Пропонуємо Вашій увазі першу частину дослідження (із скороченнями), яке автори (T.W. Brown, T. Bischof-Niemz, K. Blok, C. Breyer, H. Lund, B.V. Mathiesen) зробили у відповідь на попередню публікацію у «Renewable and Sustainable Energy Reviews», де висловлювались сумніви щодо можливості повного переходу до застосування ВДЕ.
В цій статті автори стверджують, що світ поновлюваних джерел енергії найближчим часом зажадає «переосмислення» енергетичної системи і тільки спрямована еволюція існуючої системи необхідна для забезпечення доступності, надійності і стійкості.
ТЕЗИ
Недавня стаття «Тягар доказу: комплексний аналіз доцільності систем, які повністю засновані на джерелах відновлюваної енергії» стверджує, що багато досліджень систем, які повністю засновані на джерелах відновлюваної енергії, не демонструють достатньої технічної доцільності відповідно до критеріїв авторів статті (далі - «автори»). У цій статті ми піддаємо аналізу методологію авторів і знаходимо її сумнівною. Критерій доцільності, обраний авторами, важливий, але також легко вирішується при низьких економічних витратах, хоча і не відображає основні висновки розглянутих досліджень і, звичайно ж, не впливає на їх технічну доцільність. Більш ретельний аналіз показує, що всі ці питання вже розглянуті в літературі, присвяченій інженерній справі і моделюванню. Ядерна енергетика, яку автори позитивно оцінили в інших джерелах, стикається з іншими, справжніми технічними проблемами, такими як надійність ресурсів урану і залежність від неапробованих технологій в середньо- і довгостроковій перспективі. З іншого боку, енергетичні системи, засновані на поновлюваних джерелах енергії, є не тільки доцільними, а й економічно ефективними.
1. Вступ
Існує широкий науковий консенсус щодо того, що в найближчі десятиліття необхідно швидко скоротити антропогенні викиди парникових газів, щоб уникнути катастрофічного глобального потепління [1]. Для досягнення цієї мети багато наукових досліджень ([2-61] обговорювані в цій статті) проаналізували потенціал заміни джерел викопного палива на нові види енергії. Оскільки вітрова та сонячна енергія домінують в структурі зростаючого потенціалу відновлюваних джерел енергії [3], основний акцент в дослідженнях з великою часткою відновлюваних джерел енергії - необхідність збалансувати ці джерела енергії в часі і просторі в залежності від попиту на енергетичні послуги.
Дослідження, які вивчають сценарії з дуже великою часткою відновлюваних джерел енергії, викликали критичний відгук з боку деяких осіб, особливо з урахуванням того, що високі цільові показники відновлюваних джерел енергії в даний час є частиною державної політики в багатьох країнах [62,63]. Експерти розкритикували дослідження, не беручи до уваги: мінливість енергії вітру і сонячної енергії [64,65], масштабність деяких технологій зберігання [66], всі аспекти системних витрат [64,65], обмеження за ресурсами [67,68], споживання енергії за межами сектора електроенергетики [68], обмеження в швидкості зміни енергоємності економіки [68] і обмеження в швидкості розгортання потужностей [69,68]. Багато з цих критичних зауважень були спростовані або безпосередньо в цьому документі [70-72], або були розглянуті в інших джерелах.
В недавній статті «Тягар доказу: комплексний аналіз доцільності систем, які повністю засновані на джерелах відновлюваної енергії» [73] автори статті (далі «автори») проаналізували 24 опублікованих сценарієв (включаючи [3-9,12,13,10,11] ) розвиток поновлюваних енергосистем, як регіональних, так і глобальних. Спираючись на наведені вище критичні зауваження, автори обрали критерії доцільності для оцінки досліджень, відповідно до яких вони прийшли до думки, що висновки багатьох з досліджень не відповідають дійсності.
У цій статті-відповіді ми стверджуємо, що встановлені авторами критерії доцільності можуть в деяких випадках бути вельми вагомими, але всі вони легко вирішуються як на технічному, так і на економічному рівні при низьких витратах.
У Розділі 2 ми розглянемо визначення і співвідношення доцільності та ефективності; в Розділі 3 ми розглянемо критерії доцільності, представлені авторами, і надамо наші власні додаткові критерії; в Розділі 4 ми звернемося до інших порушених питань [73]; в Розділі 5 ми представимо свої висновки.
