Відновлення енергосистеми: як врахувати всі деталі

23 червня 2023

Децентралізація української енергосистеми означає виникнення великої кількості малих генераційних і когенераційних об'єктів, а також активну участь споживачів у виробництві енергії.

Яким буде відновлення України після війни, остаточно невідомо, але основи цього процесу закладаються вже сьогодні. Це стосується і енергетичної системи, яка після атак з боку рф потребує не лише відновлення, а й оновлення, базуючись на децентралізації та розвитку відновлюваних джерел енергії (ВДЕ).

Учасники "круглого" столу обговорили виклики та можливості децентралізованої енергетичної системи в рамках заходу, організованого Київською школою енергетичної політики за підтримки Фонду ім. Фрідріха Еберта в Україні.

Особливості децентралізованої генерації

Децентралізована або розподілена генерація – це система виробництва та передачі енергії, де бере участь багато споживачів, які використовують електрику та тепло для своїх потреб і одночасно можуть передавати надлишки енергії до загальної мережі.

Експерт Аналітичного центру DiXi Group, Олена Лапенко, зазначила, що розподілені енергетичні ресурси включають три основні компоненти:

• об’єкти розподіленої генерації;

• механізми реагування на попит;

• накопичення енергії.

Головною рисою децентралізованої моделі є наближення виробництва енергії до споживача. Дворічна енергетична реформа має забезпечити розвиток численних малих генераційних об’єктів і когенераційних систем, а також активну участь споживачів у виробництві та балансуванні енергії. Це, вважають експерти, сприятиме не лише ефективнішому використанню енергії, але й досягненню цілей декарбонізації та у боротьбі зі зміною клімату.

Децентралізація допомагає знижувати технічні витрати на електролінії та підвищує гнучкість планування покриття потреб, спрощує електрифікацію сіл та віддалених територій. Крім того, підвищується ефективність використання когенераційних систем.

“Децентралізована енергосистема, заснована на інтелектуальних мережах, дозволяє інтегрувати роздрібних трейдерів і споживачів у ринкові відносини. Зниження вартості обладнання для будівництва ВДЕ робить такі проекти більш привабливими порівняно з централізованими джерелами електрики в умовах розширення високовольтних мереж,” – зауважила Олена Лапенко.

“Сьогодні нас цікавлять моделі ефективної енергетичної системи України, – підкреслив Геннадій Рябцев, модератор заходу та експерт з енергетичних питань. – Важливою є не лише ціна електроенергії, але й її доступність для більшості громадян. Нам потрібно виробити підходи, які дозволять не лише експортувати електричну енергію з України, а й забезпечити кінцевих споживачів енергією європейської та цифрової якості за ціною, доступною більшості українців. Наразі ж Україна має низький рейтинг доступності електроенергії. Цю ситуацію слід змінювати, зокрема, надаючи людям можливість обирати вид енергії, що буде оптимальнішим у даний момент.”

Рейтинг за індексом енергетичної трилеми: де ми є

Рівень децентралізації енергосистеми країни можна оцінити за її місцем в рейтингу країн за індексом енергетичної трилеми (2022 рік). Цей рейтинг складається Всесвітньою енергетичною радою з огляду на три основні показники: енергетичної безпеки, справедливості (доступності, включаючи ціну) та екологічної стійкості. Індекс енергетичної трилеми дозволяє об'єктивно оцінити безліч факторів, зокрема, ефективність управління енергетичними ресурсами, надійність інфраструктури, доступність енергії для всіх споживачів, ефективність генерації та транспортування, а також процеси декарбонізації.

За даними 2021 року, Україна зайняла 43-є місце в індексі енергетичної трилеми та 3-є місце серед країн з найвищою динамікою підвищення екологічної стійкості.

У ТОП-10 країн у 2022 році за цим індексом опинилися: Швеція (84,3), Швейцарія (83,4), Данія (83,3), Фінляндія (82,7), Велика Британія (82,4), Канада (82,3), Австрія (82,2), Франція (81,1), Норвегія (81,0), Німеччина (80,6).

Якщо розглядати дані лідера рейтингу, Швеції, то там частка відновлювальної енергії перевищує 60%, а потужність сонячних станцій становить 2,6 ГВт. Лише за минулий рік до електромережі Швеції підключили 50 800 сонячних панелей, що на 91% більше, ніж у 2021 році. Більшість з цих панелей належать домогосподарствам або невеликим комерційним бізнесам. Також у 2022 році у Швеції спостерігалося значне зростання попиту на акумулятори з боку домогосподарств: загальна сума приватних інвестицій лише за рік становила 80 млн євро.

