Как увеличить долю энергии из возобновляемых источников, не разбалансировав энергосистему и не увеличивая выбросы углерода.
Оппоненты развития ВИЭ, как правило, приводят несколько технических аргументов невозможности достижения большой доли ВИЭ в энергосистеме:
– Быстрое развитие ВИЭ приводит к проблемам с балансировкой энергосистемы даже в некоторых странах ЕС.
В определенные пики потребления маневренная газовая генерация не справляется и балансировки происходит за счет угольной генерации, либо за счет перетоков из соседних стран, приводя к увеличению выбросов парниковых газов от тепловой генерации в этих странах. В Украине к этому явлению применяют термин “зелено-угольный парадокс”.
– Страны, которые пытаются достичь наибольшей доли ВИЭ в генерации, могут создавать небалансы для других стран и проблемы на их пути к энергетическому озеленению.
Если коротко, то суть этих аргументов сводится к тезису – высокой доли ВИЭ в энергосистеме достичь невозможно, поскольку не решен технический вопрос за счет каких углеродно нейтральных источников балансировать такие системы.
Авторы этих мыслей правы в констатации факта, что без существенного наращивания доли углеродно нейтральных маневровых мощностей и накопителей энергии высокой доли ВИЭ в энергосистеме достичь практически невозможно.
Поэтому создание таких мощностей является крайне актуальной задачей. Сейчас в мире рассматривают несколько возможностей углеродно нейтральной балансировки энергосистем с высокой долей ВИЭ.
Гидроэнергетика и гидроаккумулирующие мощности
Именно они сейчас выполняют основную роль углеродно нейтрального балансировки энергосистем в большинстве стран мира, включая Украину. К сожалению, резерв дальнейшего развития гидроэнергетики в Украине уже практически исчерпан, а резерв строительства гидроаккумулирующих мощностей существенно ограничен техническими и экологическими требованиями.
Маневренная генерация на природном газе
Сейчас широко распространен и наиболее технически готов тип генерации, однако он не является углеродно нейтральным. Генерация на природном газе образует меньше выбросов парниковых газов, чем генерация на угле, однако значительно больше, чем генерация на ВИЭ.
Именно поэтому природный газ рассматривается в Европейском зеленом курсе только как переходное топливо, использование которого должно быть практически остановлено в 2050 г.
Расчеты финской компании Wartsila, которая просчитала для Украины сценарии развития электроэнергетики до 2050 г., показывают, что сценарий, который обеспечивает дешевую электроэнергию, предусматривает долю 83% ВИЭ к 2050 г. (в основном из солнца и ветра).
Остальные 17% планируется получать за счет маневренных мощностей на природном газе и накопителей энергии.
Накопители энергии
Очень перспективное направление для частотного регулирования, а также перенос излишков произведенной электроэнергии в пределах суток. В частности, ожидается, что такие системы в недалеком будущем смогут накапливать избыточную электроэнергию от солнечных электростанций в дневной период и отдавать ее в систему в вечерние пики потребления.
Накопители на базе аккумуляторов не рассматриваются как перспективные для сезонного переноса излишков энергии, например, с летнего на зимний период.
Зеленый водород
Это водород, полученный из возобновляемых источников – в основном путем электролиза воды за счет солнечной и ветровой электроэнергии. Также очень перспективное направление как для внутрисуточного, так и межсезонного переноса энергии.
Однако сегодня он достаточно дорогой и требует значительных инвестиций в модернизацию газовой инфраструктуры и газового оборудования. Большинство прогнозов широкомасштабного использования зеленого водорода предусматривают создание отдельной новой инфраструктуры для зеленого водорода (новые водородопроводы и газовое оборудование для использования водорода).
Синтетический метан
Чтобы избежать значительных инвестиций в модернизацию газовой инфраструктуры и газового оборудования, многие эксперты предлагают метанацию зеленого водорода (проведение реакции CO2 + 4H2 = CH4 + 2H2O) с получением синтетического метана.
В частности, оценки финской компании Wartsila Corporation показывают, что с учетом стоимости модернизации газовой инфраструктуры под использование водорода, более рентабельным является конвертация зеленого водорода в синтетический метан с использованием существующей газовой инфраструктуры.
Биометан
Это биогаз, доведенный до качества природного газа, содержащего, как правило, 95-98% метана (СН4). В основном его получают из биогаза, полученного путем анаэробной ферментации биомассы, за счет удаления из него СО2.
Основным преимуществом биометана является полная готовность газовой инфраструктуры в его транспортировке и энергетическом использовании, поскольку биометан является полным аналогом природного газа.
Остаются неизменными газопроводы, газовые котлы и двигатели, газовые электростанции, другое энергетическое оборудование, спроектированное для использования природного газа.
Во-вторых, стоимость биометана является конкурентным к стоимости зеленого водорода на ближайшую перспективу.
Пока биометан примерно втрое дешевле зеленого водорода, в 2050 г. ожидается их уравнивание по стоимости, и только при уменьшении стоимости зеленого водорода ниже $2/кг зеленый водород может стать дешевле биометан.
Среди других преимуществ биометана следует отметить следующие. Украина имеет самую большую в Европе площадь сельскохозяйственных угодий и, соответственно, один из крупнейших в мире потенциалов аграрного сырья для производства биометана.
Украина имеет развитую газораспределительную сеть и мощную газотранспортную систему, что позволяет производителям биометана подключиться к газовым сетям на большинстве территории Украины.
К этому надо добавить возможность альтернативного загрузки украинской ГТС биометаном после завершения срока контракта с Россией в 2024 г. Потенциал производства биометана в Украине оценивается в 7800000000 куб. м/год.
Комбинация преимуществ биометана и зеленого водорода
Эксперты биоэнергетической ассоциации Украины видят наибольшие перспективы в сочетании преимуществ обоих возобновляемых газов – биометана и зеленого водорода.
Концепция преобразования зеленого водорода в синтетический метан предусматривает:
– Размещение рядом оборудования для производства зеленого водорода и биометана;
– Конвертация зеленого водорода в биометан, проведя его реакцию с СО 2 , выделяемого при производстве биометана;
– Закачки в газопровод биометана плюс синтетического метана, в который были конвертированы зеленый водород.
Использование такой концепции позволит дополнительно к 7800000000 куб. м/ год биометана включить 5600000000 куб. м/год синтетического метана, который будет получен из побочного СО2 биометановых заводов и зеленого водорода.
Таким образом, производство биометана в Украине позволяет привлечь 7800000000 куб. м/год биометана, а конверсия зеленого водорода в синтетический метан – еще 5600000000 куб. м/год синтетического метана.
Этого больше чем достаточно для полного перевода необходимой Украине газовой маневренной генерации на биометан.
Считаем декарбонизация маневренных газовых мощностей из-за использования биометана и синтетического восстанавливаемого метана одной из наиболее перспективных опций для повышения маневренности энергетической системы Украины с высокого долей ВИЭ. (Георгий Гелетуха, председатель правления биоэнергетической ассоциации Украины, Epravda.com.ua/Энергетика Украины и мира)