1. Доцільність і ефективність
Раніше в розділі «Методи» автори дали визначення доцільності як явища, технічно можливого з точки зору фізики за допомогою використання «сучасних технологій». Вони розрізняють доцільність і соціально-економічну ефективність, яку визначають як явище, що існує в рамках екологічних і соціальних обмежень без невиправданих витрат. Хоча загальноприйнятого визначення доцільності не існує [77], інші дослідження зазвичай включають сюди економічну доцільність [78-82], в той час як інші додатково розглядають соціальні та політичні обмеження [83,68]. Для цілей цієї статті ми будемо дотримуватися авторських визначень доцільності та ефективності.
Більш цікаве питання, на якому зосереджено більшість досліджень, полягає в тому, як досягти високої частки поновлюваних джерел енергії при мінімальних витратах при дотриманні екологічних, соціальних і політичних обмежень. Іншими словами, ефективність - ось те, навколо чого повинні вестися справжні дебати. З цієї причини в цій статті ми будемо оцінювати як доцільність, так і ефективність енергетичних систем на основі відновлюваних джерел.
Приклади, пов'язані з критеріями доцільності, більш докладно розглядаються нижче, але навіть при обговоренні конкретних результатів модельних випробувань існує плутанина. Автори часто цитують витяги з досліджень по оптимізації витрат, які «вимагають» певних інвестицій. Наприклад, вони заявляють, що [84] «100 ГВт ядерної енергії та 461 ГВт газу» [85] «вимагають потужностей магістральних інтерконекторів, які в 5,7 рази більше, ніж нинішні потужності». Моделі оптимізації є найбільш економічними рішеннями в рамках технічних обмежень.
Результат оптимізації не обов'язково є єдино можливим; може існувати багато інших рішень, які просто дорожчі. Необхідно провести додатковий аналіз, щоб з'ясувати, чи є інвестиційне рішення «необхідним» або просто самим затратними з багатьох.
Нарешті, при оцінці економічної результативності важливо мати уявлення про майбутні витратм. Якщо в якості прикладу взяти Європу, Європа платить близько 300-400 млрд євро за електрику в год.1 ВВП ЄС в 2016 році становив 14,8 трлн євро [86]. Очікувані витрати на розширення мережі електропостачання в Європі в розмірі 80 млрд євро до 2030 року [89] можуть здатися високими, але якщо ці витрати перевести в річне обчислення (наприклад, 8 млрд євро / рік), це складе всього 2% від загальних витрат на електроенергію, або 0,003 € / кВт-год.
3. Критерій економічної доцільності
Автори визначають критерії доцільності та дають оцінку 24-х різних сценаріїв, які задіюють ВДЕ. Згідно обраними критеріями, багато з досліджень отримали низьку оцінку.
У наступних розділах ми розглянемо критерії доцільності, згадані авторами, і деякі додаткові критерії, які, на нашу думку, більш доречні. Крім того, ми обговоримо соціально-економічну доцільність можливих рішень.
Існують критерії, які автори не використали в своєму рейтингу, але які чинять сильніший вплив на доцільність (такі як обмеження ресурсів і технологічна отработанность). Автори ж не дають оцінку невизначеності, а також не враховують важливість різних допоміжних послуг.
Слід також звернути увагу, що в той час як деякі з досліджень розглядають тільки сектор електроенергетики, інші дослідження вивчають енергоспоживання іншими секторами, такими як транспорт, теплопостачання і промисловість, що перешкоджає порівнянності між дослідженнями.
Критерій доцільності 1: прогнози попиту
Автори критикують деякі з досліджень за те, що не були використані ймовірні прогнози майбутнього споживання електроенергії і загального попиту на енергію. Зокрема, вони стверджують, що скорочення попиту на світову потребу в первинній енергії не відповідає прогнозованим темпів зростання населення і розвитку в країнах, де в даний час попит на енергію низький.
Навряд чи хтось би погодився з авторами, що будь-який майбутній енергетичний сценарій повинен бути сумісний з енергетичними потребами кожного громадянина планети. Інформація про зниження попиту на електроенергію, особливо за умови електрифікації опалення, транспорту і промисловості, також навряд чи заслуговує на довіру. Наприклад, сценарії Greenpeace Energy [R] evolution [6,90] і WWF [5], критиковані в документі, свідчать про значне збільшення глобального споживання електроенергії; інше недавнє дослідження [35] передбачає подвоєння попиту на електроенергію в період між 2015 і 2050 роками відповідно до оцінок МЕА [91].
