, генеральный директор фирмы Кит Андерсон сказал, что этот шаг обусловлен необходимостью инноваций, чтобы выжать «абсолютный максимальный потенциал из каждого проекта в области чистой энергии» для достижения более высоких целей, таких как уменьшение воздействия техногенных факторов на климат планеты. Он сказал, что сочетание чистой энергии «должно включать в себя смесь технологий экологически чистой энергии», ссылаясь на образы будущей экономики экологически чистой энергии, в которой технологии могут гармонировать друг с другом.

Компания ScottishPower видит в этой стратегии  большой потенциал, при котором будет возможно  не только модернизировать дополнительные технологии для действующих площадок  ( Scottish Power владеет и управляет значительным количеством наземных ветровых установок в Великобритании), но и новые проекты будут  проектироваться с  гибридной генерацией  в качестве нового стандарта. «В следующие 18 месяцев я верю, что гибриды станут новой нормой для всех разработчиков возобновляемой энергии», — сказал он.

Заместитель генерального директора международного разработчика компании Neoen, Ромэн Дерссо (Romain Desrousseaux) говорит, что его компания  видит два вида гибридных электростанций: те, которые комбинируют возобновляемые источники энергии с применением систем  Energy storage и новые формы гибридных генераций , которые размещают несколько видов  генерации в погоне за более гладкой или более плоской кривой генерации.

Осенью 2019 года компания Neoen обнародовала планы по строительству крупной гибридной электростанции в Южной Австралии, объединяющей в себе: 1,2 ГВт ветряной, 600 МВт солнечной фотоэлектрической энергии и систему energy storage 900 МВт/ч. Проект будет разрабатываться в несколько  этапов и зависит от строительства высоковольтного соединительного устройства напряжением 330 кВ между Южной Австралией и Новым Южным Уэльсом,  ElectraNet и Transgrid планируют завершить не позднее 2023 года.

Перспектива в объединении сетевого подключения между тремя технологиями генерации такого размера может сократить расходы,  хотя это действительно является бонусом, особенно в энергетической сфере, управляемой преимущественно экономикой. Большее преимущество гибридных станций заключается в фактическом увеличении объема производства эл. энергии. Большое преимущество для рынка заключается в предложении нескольких видов энергии, которые дополняют друг друга и позволят предложить либо базовую нагрузку либо тот тип энергии, который будет необходим потребителям.

Однако это является не простой задачей  для разработчиков гибридных станций, особенно для тех, которые занимаются модернизацией дополнительных технологий или мощностей. Но имеются признаки того, что все меняется.  Некоторые крупные разработчики в США и других странах теперь обладают достаточным внутренним опытом в различных технологиях, чтобы справиться с более сложными гибридными проектами. В свою очередь это помогает сократить расходы, связанные с привлечением компаний-партнеров с различным опытом для работы над разными аспектами гибридного проекта. Еще одним преимуществом растущего профессионального потенциала отрасли по управлению многогранной природой гибридных проектов является то, что в  итоге это должно привести к наиболее лучшему  результату в создании гибридных  проектов, а значит и в большей уверенности среди заинтересованных сторон, для принятия новой парадигмы на рынке зеленой энергии.

Производство солнечной  и ветровой энергии, а также ее хранение,  достигло определенного переломного момента на  рынках Австралии и США, где оно теперь превосходит производство ископаемого топлива по ценовому предложению. Это является следствием многолетней  работы в отрасли по совершенствованию и стандартизации технологии.

 Первый проект в Австралии Hornsdale Power Reserve, принадлежащий и управляемый компанией Neoen вместе с его ветряной электростанцией Hornsdale. Изображение: Тесла

Вопреки всему работа по разработке необходимой технической основы для гибридных систем идет полным ходом, и некоторые крупные технологические компании уже хорошо встроены в это развивающееся пространство. Ярким примером есть компания  General Elektrik ,  которая запустила специализированный серию оборудования  «гибридных источников ВДЭ»  и компания Siemens Gamesa Renewable Energy, которая построила  специализированную испытательную гибридную установку в Испании, где она совместно тестирует солнечные, ветряные и различные системы накопления энергии.