Прекрасним прикладом сталого переходу до енергетики є столиця Швеції, Стокгольм. Місто має амбітну мету – до 2040 року відмовитися від викопних видів пального у своєму енергопостачанні, при цьому сектора теплопостачання залишаються ключовими. У Стокгольмі акцент роблять на збереженні централізованих теплових пунктів, які інтегруватимуться з електроенергетичним сектором за рахунок генерації від ВДЕ та використання теплових насосів. Ще одна ініціатива – заохочення переходу на електропомпи, які можуть працювати у парі з генерацією ВДЕ: автомобільні батареї можуть використовуватися для балансування коливань у виробництві електроенергії.

Хоча енергосистема Швеції не є класичним прикладом децентралізації, вона має великий потенціал інтеграції розподіленої генерації, оскільки значний обсяг електричної енергії виробляється гідростанціями, які можуть балансувати змінну генерацію від сонячних і вітрових електричних станцій. Заміна теплової електрогенерації на електричну енергію з ВДЕ – це лише питання часу, вважають експерти.

Серед країн Східної Європи Чехія має найвищий рейтинг за індексом енергетичної трилеми. Однак країна все ще сильно залежить від великої вугільної генерації, яка у 2020 році покривала близько 41% потреб країни в електриці. Вугільна генерація поступово змінюється на сонячну та теплову генерацію, але цей процес іде повільно. Чехія наразі на початковому етапі впровадження «Чистого енергетичного пакету» і створення умов для розвитку децентралізованої генерації та енергетичних спільнот.

Найбільше традиційну генерацію на ВДЕ у Східній Європі заміщає Угорщина: у 2022 році частка сонячних електростанцій досягла 12,58% загального балансу.

Досвід цих країн може виявитися корисним для України. Проте, як і кожна країна, наша держава має свої унікальні особливості, які слід враховувати під час вибору моделі децентралізованого енергозабезпечення.

Установки зберігання енергії

Важливу роль у децентралізованої енергетиці відіграють установки накопичення енергії. Вони дозволяють забезпечити баланс між попитом та пропозицією електроенергії, а також мати резерв на випадок перебоїв в електропостачанні. Установки також забезпечують резерв під час різких коливань частоти та напруги, покращуючи якість електроенергії, а також дозволяють заощаджувати кошти на накопиченні електроенергії, наприклад, заночі за нижчими тарифами.

“В Україні вже зроблено багато в цьому напрямку, – зазначив Геннадій Рябцев. – Зокрема, 16 червня минулого року набув чинності закон, який визначає діяльність зі зберігання енергії та вводить вимоги до ліцензування цієї діяльності, а також окреслює види послуг, що надаються. 8 червня 2023 року НКРЕКП ухвалила перше рішення про видачу ліцензії зі зберігання енергії для української компанії.

Наразі єдині системи накопичення енергії в Україні – це гідроакумулюючі електростанції.

На жаль, перша в Україні промислова літій-іонна система накопичення потужністю 1 МВт і місткістю 2,25 МВт-год тепер знаходиться на окупованій території (в Енергодарі, на Запорізькій ТЕС). Ця система була пілотним проєктом ДТЕК для вивчення оптимальних моделей роботи систем накопичення.

“Сподіваємось, що наші колеги з Вінниці швидко запустять свою систему, адже вони отримали ліцензію на операторів системи накопичення енергії, що є позитивною новиною,” – зазначив Вадим Уткін, менеджер з проектів накопичення енергії ДТЕК.

Фахівець підкреслив, що українська енергетична мережа не була спроектована для передачі електрики як від виробника до споживача, так і назад, і не може легко інтегрувати генератори з нестабільним виходом потужності. Проте нові технології зробили це можливим.

“Основною проблемою нашої системи є низька гнучкість об'єднаної енергетичної системи України, що не можуть вирішити ГЕС і ГАЕС (до обстрілу Каховки в Україні було 101 агрегат) та міждержавні завантаження. Причини загострилися після ракетних обстрілів, але є й у сусідів, як, наприклад, у Польщі. Не так давно у них спостерігались негативні ціни на ринку електроенергії, що є яскравим свідченням недостатньої гнучкості їх енергосистеми,” – зазначив Вадим Уткін.