Однак автори вважали за краще зосередитися на первинній енергії, ситуація з якою більш складна. Безумовно, цілком виправданим було б відокремити зростання розвитку первинної енергії від задоволення потреб в енергії нашої планети. Багато країн вже відокремили енергопостачання за допомогою первинної енергії від економічного зростання; Данія має 30-річний досвід в зниженні енергоспоживання своєї економіки [92].
Тут маємо не менше трьох пунктів: i) споживання первинної енергії автоматично знижується при переході з викопних видів палива на сонячну, гідроелектричну енергію та енергію вітру, оскільки вони не мають втрат перетворення відповідно до традиційного визначення первинної енергії; ii) рівень життя може підтримуватися при одночасному підвищенні енергоефективності; iii) системи, засновані на використанні поновлюваних джерел енергії, уникають значного використання урану, продуктів гірничодобувної, транспортної та нафтопереробної промисловості.
Мал. 1 ілюструє, як споживання первинної енергії може зменшуватися в результаті переходу на поновлювані джерела енергії (синій графік).
Котли, що працюють на викопному паливі, домінують в сьогоднішньому теплопостачанні; тут первинна енергія знову відповідає теплоємності палива. Для теплових насосів тепло, що виділяється з навколишнього середовища, іноді має значення первинної енергії [95,96], а іноді немає [5]; в останньому випадку скорочення споживання первинної енергії становить 60-75% [97], в залежності від місця розташування і технології, якщо використовуються енергія вітру, сонця і гідроенергія. Комбіноване виробництво тепла та електроенергії також знизить споживання первинної енергії. Крім того, централізоване теплопостачання може використовуватися для рециркуляції низькотемпературного тепла, яке в іншому випадку було б втрачено, наприклад, надмірне тепло від промислових процесів [98-100].
У сфері транспорту втрати енергії в двигуні внутрішнього згоряння означають, що перехід на більш ефективні електричні транспортні засоби, що працюють на електриці від вітру, сонця і гідроелектроенергії, зменшить споживання первинної енергії на 70% і більше [46].
Якщо в якості прикладу привести статистику Європейського Союзу за 2015 рік [101], то вжиття заходів, продемонстрованих на Мал. 1, дозволить скоротити загальне споживання первинної енергії на 49% без будь-яких змін в енергетичних послугах. (Кінцеве споживання енергії також знизиться на 33%). Скорочення загального обсягу первинної енергії на 49% дозволило б майже подвоїти надання енергетичних послуг до того, як споживання первинної енергії почне збільшуватися.
Обліку первинної енергії з різних джерел енергії, представлених в цьому прикладі, вже досить, щоб пояснити розбіжність між сценаріями, представленими на Рис. 1 [73], на яких медіана споживання первинної енергії комерційними підприємствами збільшується приблизно на 50% в період між 2015 і 2050 роками, тоді як громадські організації «Грінпіс» і WWF трохи знижують споживання. Як приклад комерційного проекту з високим попитом на первинну енергію можна привести багато сценаріїв МГЕЗК з низьким показником викиду парникових газів, які засновані на використанні біоенергії, зниженні рівня ядерної енергії та CO2 [102], в той час як НВО «Грінпіс» [6] і WWF [5] використовують в основному сонячну енергію та енергію вітру.
У сценаріях МГЕЗК спостерігаються менші витрати на енергію вітру і сонячної енергії через консервативного підходу до оцінених витрат, при цьому деякі такі витрати для сонячних колекторів в 2-4 рази нижче поточних прогнозів [103,34]; деякі автори підрахували, що сонячна енергія буде домінувати у світовій електроенергетиці до 2050 року з часткою 30-50% [104]. Інше дослідження [22] говорить про 10% -ве зниження споживання первинної енергії в порівнянні з поточним сценарієм на 2050 рік за умови виключення використання промисловістю синтетичного палива.
Автори вважали за краще зосередитися на споживанні первинної енергії, але для поновлюваних джерел енергії, як уже говорилося вище, це може бути невірним критерієм. Визначення як первинної, так і кінцевої енергії підходять для світу, який використовує викопне паливо. Що дійсно важливо, так це задоволення енергетичних потреб населення, а також скорочення викидів парникових газів.
