Главная > Новини > Гібридна генерація - новий виток у розвитку відновлюваних джерел енергії

Гібридна генерація - новий виток у розвитку відновлюваних джерел енергії

Випробувальний полігон Siemens Plana La Plana в Іспанії випробовує різні гібридні технології. Зображення: Gamesa Electric.

 

Світові промислові корпорації стежать за розвитком проектів по збереженню та накопиченню екологічних видів енергії. Задамося питанням, що рухає ідеєю у створенні технології гібридних електростанцій, а також про перешкоди, які повинні бути подолані на цьому шляху.

У 21 столітті ми відходимо від класичної моделі розміщення станцій генеруючих чисту енергію, це вже устарівша тенденція. В даний час розробники відновлюваних джерел енергії у всьому світі йдуть далі, об’єднуючи вітряну енергію з сонячного і впроваджуючи технологію накопичення енергії для просування гібридних проектів, які розкривають всю цінність мережевого підключення, а також, поки що прихований потенціал відновлюваних джерел енергії в цілому.

Затребуваність на гармонійне співіснування людини з природою та його потреб у найближчий час буде стрімко рости. Не може бути єдиного технологічного рішення, так як більшість країн закликають ширше використовувати генеруючі активи в процесі нарощування генерації з джерел відновлюваної енергії. Підтверджується все більше число фактів (Міжнародним енергетичним агентством – про недооцінку поновлюваних джерел енергії) що до 2024 року в світі буде спостерігатися від 308 до 377 ГВт додаткової вітрової генерації, поступається в обсягах генерації тільки сонячним електростанціям. Тому сьогоднішнє збільшення інтересу до гібридним станцій стає особливо актуальним. Потенціал двох найбільш розвинених поновлюваних джерел енергії для спільного розміщення та спільного використання в певній мережевої інфраструктури цілком можливий і гармонічний. Інтеграція систем накопичення електроенергії дозволить грати вирішальну роль у формуванні гнучкості енергосистеми і стане ще більш затребуваною. Цей симбіоз буде розумним і правильно обраним шляхом розвитку співіснування людини і природи.

Великим корпораціям галузі слід зауважити, що в останні місяці розробники відновлюваних джерел енергії у всьому світі оголосили про важливі ініціативи в напрямку розвитку ринку гібридних електростанцій , довівши, що ця тенденція не обмежується регіоном і навіть територією. Вона перетворюється в глобальну енергомережу зі своїми осередками відтворення, зберігання і секторами споживання електроенергії. Дійсно, це здається простою ідеєю, але під простотою прихований ряд взаємних складнощів, пов’язаних з витратами, технологіями і рушійними факторами ринку, які разом роблять гібридизацію трьох ( і більше) технологій можливою, але далеко не простою.

Сама суть комплексного підходу повинна бути в розумінні комплексного об’єднання декількох технологій в одному проекті. Так, наприклад Британське комунальне підприємство Iberdrola Scottish Power презентувало в грудні 2019 року нову стратегію масового переоснащення своїх об’єктів сонячної генерації з їх наземними вітровими станціями, а французький розробник поновлюваних джерел енергії, компанія Neoen, планує створити в Австралії нові гібридні системи накопичення енергії з інтеграцією вітрової та сонячної генерацій. Минулого літа компанія NextEra Energy оголосила про початок будівництва гібридної установки потужністю 700 МВт в Оклахомі.

Під час оприлюднення стратегії побудови гібридної СЕС компанією Scottish Power, генеральний директор фірми Кіт Андерсон сказав, що цей крок обумовлений необхідністю інновацій, щоб вичавити «абсолютний максимальний потенціал кожного проекту в області чистої енергії» для досягнення більш високих цілей, таких як зменшення впливу техногенних чинників на клімат планети. Він сказав, що поєднання чистої енергії «має включати в себе суміш технологій екологічно чистої енергії», посилаючись на образи майбутньої економіки екологічно чистої енергії, якої технології можуть гармоніювати один з одним.