До початку війни частка ВДЕ в Україні становила понад 8%. Тим не менш, і тоді, і в 2022 році існували значні мережеві обмеження. За період з 1 січня по 22 жовтня послуга зі зменшення навантаження ВДЕ або обмеження використовувалася 172 рази (протягом 172 днів). Послуга з розвантаження була надана на 1,3 млн кВт-год.

“Це свідчить про те, що системний оператор не мав альтернативи, окрім як заплатити за енергію, що не виробляється, або обмежувати виробництво електрики, бо неможливо було балансувати. Це, на мою думку, один з найдорожчих способів, який ми обрали до війни для балансування енергосистеми,” – наголосив менеджер проектів накопичення енергії ДТЕК.

Він лише перелічив, скільки потужностей було втрачених через війну. Наразі окуповані Запорізька АЕС, Луганська ТЕС, Вуглегірська ТЕС, Запорізька ТЕС. Практично всі українські теплоелектростанції отримали серйозні пошкодження. Втрачається також 1000 МВт ТЕЦ.

“Яка роль теплових електростанцій у нашій дискусії про дистрибуцію генерації? Теплові електростанції в Україні виконують функцію балансувальних одиниць, оскільки в даний момент у нас немає більш гнучких потужностей, ніж вугільні електростанції. Що стосується можливості відбудови потужностей після обстрілів, то це залишається неясним. Зокрема, це пов'язано з національним планом скорочення викидів, відповідно до якого ми маємо зменшити вугільну генерацію. Чи буде він переглянуто – залежить від того, чи знайде Європа шляхи їх підтримки,” – підкреслив фахівець.

З 21,5 ГВт балансуючих потужностей залишилося близько 13,3 ГВт. Станом на кінець вересня 2022 року реконструкція близько 20% енергоблоків завершена, однак їх маневрові характеристики недостатні для сучасних вимог об'єднаної енергетичної системи України, вважає Вадим Уткін. Відсутність чітких механізмів фінансування заходів екологічної модернізації, передбачених Національним планом скорочення викидів, у короткостроковій перспективі призведе до суттєвого зменшення потужностей ТЕС.

“Багато постраждалих вугільних ТЕС і ГЕС можуть бути модифіковані для інтеграції накопичувачів енергії або систем для періодичного забезпечення,” – зазначив він.

Водночас Вадим Уткін зауважив, що оскільки для відновлення Каховської ГЕС потрібно близько 1 млрд доларів, ці запити є не здійсненними в даний час. І питання, чи варто повертатися до їх використання, також залишається відкритим.

“Можливо, варто розглянути ідею впровадження гібридних установок,” – поділився своїми думками фахівець.

Чи можуть звичайні українці забезпечити себе електроенергією

Ця війна показала, наскільки важливо людям не залежати від централізованого електропостачання. Але що може зробити населення, щоб забезпечити себе електроенергією необхідної якості та в достатній кількості в умовах нестабільності?

“Станом на четвертий квартал 2022 року в Україні було 1,4 ГВт встановленої потужності домашніх сонячних електростанцій, – навела статистику Галина Трипольська, провідний науковий співробітник Інституту економіки та прогнозування НАН України. – Проте розвиток домашніх електростанцій не став справжнім успіхом із ряду причин. Частина з цих 1,4 ГВт втрачена, частина пошкоджена внаслідок війни, проте загалом спостерігається позитивний тренд. Має статися подальше зростання встановленої потужності домашніх сонячних електростанцій.

Експертка зазначила, що стосовно цього питання є закрите документу, відомого як Енергетична стратегія. Проте, окрім цього, є проект Національного плану дій з відновлюваної енергетики до 2030 року. У плані вказано, що до 2030 року в країні має бути практично 3 ГВт потужностей домашніх сонячних електростанцій. Водночас, держава намагається під різними приводами відійти від "зеленого" тарифу.

Інститут економіки та прогнозування НАН України вирішив вивчити, чи є це хорошим рішенням. Для цього вони розглянули три гіпотетичні домашні сонячні електростанції різної потужності: 12,5, 30 і 50 кВт.

“Ми з’ясували, що малі сонячні установки, які б хотіли скористатися “зеленим” тарифом, не матимуть достатньо часу для окупності своїх інвестицій. Введення нет-білінгу для домогосподарств робить проекти домашніх електростанцій економічно менш привабливими, а ринкова ціна на електроенергію для споживачів залишається замалою для забезпечення окупності проектів з відновлювальної енергетики,” – пояснила Галина Трипольська.