Наступним кроком буде розгляд енергетичної ефективності, яка виходить за рамки простого переходу до іншого джерела палива. Існує безліч можливостей для підтримки життєвого рівня при одночасному зниженні споживання енергії: поліпшена ізоляція будівель і рішення для зниження попиту на опалення та охолодження, більш ефективні електронні пристрої, ефективні процеси в промисловості, вдосконалене містобудівне проектування для зниження попиту на транспортні послуги, більшу кількість громадського транспорту і скорочення викидів. Ці заходи доцільні, але неясно, чи будуть вони соціально-економічно ефективними.
Наприклад, в дослідженні, присвяченому відновлюваній енергетиці Німеччини (включаючи теплопостачання і транспорт) [30], були розглянуті сценарії, в яких потреба в теплопостачанні знижується на 30-60% при використанні різних заходів з переоснащення. Інше дослідження оптимальних витрат на розвиток поновлюваних джерел енергії в Німеччині [105] демонструє аналогічні скорочення споживання первинної енергії в опалювальному секторі в результаті вживання заходів по ефективному використанню комбінованих і теплових насосів.
Третий момент касается затрат на добычу традиционных видов топлива. Недавно было подсчитано, что 12,6% всей мировой конечной энергии используется для добычи, транспортировки и переработки ископаемых видов топлива и урана [36]; сценарии, которые предусматривают использование возобновляемых источников энергии, избегают потребления таких видов топлива.
Важливий момент: навіть якщо майбутній попит вище очікуваного, це не означає, що сценарії, які передбачають використання поновлюваних джерел енергії, недоцільні.
Як обговорювалося в Розділі 3.6, світовий потенціал для виробництва поновлюваних джерел енергії декількома факторами вище, ніж прогнозування попиту.
Критерій доцільності 2a: дозвіл модельного часу
Автори підкреслюють важливість моделювання з високим тимчасовим дозволом, щоб врахувати динаміку попиту та відновлюваних джерел енергії. Вони дають один бал моделям з годинниковим дозволом і три бали моделям з 5-хвилинними інтервалами.
Зрозуміло, важливо, щоб моделі мали достатній тимчасовий дозвіл для обліку змін в споживанні енергії (наприклад, більш низьке споживання електроенергії о 3 годині ночі, ніж о 3 годині дня), а також зміни у виробництві енергії вітру і сонячної енергії для коректного розрахунку необхідних параметрів. Однак тимчасовий дозвіл залежить від розглянутої області, оскільки короткострокові коливання погоди не корелюються на великих відстанях і, отже, збалансовані. Цей критерій слід швидше читати «тимчасовий дозвіл має відповідати масштабу досліджуваної області, погодних умов і предмету дослідження». Моделі для цілих країн, як правило, використовують погодинне моделювання, і ми будемо стверджувати, що цього достатньо для довгострокового планування енергетичної системи.
Зрештою, чому автори вибирають інтервал в 5 хвилин? Для однієї вітряної турбіни порив вітру може змінити подачу протягом декількох секунд (інерція ротора перешкоджає більш швидких змін). Точно так же хмара може закрити невелику сонячну панель протягом секунди.
Мал. 2 показує кореляції в коливаннях (т. Е. Відмінності між послідовними виробничими значеннями) генерації енергії вітру в різних часових і просторових масштабах.3 Зміни в межах 5 хв не корелюються вище 25 км і тому вирівнюються при підсумовуванні. Подальший аналіз погодинних коливань вітру на великих площах можна знайти в [108,109].
Для сонячної фотоелектрики (PV) картина схожа при більш коротких тимчасових масштабах: зміни при 5-хвилинному інтервалі корелюються на великих площах через рух хмар. Однак в інтервалі від 30 хв до 1 год відбуваються кореляційні зміни через положення сонця в небі або проходження великомасштабних погодних фронтів. Зниження виробництва PV у вечірній час може бути зафіксовано з дозволом в одну годину, є багато доступних технологій для зіставлення лінійних змін: гнучкі газові турбіни з відкритим циклом можуть нарощувати темп протягом 5-10 хвилин, гідроелектростанції - протягом хвилини або менше, в той час як управління електроспоживання балансується відбувається протягом мілісекунд. Сонячні та вітрові установки можуть скоротити потужність протягом декількох секунд.