Компанія ScottishPower бачить у цій стратегії великий потенціал, при якому буде можливо не тільки модернізувати додаткові технології для діючих майданчиків ( Scottish Power володіє і управляє значною кількістю наземних вітрових установок у Великобританії), але й нові проекти будуть проектуватися з гібридною генерацією в якості нового стандарту. «У наступні 18 місяців я вірю, що гібриди стануть новою нормою для всіх розробників відновлюваної енергії», – сказав він.

Заступник генерального директора міжнародного розробника компанії Neoen, Ромен Дерссо (Romain Desrousseaux) говорить, що його компанія бачить два види гібридних електростанцій: ті, які комбінують поновлювані джерела енергії із застосуванням систем накопичення енергії і нові форми гібридних генерацій , які розміщують кілька видів генерації в гонитві за більш гладкою або більш плоскою кривою генерації.

Восени 2019 року компанія Neoen оприлюднила плани з будівництва великої гібридної електростанції в Південній Австралії, яка об’єднує в собі: 1,2 ГВт вітряної, 600 МВт сонячної фотоелектричної енергії і систему накопичення енергії 900 МВт/год. Проект буде розроблятися в кілька етапів і залежить від будівництва високовольтної з’єднувального пристрою напругою 330 кВ між Південною Австралією і Новим Південним Уельсом,  ElectraNet і Transgrid планують завершити не пізніше 2023 року.

Перспектива в об’єднанні мережевого підключення між трьома технологіями генерації такого розміру може скоротити витрати, хоча це дійсно є бонусом, особливо в енергетичній сфері, керованої переважно економікою. Більшу перевагу гібридних станцій полягає у фактичному збільшенні обсягу виробництва ел. енергії. Велика перевага для ринку полягає в пропозиції кількох видів енергії, які доповнюють один одного і дозволять запропонувати або базове навантаження або той тип енергії, який буде необхідний споживачам.

Однак для розробників гібридних станцій, особливо тих, які займаються модернізацією додаткових технологій або потужностей, далеко не просте це діло. Але є ознаки того, що все змінюється. Деякі великі розробники в США та інших країнах тепер володіють достатнім внутрішнім досвідом в різних технологіях, щоб впоратися з більш складними гібридними проектами. У свою чергу це допомагає скоротити витрати, пов’язані із залученням компаній-партнерів з різним досвідом для роботи над різними аспектами гібридного проекту. Ще однією перевагою зростаючого професійного потенціалу галузі з управління багатогранною природою гібридних проектів є те, що в підсумку це повинно привести до найбільш кращому результату в гібридних проектах , а отже і до більшої впевненості серед зацікавлених сторін, для прийняття нової парадигми на ринку зеленої енергії.

Виробництво сонячної та вітрової енергії, а також її зберігання, досягло певного переломного моменту на ринках Австралії і США, де воно тепер перевершує виробництво викопного палива по ціновій пропозиції. Це є наслідком багаторічної роботи в галузі вдосконалення та стандартизації технології.

 Перший проект в Австралії Hornsdale Power Reserve, що належить і керований компанією Neoen разом з його вітряної електростанцією Hornsdale. Зображення: Тесла

Всупереч всьому робота по розробці необхідної технічної основи для гібридних систем йде повним ходом, і деякі великі технологічні компанії вже добре вбудовані в цей розвинутий простір. Яскравим прикладом є компанія General Elektrik , яка відкрила спеціалізований серію обладнання «гібридних джерел ВДЕ» і компанія Siemens Gamesa Renewable Energy, яка побудувала спеціалізовану випробувальну гібридну установку в Іспанії, де вона спільно тестує сонячні, вітряні і різні системи накопичення енергії.

Компанія General Elektrik першою в США створила центральний гібридний інвертор для гібридних сонячних і вітрових систем. Гібридна станцiя  2MW для компанii Lake Region, побудованa компанією Juhl Energy в Міннесоті в 2018 році (див. Вставку). Але роботи тривають і новий підрозділ працює над новими технологіями гібридного обладнання, використовуючи накопичений досвід у кількох сферах діяльності компанії, таких як акумулятори та сонячна електроніка.