На її думку, якщо враховувати амбітні плани щодо збільшення потужностей домашніх сонячних електростанцій та зростання бідності населення, то зараз необхідно шукати способи зробити обладнання для відновлюваної енергетики більш доступним для пересічних домогосподарств. Для цього потрібні капітальні гранти для зниження витрат на обладнання, вкрай необхідні й регіональні програми.

“Дане питання торкається тільки домогосподарств, що проживають у приватних будинках. Але що можна зробити для мешканців багатоквартирних будинків? Це близько половини населення до війни. Ця категорія населення практично не має можливостей для електрогенерації. Чи можливе надати таку можливість людям, які не є членами ОСББ? Це можуть бути дахові сонячні панелі. Хоча їх не вистачить для забезпечення великих потреб, однак за їхньою допомогою можна покривати потреби в електроенергії для внутрішніх цілей. І хоча це може здатися краплею у морі, все ж якщо таких “крапель” буде багато, то це може стати як викликом для енергетичної системи, так і допомогою для неї,” – додала представниця Інституту економіки та прогнозування НАН України.

За її словами, якщо ми прагнемо дійсно впроваджувати нет-білінг, то нам потрібно зробити прогнози щодо встановлення домашніх електростанцій більш реалістичними та поміркованими, а також приймати законодавчі ініціативи для залучення багатоквартирних будинків до електрогенерації.

Моделювання оптимальної системи енергозабезпечення

Досвід війни показав, що Україні необхідна нова децентралізована енергосистема. Проте кожне місто може вибрати цю систему залежно від моделювання оптимальної енергосистеми.

“Досить часто розподілена генерація асоціюється із сонячними та вітровими станціями, тобто з ВДЕ. Це важливі елементи, але вони не формують цілісну систему, – зауважив Ігор Петрик, директор з розвитку ринків фірми Wärtsilä Energy. – Найкраща генерація чи механізми накопичення і регулювання самі по собі не можуть бути достатніми. Усе повинно працювати в комплексі. Мають бути враховані економічні, екологічні та соціальні складові. Це важливо для забезпечення доступності електроенергії для суспільства і переходу від традиційної енергосистеми, що базується на викопних палив, до цілком відновлюваної, безвуглецевої енергетики.”

Для цього потрібні інструменти, які допоможуть вирішити ці складні проблеми. Моделювання та аналіз затрат на електроенергію у кожному варіанті дозволять визначити, чи ми оберемо шлях до повністю відновлюваної енергосистеми, чи залишимо можливість застосовувати якісь викопні пального, наприклад, газ.

“Моделюємо енергосистему із забезпеченням споживання 100 МВт (пікових). Найбільш оптимальною конфігурацією може бути комбінація: газова генерація, вітрова генерація в меншій мірі, трішки батарей, трохи сонячної енергії. Це дозволить зробити суттєвий крок у бік енергетичного переходу: майже 80% безвуглецевої генерації. Це значить, що газ буде використовуватися лише тоді, коли тривалий час немає ані вітру, ані сонця. Наступний етап такого переходу – запровадження електролізерів, які із надлишкової енергії отримують або синтетичні пального, або водень, і таким чином комбінування існуватиме в новій конфігурації. Отже, мова йде про побудову збалансованих енергосистем, які є децентралізованими по суті,” – поділився своїм баченням експерт.

Він також відзначив, що оптимізація є новим підходом для України. Мати комплексні рішення для кожного окремого міста дуже важливо. Це надає стійкість для забезпечення населення як теплом, так і електроенергією, а також супутніми послугами завдяки високій маневровості генерації.

“Ця модель є рентабельною навіть при нинішніх цінах на тепло та електроенергію, і на газ, на відміну від побудови лише електрогенерації,” – додав Ігор Петрик.

Отже, Україні терміново потрібні фахові моделі для ефективної енергетичної системи, які дозволять підвищити її надійність і зменшити ризики відключень енергопостачання. Основним напрямком змін має бути децентралізація виробництва електрики та перехід на ВДЕ. Це дасть можливість українцям не лише уникати темряви під час аварійних відключень, але й обирати найзручніший для них вид енергії.

Підготувала Світлана ОЛІЙНИК

Теги:Запорізька ТЕСВЕДЗапорізька АЕСенергосистемаСЕСПоділитись