Технология General Elektrik первой в США создала центральный гибридный инвертор для гибридных солнечных и ветровых систем. Гибридная станция 2MW для компании Lake Region, построенная компанией Juhl Energy в Миннесоте в 2018 году. Но работы продолжаются и новое подразделение работает над новыми технологиями гибридного оборудования, используя накопленный опыт в нескольких сферах деятельности компании, таких как аккумуляторы и солнечная электроника.

По словам Майка Боумена (Mike Bowman), главного технологического директора подразделения, основная техническая проблема с гибридами заключается в том, чтобы сбалансировать различные ресурсы генерации и хранения системы, чтобы дать сети тот обьем энергии который востребован , и  когда эта энергия необходима. «Если у вас есть установка с одним активом, например, ветряная электростанция, существуют довольно сложные средства управления, которые обеспечивают работу этой системы», — объясняет Боуман. «Если вы подключите солнечную энергию к одной и той же сети, тогда у вас есть два генерирующих актива с одним соединением, и теперь вам нужно управлять генерацией, чтобы убедиться, что вы поставляете энергию наиболее эффективным способом. И затем, когда вы направляете энергию в  систему  накопления, у вас появляется возможность  двигаться в нескольких направлениях: вы можете сбросить энергию в сеть, или перенаправить в систему накопления энергии …

«И тогда можно рассматривать различные  дополнительные услуги, как  перспективу балансирования пиков потребления  и контроль частоты сети. Есть множество рынков, на которых вы можете эффективно работать. Итак, как вы берете всю эту информацию и управляете этими операционными активами оптимальным образом, который, очевидно, максимизирует их возможности, а также участвует в рынках интересов клиента? Это довольно сложная многогранная система ».

По словам Майка Боумана, для достижения этой цели  необходима достаточно сложная система управления, которая может функционировать в качестве цифрового мозга гибрида и именно в настоящее время команда специалистов GE уделяет большое внимание своим исследованиям и разработкам на постоянной основе. «Как и любой хороший программный пакет, это непрерывный процесс разработки», — говорит он.

До сих пор разработка схем систем управления гибридной генерацией  также была ключевым направлением деятельности компании Siemens Gamesa . С 2015 года компания испытывает различные гибридные технологии на своем испытательном полигоне La Plana в Сарагосе, Испания. В настоящее время станция включает в себя 850 кВт ветряной, 245 кВт фотоэлектрической системы, три дизельных генератора, литий-ионные и окислительно-восстановительные батареи.

«Деятельность оператора системы , в основном заключается в интегрировании прогнозируемого спроса и генерации для управления и оптимизации системы», — говорит он. «Если я знаю, что в ближайшие пару часов у меня будет избыток энергии, мне нужно, чтобы система накопления энергии была разряжена, чтобы можно было распределить эту накопленную энергию в системе energy storage  для последующего её сброса в энергосистему. Кроме того, оператор должен понимать поведение сети и когда сеть требует больше энергии или какого-либо вида работы с ней.

Существуют также препятствия, сдерживающие финансирование  гибридных проектов инвесторами, и не в последнюю очередь с неопределенностью в сфере регулирования. Как говорит старший исследователь-аналитик компании Navigant Алекс Эллер, отсутствие классификации для гибридных проектов, включающих в себя несколько технологий от операторов сетей, означает, что они сталкиваются с более строгими и трудоемкими процессами регулирования. «На многих рынках (в Украине в том числе) сейчас даже нет классификации для систем накопления энергии и стандартизации для систем хранения энергии.  Оператор рынка должен изучить, как результат этого проекта повлияет на сеть. У них нет большого количества данных о том, как все это должно работать или это очень долгий и дорогой процесс, чтобы провести эти исследования, чем просто работать с  объектами генерации от  солнца  или  ветра, когда он более известен и лучше изучен, какое влияние это может оказать на сеть. Новые быстро развивающиеся гибридные технологии   для интеграции генерации от возобновляемых источников энергии, похоже снова опережают подходы к регулированию в критический момент для политики в области возобновляемых источников энергии.