За словами Майка Боумена (Mike Bowman), головного технологічного директора підрозділу, основна технічна проблема з гібридами полягає в тому, щоб збалансувати різні ресурси генерації та зберігання системи, щоб дати мережі той об’єм енергії який затребуваний , і коли ця енергія необхідна. «Якщо у вас є установка з одним активом, наприклад, вітряна електростанція, існують досить складні засоби управління, які забезпечують функціонування цієї системи», – пояснює Боуман. «Якщо ви підключите сонячну енергію до однієї і тієї ж мережі, тоді у вас є два генеруючих актива з одним з’єднанням, і тепер вам потрібно управляти генерацією, щоб переконатися, що ви ставите енергію найбільш ефективним способом. І потім, коли ви відправляєте енергію в систему накопичення, у вас з’являється можливість рухатися в декількох напрямках: ви можете скинути енергію в мережу, або перенаправити в систему накопичення енергії .

«І тоді можна розглядати різні додаткові послуги, як перспективу балансування піків споживання і контроль частоти мережі. Є безліч ринків, на яких ви можете ефективно працювати. Отже, як ви берете всю цю інформацію і керуєте цими операційними активами оптимальним чином, який, напевно, максимізує їх можливості, а також бере участь у ринках інтересів клієнта? Це досить складна багатогранна система ».

За словами Майка Боумана, для досягнення цієї мети необхідна досить складна система управління, яка може функціонувати в якості цифрового мозку гібрида і саме в цей час команда фахівців GE приділяє велику увагу своїм дослідженням і розробкам на постійній основі.«Як і будь-який хороший програмний пакет, це безперервний процес розробки», – говорить він.

До сих пір розробка схем систем управління гібридної генерацією також була ключовим напрямком діяльності компанії Siemens Gamesa. З 2015 року компанія відчуває різні гібридні технології на своєму випробувальному полігоні La Plana в Сарагосі, Іспанія. В даний час станція включає в себе 850 кВт вітряної, 245 кВт фотоелектричної системи, три дизельних генератори, літій-іонні і окислювально-відновні батареї.

«Діяльність оператора системи, в основному полягає в інтегруванні прогнозованого попиту і генерації для управління і оптимізації системи», – говорить він. «Якщо я знаю, що в найближчі пару годин у мене буде надлишок енергії, мені потрібно, щоб система накопичення енергії була розряджена, щоб можна було розподілити цю накопичену енергію в системі накопичення енергії для подальшого її скидання в енергосистему. Крім того, оператор повинен розуміти поведінку мережі і коли мережа вимагає більше енергії або будь-якого виду роботи з нею.

Існують також перешкоди, що стримують фінансування гібридних проектів інвесторами, і не в останню чергу з невизначеністю у сфері регулювання. Як каже старший дослідник-аналітик компанії Navigant Алекс Еллер, відсутність класифікації для гібридних проектів, що включають в себе декілька технологій від операторів мереж, означає, що вони стикаються з більш суворими і трудоємкими процесами регулювання. «На багатьох ринках (в Україні в тому числі) зараз навіть немає класифікації для систем накопичення енергії та стандартизації для систем зберігання енергії. Оператор ринку повинен вивчити, як результат цього проекту вплине на мережу. У них немає великої кількості даних про те, як все це повинно працювати або це дуже довгий і дорогий процес, щоб провести ці дослідження, ніж просто працювати з об’єктами генерації від сонця або вітру, коли він більше відомий і краще вивчений, який вплив це може вплинути на мережу. Нові швидко розвиваються гібридні технології для інтеграції генерації від відновлюваних джерел енергії, схоже знову випереджають підходи до регулювання в критичний момент для політики в галузі поновлюваних джерел енергії.

