Остров зеленой энергетики.

В связи с тем, что одной из основных проблем электрогенерации на ВЭС и СЭС является ее нестабильность во времени, то, теоретически, введение в эту систему адекватных аккумулирующих мощностей, в виде ГАЭС, как пока что самого дешевого вида буферизации электроэнергии, может сделать такую систему полностью независимой от необходимости наличия дублирующих мощностей на традиционном топливе (дизель, мазут, природный газ) на какое-то продолжительное время.

Хорошим полигоном проверки работоспособности такой гибридной энергосистемы являются обитаемые острова, как относительно замкнутые "идеальные" микромодели.

Безусловно, такие модели трудно назвать полностью замкнутыми, так как строительство таких систем должно вестись за счет внешних источников и поддержание их работоспособности на продолжительное время, тоже невозможно без внешней поддержки.

Но как некий идеал для проверки работоспособности - она имеет смысл.

Слово автору...

"Как известно, по мере дешевение ВИЭ фокус критики смещается со стоимости киловатт*часа на стоимость баллансировки и аккумуляции энергии, связанные с переменчивостью ВИЭ. Сегодня довольно сложно понять насколько дорогим и переменчивым с точки зрения рулением потреблением (например путем онлайн регулирования тарифа и отключаемых потребителей) будет в итоге энергосистема основанная на ВИЭ. Это важно, в том числе для понимания, какие технологии генерации электроэнергии будут в будущем на коне.

Там, где ВИЭ зашли достаточно далеко в абсолютных показателях (т.е. например Евросоюз, США или Китай) слишком сложные и разнородные энергосистемы, что бы можно было увидеть экономические и технические эффекты, да и глубина проникновения пока не слишком велика, максимум - это 31% в Германии. Кроме того широкая география этих систем снижает проблемы внедрения переменчивых источников. Но есть парочка довольно интересных кейсов, и об одном из них я расскажу сегодня.

Итак, один из Канарских островов - скалистый El Hierro, на котором живет ~10000 человек. Энергетика острова много десятилетий базируется на дизельной генерации, установленная мощность которой достигла 11,4 МВт, а стоимость электроэнергии ~24 евроцента за киловатт*час.





Здесь сделана интересная попытка перевести весь остров разом на возобновляемые источники. Для этого к 2015 году был построен энергокомплекс Gorona del Viento (GdV), состоящий из 11 мегаваттной ветряной фермы (5 генераторов E-70) и ГАЭС верхним резервуаром в 380000 кубометров при высоте 709.5 метров и нижним на отметке 50 (что соотвествует ~50 мегаватт*часов запасаемой энергии - примерно половина дневного потребления острова). Кроме того, дизельная электростанция была оставлена для покрытия пиковых потреблений. 


Общий план системы из ВЭС, ГАЭС и дизельной станции.



Верхний резервуар ГАЭС

Строительство данной системы обошлось в 64-72 миллиона евро, по разным источникам, что соотвествует цене установленной генерирующей мощности в 5570-6260 евро за кВт*ч, что, конечно сильно больше любых других вариантов. Треть стоимости была дотирована Испанским правительством, остальное - коммерческие вложения, которые должны отбится через продажу электроэнергии жителям. GdV введена в строй осенью 2014 года и после тестирования 27 июня 2015 года взяла на себя нагрузку острова.



5 ветротурбин Enercon E-70.

Прежде чем переходить к реальным характеристикам получившейся энергосистемы, интересно посмотреть на ожидания. Интересным, например, кажется использование нижнего резервуара ГАЭС в 150000 кубометров при верхнем в 380000. Похоже его основной задачей было не служить энергорезервом, а просто работать водохранилищем (на острове нет рек, и воду он получает от станций обессоливания морской воды).

Потенциальная годовая выработка ВЭС ожидалась в 49.6 ГВт*ч, что соотвествует довольно невероятному КИУМ в 48%. Из них 26.8 ГВт должно было пойти напрямую в сеть, а 9,2 - на работу ГАЭС, из которой собирались вернуть 5,6 ГВт*ч, что дает 32,4 ГВт*ч выработки. Тут сразу проглядывается два интересных вывода. Во-1 общее потребление острова - примерно 47-48 ГВт*ч в год, т.е. изначально не планировалось покрыть все потребности ВИЭ. Во-2 видно, что из-за не соотвествия спроса и генерации, ВЭС должны были терять примерно 1/3 выработки даже несмотря на ГАЭС.

При этом данные аэропорта El Hierro показывают, что бывают довольно долгие периоды низкого ветра, хотя в целом место ветрянное



Итак, давайте посмотрим, сколько же дизельного топлива съэкономили ветряки и гидротурбины. С июля 2015 по апрель 2016.



Здесь серое - это дизельная генерация, зеленое - ВЭС + ГАЭС. В абсолютных цифрах 25622 МВт*ч (64%) пришлось на дизель-генераторы, 14509 МВт*ч (36%) - на возобновляемые. На апрель пришлось несколько тестов 100% работы на ВИЭ, которые, однако, видимо не были удовлетворительными.


Подробный расклад потребления энергосистемой El Hierro. Желтое - дизель, темнозеленое - работа ВЭС на сеть, светлозеленое - работа ВЭС на закачку воды, синие - работа ГАЭС в генерации.

Тут видно, что после испытаний со 100% нагрузкой сети от ВИЭ 6 и 9 апреля дизели вновь были переведены на режим следования нагрузки. Вообще дизели в этой системе переключаются в базовый режим только в случае хорошего ветра, при этом в работе постоянно остается как минимум 1,5 мегаватта - один дизель-генератор?

Интересны тут и моменты, например 29 марта - когда при отсутсвии ветра дизель сначала полностью закрывает пик и лишь потом начинает работать ГАЭС - когда должно быть наоборот. Максимальная задействованная мощность генераторов ГАЭС на графике - порядка 2 мегаватт при установленных 11,5.

Видно, что одним из главных ограничений Gorona del Viento стала ГАЭС, которая изначально была заложена недостаточного объема, а в реальности эксплуатируется на 20% - пропуск воды вниз составляет не больше 50-70 тысяч кубометров.

Фотографическая запись уровня воды в верхнем резервуаре.

P.S. Информация по проекту взята из прекрасного блога Euan Mearns "

Ссылка: http://tnenergy.livejournal.com/58060.html

P.S Фактически, на данном примере мы видим, что на острове при отсутствии роста потребления произошло двукратное увеличение общей установочно мощности электрогенерации:

Общее  -   22,4 МВт

ДЭС     -    11,4 МВт,  выработка с июня 2015 по апрель 2016 25.622 МВ*ч  или  63,8%

ВЭС/ГАЭС - 11 МВт, выработка с июня 2015 по апрель 2016 14.509 МВ*ч или  36,2%

В данном случае можно констатировать, что однократно вложив в такую гибридную систему большие энергоресурсы, под видом крупных финансовых вложений, вкладчик может рассчитывать на снижение потребления традиционного топлива, но именно в данном примере, говорить о полном отказе от него все же не приходится.

Открытым остается главный вопрос:

Окупается ли энергетически строительство и операционные издержки на эту систему, уменьшением количества потребленного привозного дизеля или нет?