Господин Деруссо Неоена соглашается с этим, говоря, что, хотя он не считает, что операторы энергосистем не всегда решаются утверждать гибридные проекты, проблема вызвана нехваткой эксплуатационных данных и всесторонним моделированием, которое необходимо операторам энергосистем для передачи энергии к инфраструктуре, имеющей национальную значимость, «Когда вы начинаете размещать больше оборудования и более сложных [проектов], чем одну, простую технологию, становится немного сложнее. Я не думаю, что есть какая-то проблема с сетью , но обычно сложно обеспечить весь анализ данных  несколькими технологиями, а не одной », — говорит он.

Есть проблемы со строительством гибридных электростанций и пониманием как это работает и управляется. Солнечные электростанции и системы накопления энергии известны своей быстрой скоростью монтажа и пуска в эксплуатацию и особенностями объединения и управления,  это вероятно в дальнейшем определит   успешность  их «гибридизации» с  ветряной электростанцией, что заставит тщательно продумывать строительство гибридных электростанций с учетом необходимых требований  для обеспечения эффективной работы. Компания Desrousseaux заявляет, что в то время как первый гибридный проект от компаний Neoen и Tesla  успешно работает и доказал свою эффективность и быструю окупаемость, разработчик заранее запланировал скоординировать вопрос о продвижении  всех трех технологий. Компания Lightsource BP придерживается аналогичного мнения, комментируя: «Пока было сделано очень мало в мире реализованных  [гибридных проектов ]. Это не так просто, потому что время эффективной генерации  ветра и солнца разное. Вы не развиваете ветряную и солнечную электростанцию ​​одновременно, это занимает намного больше времени [особенно по  ветру] ».

Принимая во внимание многочисленные препятствия, которые необходимо преодолеть,  в мире не существует недостатка в автономных разработках и  в области солнечной энергии, накопления энергии или ветровой генерации, что вызывает такой интенсивный интерес к гибридизации, поэтому возникает вопрос владения навыками необходимыми, чтобы быть первопроходцем на этом рынке?

Первый в Испании проект компании Acciona Energy в ветровой генерации  с накоплением энергии , был завершен в 2017 году. Изображение: Acciona Energy

 «Я помню, как много лет назад я делал заявление о том, что в приложениях, которые мы еще даже не придумали в ближайшие 20 или 30 лет, было бы развернуто больше, чем в приложениях, которые мы имеем сейчас. И я абсолютно уверен в этом », — говорит Бойл из компании Lightsource BP, комментируя количество новых областей применения солнечных батарей.

«Мы видим газовое и солнечное, дизельное и солнечное, ветровое и солнечное соседство, водород, как вы его называете. Это зависит от потребностей конкретного клиента и того, что он хочет », — добавляет Бутоннат. И именно это сосредоточение на клиенте и его потребностях может стать движущей силой гибридных сайтов».

Со слов руководителя компании Neoen, Romain  Desrousseaux  озвучено то, что при продвижении нескольких источников возобновляемой энергии под одной крышей или даже с одной точкой подключения к сети, есть более сильная возможность предоставить более широкий спектр услуг для конечных потребителей. Это означает, что идентификация и выбор перспективных проектов становится первостепенной задачей, однако и означает гораздо большие требования к командам любого потенциального разработчика в области гибридных проектов.

В свою очередь, существующие структуры соглашений о финансировании и покупке электроэнергии (PPA) становятся более сложными. В последние годы раскрытие структур PPA для более широкой аудитории было частой ошибкой для большей части проектов солнечной энергетики, так что некоторое нежелание раскрывать  с помощью новых структур с учетом гибридных установок нескольких технологий, понятно. Как объясняет Desrousseaux, если PPA основан на смоделированном результате проекта, добавление большего количества технологий генерации, чем обычно, — в сочетании с наличием системы накопления  энергии — только увеличивает риск ошибки моделирования или нехватки энергии, следовательно, увеличивает риск, связанный с ним. «Это требует некоторого опыта и ноу-хау в области управления энергией, и некоторые солнечные разработчики еще не думали об этом», — говорит он.