Пан Деруссо Неоена погоджується з цим, кажучи, що, хоча він не вважає, що оператори енергосистем не завжди наважуються стверджувати гібридні проекти, проблема викликана нестачею експлуатаційних даних і всебічним моделюванням, яке необхідно операторам енергосистем для передачі енергії до інфраструктури, яка має національне значення, «Коли ви починаєте розміщувати більше обладнання і більш складних [проектів], ніж одну просту технологію, стає трохи складніше. Я не вважаю, що є якась проблема з мережею , але зазвичай складно забезпечити весь аналіз даних декількома технологіями, а не одною », – говорить він.

Є проблеми з будівництвом гібридних електростанцій та розумінням як це працює і управляється. Сонячні електростанції та системи накопичення енергії відомі своєю швидкою швидкістю монтажу і пуску в експлуатацію і особливостями об’єднання і управління, це ймовірно надалі визначатиме успішність їхньої «гібридизації» з вітряною електростанцією, що змусить ретельно продумувати будівництво гібридних електростанцій з урахуванням необхідних вимог для забезпечення ефективної роботи. Компанія Desrousseaux заявляє, що в той час як перший гібридний проект від компаній Neoen і Tesla успішно працює і довела свою ефективність і швидку окупність, розробник заздалегідь запланував скоординувати питання про просування всіх трьох технологій. Компанія Lightsource BP дотримується аналогічної думки, коментуючи: «Поки було зроблено дуже мало в світі реалізованих [гібридних проектів]. Це не так просто, тому що час ефективної генерації вітру і сонця різний. Ви не розвиваєте вітряну і сонячну електростанцію одночасно, це займає набагато більше часу [особливо за вітром] ».

Беручи до уваги численні перешкоди, які необхідно подолати, в світі не існує нестачі в автономних розробках і в області сонячної енергії, накопичення енергії або вітрової генерації, що викликає такий інтенсивний інтерес до гібридизації, тому виникає питання володіння навичками необхідними, щоб бути першопрохідцем на цьому ринку?

Перший в Іспанії проект компанії Acciona Energy в вітрової генерації з накопиченням енергії, був завершений в 2017 році. Зображення: Acciona Energy

«Я пам’ятаю, як багато років тому я робив заяву про те, що в додатках, які ми ще навіть не вигадали в найближчі 20 або 30 років, було б розгорнуто більше, ніж у додатках, які ми маємо зараз. І я абсолютно впевнений у цьому », – говорить Бойл з компанії Lightsource BP, коментуючи кількість нових областей застосування сонячних батарей.

«Ми бачимо газове і сонячне, дизельне і сонячне, вітрове і сонячне сусідство, водень, як ви його називаєте. Це залежить від потреб конкретного клієнта і того, що він хоче », – додає Бутоннат. І саме це зосередження на клієнта і його потреби може стати рушійною силою гібридних сайтів».

Зі слів керівника компанії Neoen, Romain Desrousseaux озвучено те, що при просуванні декількох джерел відновлюваної енергії під одним дахом або навіть з однієї точки підключення до мережі, є більш сильна можливість надати більш широкий спектр послуг для кінцевих споживачів. Це означає, що ідентифікація та вибір перспективних проектів стає першочерговим завданням, однак і означає набагато більші вимоги до команд будь-якого потенційного розробника в області гібридних проектів.

У свою чергу, існуючі структури угод про фінансування та купівлю електроенергії (PPA) стають більш складними. В останні роки розкриття структур PPA для більш широкої аудиторії було частою помилкою для більшої частини проектів сонячної енергетики, так що деяке небажання розкривати за допомогою нових структур з урахуванням гібридних установок декількох технологій, зрозуміло. Як пояснює Desrousseaux, якщо PPA заснований на змодельованому результаті проекту, додавання більшої кількості технологій генерації, ніж зазвичай, – у поєднанні з наявністю системи накопичення енергії – тільки збільшує ризик помилки моделювання або нестачі енергії, отже, збільшує ризик, пов’язаний з ним. «Це вимагає деякого досвіду і ноу-хау в галузі управління енергією, і деякі сонячні розробники ще не думали про це», – говорить він.