Технічна література підтверджує ці міркування. Предметом деяких досліджень є острів Ірландія, який являє собою ізольовану синхронну зону, має ширину всього 275 км і повністю продувається вітрами. Одне з досліджень енергосистеми в Ірландії з високою часткою вітрової енергії [112] змінювало тимчасовий дозвіл в інтервалах 60 хв і 5 хвилин і виявило, що системні витрати 5-хвилинних результатів моделювання виявилися всього на 1% вище, ніж погодинні результати моделювання; тим не менш, обмеження при виборі складу працюючих агрегатів, а також більш високі темпи лінійних змін і циклирования можуть бути проблематичними для старіших теплових об'єктів (але не для сучасного гнучкого обладнання, описаного вище). В [115] розглянуто відмінність між погодинними та 15-хвилинним моделюванням в невеликих мережах централізованого теплопостачання з високим рівнем проникнення енергії вітру і встановлено, що «відмінності у виробленні електроенергії малі» і «немає необхідності в моделюванні з більш високою роздільною здатністю".
Оскільки у великих просторових масштабах статистично згладжуються зміни в агрегованих навантаженнях, жоден з результатів моделювання істотно не змінюється при переході від часового до 5-хвилинному вирішенню. Погодинне моделювання враховує найбільші коливання і, отже, відповідає вимогам гнучкості розмірного ряду (резервна потужність і поведінку системи в перші секунди після поломки обговорюються окремо в Розділі 3.5).
Результати моделювання з інтервалами більш ніж в одну годину слід ретельно обробляти в залежності від предмета дослідження [116].
Критерій доцільності 2b: Екстремальні кліматичні явища
Автори розглядають дослідження, які включають в себе рідкісні кліматичні події, такі як тривалі періоди похмурої і вітряної погоди або періоди посухи, що впливає на виробництво гідроелектроенергії.
Попит на енергію в зимові періоди похмурої і вітряної погоди, які тривають довше декількох днів, може бути задоволений гідроелектроенергії, біомасою, регулюванням попиту, імпортом, середньостроковим зберіганням, синтетичним газом (доцільність кожного обговорюється окремо нижче) або, в гіршому випадку, викопним паливом.
Розглянемо випадки, коли достатня об'ємна пропускна здатність підтримувалася для покриття максимального навантаження.
Отже, до яких би витрат призвела підтримка газової турбіни відкритого циклу (ГТОЦ), щоб покрити, наприклад, максимальний попит Німеччини в обсязі 80 ГВт? Візьмемо передбачувані витрати з [117]: короткострокові інвестиції в розмірі 400 € / кВт, фіксовані експлуатаційні витрати і витрати на технічне обслуговування в розмірі 15 € / кВт / год, термін служби - 30 років, облікова ставка - 10%. Останні дві цифри склали 10,6% річних від суми короткострокових інвестицій, тому річна вартість за кВт становить 57,4 € / кВт / год. При максимальному навантаженні 80 ГВт, за умови 90% зайнятості ГТОЦ, загальна річна вартість становить, таким чином, 5,1 млрд євро. Німеччина споживає понад 500 ТВтч / рік, тому гарантована потужність коштує менше 0,01 євро / кВтг. Це становить всього лише 7,3% загальних витрат на електрику в Німеччині (69,4 млрд євро в 2015 році [118]).
Ми не станемо припускати, що Німеччина займеться будівництвом флоту ГТОЦ для покриття свого пікового попиту. Тим не менш, деякі можливості ГТОЦ також можуть бути привабливими з інших причин: це гнучкий джерело збільшення резервної потужності, який може використовуватися для надання інших допоміжних послуг, таких як забезпечення інерції, викид струму електрода, регулювання напруги і автономний пуск. Можливо відділення генератора від турбіни, що дозволить генератору працювати в режимі синхронного компенсатора, що означає можливість надання допоміжних послуг без спалювання газу (див. Обговорення допоміжних послуг в Розділі 3.5).
Робота ГТОЦ протягом двотижневого періоду в період похмурої і вітряної погоди призведе до збільшення витрат на паливо і, можливо, до збільшення викидів CO2 (які були б нульовими, якби синтетичний метан проводився з використанням відновлюваної енергії). Будь-які викиди повинні враховуватися при моделюванні, але з урахуванням того, що екстремальні кліматичні події відбуваються рідко (два тижні в кожному десятилітті складають 0,4% часу, автори навіть говорять про події, які трапляються раз в 100 років), їх вплив досить незначно.