По этой причине следует ожидать, что разработчики не приняли гибридизацию, если их конечной целью является продажа проекта инвестиционному фонду или другому владельцу активов, а не владение и управление этими активами в долгосрочной перспективе. И если возможностей в автономных возобновляемых источниках много, то гибридные разработки могут занять больше времени, чтобы появиться из чертежной доски и на землю.

По этой причине,  прогноз Андерсона из компании Scottish Power о том, что гибридные разработки могут стать «новым эффективным решением» в течение ближайших 18 месяцев. Но если в последние годы возобновляемые источники энергии стали чем-то известны, то только своим неуклонным темпом изменений. Если индустрия сможет приблизиться к гибридизации с подобным сочетанием инноваций и ноу-хау, предположение Андерсона может все же звучать правдоподобно.

Как говорит Эллер из аналитической компании Navigant, даже простое совместное размещение солнечных электростанций  промышленного масштаба и систем energy storage пять лет назад было более сложным и незначительным рынком, но это быстро изменилось и сейчас это выглядит вполне реально.

«Все знали, что это имеет смысл, но потребовалось некоторое время, чтобы это спроектировать и реализовать, а затем внезапно за последний год или два, половина построенных солнечных проектов теперь имеет систему energy storage. Это стало намного более стандартизированным, как только это выяснилось, всем стало комфортно  это стало новым. И я думаю, что мы увидим в  дальнейшем  развитие ситуации с гибридными проектами.

Одним из аспектов гибридных проектов,  вероятно будет большинство разработок с различными  типами технологиями в системах накопления, которые они включают в себя. Технология аккумуляторов, развивается быстрыми темпами, и сегодня литий-ионный аккумулятор, безусловно, является новой технологией, которая вряд ли будет существовать вечно.

Компания Siemens Gamesa, помимо литий-ионной батареи также испытывает системы ванадиевой окислительно-восстановительной батареи (VRFB проточного типа) мощностью 120 кВт / 400 кВт /ч на своей площадке в La Plana. Сегарра говорит, что, хотя такие проточные батареи в настоящее время не являются коммерчески популярными и не подходят для обеспечения кратковременной пиковой емкости, к которой хорошо подходят литий-ионные батареи, поскольку спрос на системы, способные обеспечивать более широкие возможности по времени выдачи накопленной энергии 4 часа и более.

В подобных проектах по накоплению энергии есть две вещи, которые нужно будет сделать, это нужно сгладить передачу энергии, чтобы убедиться, что у вас согласованный вывод и стабильная   частота сети , и затем  сохранить любую избыточную энергию, или просто часть генерации  сдвинуть во времени, чтобы попытаться получить выдачу энергии в формате 24/7. В таких случаях оптимально подходит установка систем накопления энергии проточного типа.

Что касается траектории гибридов в более общем плане, хотя существует согласие о том, что развертывание будет неравномерным на разных рынках в зависимости от их индивидуальных особенностей, реальность такова, что стремление мирового сообщества декарбонизировать энергосистему означает, что это скорее случай «когда», чем «если» гибриды взлетают в масштабе.

«В таких странах, как Испания, Германия или Дания, где внедрение возобновляемой энергии в 2030 или 2040 годах превысит 70% от общего объёма внутреннего энергорынка , нет другого выбора, кроме гибридов», — говорит Хуан Диего Диас, директор по маркетингу компании Siemens Gamesa. «Кажется, невозможно достичь этого уровня интеграции без какой-либо другой технологии, кроме гибридных систем, включая системы накопления энергии и, очевидно, используя лучшие технологии в каждом из регионов. Гибридные решения – это  более быстрый способ достижения национальных целей в области стратегии по изменения климата, потому что они не будут тем, что будет навязано в начале эры интеграции объектов ВДЕ; это то, что разработчики собираются делать сами, из-за лучшей эффективности и более быстрого  возврата  инвестиций.  Так что с перспективой по гибридам  все ясно. Она уже видна на горизонте инновационных перспектив.