З цієї причини слід очікувати, що розробники не взяли гібридизацію, якщо їх кінцевою метою є продаж проекту інвестиційного фонду чи іншому власникові активів, а не володіння і управління цими активами в довгостроковій перспективі. І якщо можливостей в автономних поновлюваних джерелах багато, то гібридні розробки можуть зайняти більше часу, щоб з’явитися з креслярської дошки і на землю.

З цієї причини, прогноз Андерсона з компанії Scottish Power про те, що гібридні розробки можуть стати «новим ефективним рішенням» протягом найближчих 18 місяців. Але якщо в останні роки поновлювані джерела енергії стали чимось відомі, то тільки своїм неухильним темпом змін. Якщо індустрія зможе наблизитися до гібридизації з подібним поєднанням інновацій і ноу-хау, припущення Андерсона може все ж звучати правдоподібно.

Як говорить Еллер з аналітичної компанії Navigant, навіть просте спільне розміщення сонячних електростанцій промислового масштабу і систем накопичення енергії п’ять років тому було більш складним і незначним ринком, але це швидко змінилося і зараз це виглядає цілком реально.

«Всі знали, що це має сенс, але знадобилося деякий час, щоб це спроектувати і реалізувати, а потім раптово за останній рік або два, половина побудованих сонячних проектів тепер має систему накопичення енергії. Це стало набагато більш стандартизованим, як тільки це з’ясувалося, всім стало комфортно це стало новим. І я вважаю, що ми побачимо надалі розвиток ситуації з гібридними проектами.

Одним з аспектів гібридних проектів, ймовірно буде більшість розробок з різними типами технологіями в системах накопичення, які вони включають. Технологія акумуляторів, розвивається швидкими темпами, і сьогодні літій-іонний акумулятор, безумовно, є новою технологією, яка навряд чи буде існувати вічно.

Компанія Siemens Gamesa, крім літій-іонної батареї також випробовує системи ванадієвої окисно-відновлюваної батареї (VRFB проточного типу) потужністю 120 кВт / 400 кВт /год на своєму майданчику в La Plana. Сагарра говорить, що, хоча такі проточні батареї в даний час не є комерційно популярними і не підходять для забезпечення короткочасної пікової ємності, до якої добре підходять літій-іонні батареї, оскільки попит на системи, здатні забезпечувати більш широкі можливості з часу видачі накопиченої енергії 4 години і більше.

В подібних проектах по накопиченню енергії є дві речі, які потрібно буде зробити, це потрібно згладити передачу енергії, щоб переконатися, що у вас узгоджений висновок і стабільна частота мережі , і потім зберегти будь-яку надлишкову енергію, або просто частину генерації зрушити в часі, щоб спробувати отримати видачу енергії у форматі 24/7. У таких випадках оптимально підходить установка систем накопичення енергії проточного типу.

Що стосується траєкторії гібридів у більш загальному плані, хоча існує згода про те, що розгортання буде нерівномірним на різних ринках в залежності від їх індивідуальних особливостей, реальність така, що прагнення світового співтовариства декарбонизировать енергосистему означає, що це скоріше випадок «коли», ніж «якщо» гібриди злітають в масштабі.

«В таких країнах, як Іспанія, Німеччина або Данія, де впровадження відновлюваної енергії в 2030 або 2040 роках перевищить 70% від загального обсягу внутрішнього енергоринку , немає іншого вибору, крім гібридів», – говорить Хуан Дієго Діас, директор з маркетингу компанії Siemens Gamesa. «Здається, неможливо досягти цього рівня інтеграції без будь-якої іншої технології, крім гібридних систем, включаючи системи накопичення енергії і, очевидно, використовуючи кращі технології у кожному з регіонів. Гібридні рішення – це більш швидкий спосіб досягнення національних цілей в області стратегії зі зміни клімату, тому що вони не будуть тим, що буде нав’язано на початку ери інтеграції об’єктів ВДЕ; це те, що розробники збираються робити самі, з-за кращої ефективності і більш швидкого повернення інвестицій. Так що з перспективою по гібридам все зрозуміло. Вона вже видна на горизонті інноваційних перспектив.