Недавнє дослідження семи різних погодних років (2006-2012 рр.), В тому числі екстремальних погодних явищ, в Європі в порівнянні з 1990 роком [119] прийшло до аналогічних висновків. Екстремальні події не впливають на всі країни одночасно, тому, наприклад, Німеччина може впоратися з екстремальними подіями, імпортуючи енергію з інших країн. Якщо з політичних міркувань кожна країна повинна покривати свою максимальне навантаження в масштабі країни, додаткові витрати складають не більше 3% від загальних витрат системи.
Для систем, в основі яких лежить гідроелектроенергія, автори правильно вказують, що при моделюванні необхідно враховувати більш сухі роки. Крім наведених прикладів, виробництво гідроелектроенергії в Бразилії було обмежено протягом останніх двох років через посуху, в Ефіопії, Кенії і Скандинавії існують більш сухі роки, коли виробництво може впасти на 30% нижче середнього [108].
Однак більшість країн використовують енергію вітру і сонячної енергії, і тут потужність гідроелектроенергії настільки ж важлива для балансування енергії вітру і сонячної енергії, як і загальний річний енергетичний внесок, особливо якщо її закачування може бути використана для наповнення водосховищ в періоди надлишку енергії вітру і сонця [7 , 54].
Критерій доцільності 3: Мережі передачі і розподілу
Автори критикують багато досліджень за те, що вони не забезпечують імітації мереж передачі (тобто високовольтної мережі дальньої дії) і розподілу (тобто розподілу більш низької напруги від мереж передачі до споживачів). Знову ж таки, це важливо, але не так важливо, як припускають автори. Обгрунтованість не є проблемою (немає технічних обмежень на розширення мережі), проте існують соціально-економічні міркування. Багато досліджень, що не моделюють мережу, все-таки включають в себе загальні витрати на розширення мережі (наприклад, див. Дослідження [121-123]).
Мережа також не є вирішальною з точки зору собівартості: додаткові витрати на мережу, як правило, становлять невелику частину загальних витрат на електроенергію (приклади підуть далі, але зазвичай складають близько 10-15% від загальних системних витрат в Європі [124-127,21 , 42,123]), а оптимальні схеми мереж мають тенденцію створюватися за зразком найбільш недорогих поколінь, тому ігнорування мережі є розумним наближенням першого порядку. Проблема може з'явитися в разі, якщо проблеми з громадським схваленням перешкоджають розширенню повітряних ліній електропередачі, в цьому випадку лінії електропередачі повинні бути прокладені під землею (що зазвичай в 3-8 разів дорожче повітряних ліній) або ж електрику повинно проводитися більш локально (що може збільшити витрати, а також вимагати більшого обсягу зберігання для збалансування поновлюваних джерел енергії). Проблеми з громадським схваленням впливають на вартість, т. Е. На економічну життєздатність, а не на обгрунтованість.
Наскільки необхідно розширити розподільну мережу, залежить також від того, наскільки ситуація залежить від децентралізованого фотогальванічного харчування розташованого на даху будівлі. Якщо все вітряні комунальні фотогальванічні станції приєднані до мереж передачі, тоді немає необхідності розглядати розподільні мережі взагалі. Незалежно від змін з боку енергозабезпечення, в майбутньому може знадобитися модернізація розподільчих мереж, у міру збільшення потреби в енергії з боку опалення та електромобілів (хоча, це не очевидно: розподільні мережі часто перевищують необхідні розміри для найгіршого можливого одночасного пікового споживання, а більш інтелектуальна мережева інфраструктура, управління попитом або сховищем можуть уникнути необхідності оновлювати розподільні мережі).
Тепер перейдемо до деяких прикладів розрахунку вартості мереж передачі і розподілу.
Дослідження, проведене ImperialCollege, NERA і DNV GL для європейської системи електропостачання до 2030 року [124] розглянуло наслідки для мережі передачі і розподілу від поступленіядо 68% поновлюваних джерел енергії (згідно Сценарію №1). Загальні годовиеіздержкі системи составляют232 мільярда євро на рік при Сценарії №1, 4 мільярди євро в рік відведені витрат на додаткові інвестиції в мережу передачі, а 18 мільярдів євро на рік в розподільну мережу. Якщо існує велика залежність від децентралізованої вироблення енергії (Сценарій №1 (a) -DG), додаткові витрати на розподільну мережу можуть вирости до 24 мільярдів євро на рік.
Це ілюструє типове практичне правило: додаткові витрати на мережу складають близько 10-15% від загальних витрат на систему. Однак, цей випадок прийняв до уваги бралися лише 68% поновлюваних джерел енергії.
Дослідження розподільної мережі 100% джерел відновлюваної енергії в федеральному штаті Німеччини Рейнланд-Пфальц [125] також чітко показує, що витрати вироблення перевищують собівартість. Додаткові інвестиції в мережу варіюються від 10% до 15% від загальних витрат нового покоління, в залежності від того, наскільки інтелектуальна система. До того ж, витрати на модернізацію сетіраспределеніяпревишают витрати на передачу енергії.
У гіршому випадку Енергетичне агентство Німеччини (DENA) визначає загальну потребу в інвестиціях на рівні 42,5 млрд. Євро в німецькі розподільні мережі до 2030 року, щоб доя поновлюваних джерел енергії склала 82% [128]. У річному обчисленні вона дорівнює 4,25 млрд. Євро, це всього лише 6,2% від загальних витрат на електроенергію в Німеччині (69,4 млрд. Євро в 2015 році [118]).
Ще одне ісследованіе100% відновлюваної електроенергією, проведене для Німеччини, показало, що розширення мережі на рівні передачі і розподілу буде коштувати близько 4-6 мільярдів євро в рік (при великому діапазоні невизначеностей, що досягає від 1 до 12 мільярдів євро на рік) [123] .
Багато досліджень розглядають тільки мережу передачі. Десятирічний план розвитку мережі від 2016 роки (TYNDP) [89], опублікований Асоціацією європейських операторів систем передбачає потребу в 70-80 млрд. Євро інвестицій в Європі в 60% відновлюваних джерел енергії до 2030 року, що в середньому становить до 2% від загального обсягу видатків на електроенергію розміром 400 млрд. євро в рік (додаткові витрати розміром 0,001 - 0,002 євро / кВтг компенсуються в результаті зниження оптових цін на електроенергію на 0,0015 - 0,005 євро / кВт ∙ год [89]). Автори критикують (р) еволюціоннийсценарій GreenpeaceEnergy [6,90] за виключення мережі імоделірованіе надійності, але насправді Грінпіс замовив ісследованіераспространеніяпередачі енергії для Європи з використанням погодинних моделей, одне для 77% поновлюваних джерел енергії до 2030 року [126] (60 млрд. євро інвестицій до 2030 року, тобто 1,5% від розміру витрат) та одне для 97% поновлюваних джерел енергії до 2050 року [127] (149-163 млрд. євро інвестицій для 97% поновлюваних джерел енергії до 2050 року, тобто 4% витрат). За межами Європи інші дослідження з аналогічними результатами були проведені в Сполучених Штатах Америки [84], Південній і Центральній Америці [48] і Азії [39,16]
Автори цитують дослідження, в яких розглядаються оптимальні транскордонні пропускні спроможності в Європі при дуже високих частках поновлюваних джерел енергії, які демонструють збільшення в 4-6 разів сьогоднішніх потужностей [85,129]. Варто відзначити, що в цих дослідженнях розглядаються лише міжнародні пункти з'єднання, а не повна мережу передачі, яка включає в себе лінії передачі в кожній країні. Пункти з'єднання історично слабкіше в порівнянні з національними мережами і обмежені несприятливою ринковою політикою і діяльністю на ринку [130]; якщо аналогічна методологія [85,129] застосовується до більш детальної моделі мережі з вузловим ціноутворенням, її розширення коливається в проміжку від 25% до 50% вище сьогоднішньої ємності [42]. Крім того, економічність не обов'язково означає соціальну життєздатність; існують рішення з більш низьким рівнем розширення мережі, а отже, має більш високий рівень суспільного визнання, але більш високі витрати на зберігання для збалансованого використання відновлюваних джерел енергії на місцях [42].
*переклад виконано для аналітичного звіту "Баланс Енергетики України" №1, червень, 2018р.
Першоджерело:
www.elsevier.com/locate/rser
Renewable and Sustainable Energy Reviews 92 (2018) 834–847
