В данной статье рассмотрим моделирование стратегии развития европейской энергосистемы (ЕС, Великобритания, Балканские страны) по производству чистой электрической энергии, где основу к 2035 году будут составлять ветряные и солнечные электростанции (70-80%), чтобы достигнуть нулевых выбросов углекислого газа к 2050 году.
Будут представлены 3 вероятных сценария развития — Заявленный политический курс, который утвержден национальными политиками до 2035 года (Stated Policy), а также Технологический (Technology Driven) и Системный (System Change), которые рассчитаны таким образом, чтобы минимизировать затраты, оставаясь при этом в рамках углеродного бюджета, совместимого с климатическими целями Парижского соглашения. Последние два пути расширяют чистую электрификацию, но различаются в своих предположениях о доступных технологиях и уровнях экономии энергии в результате изменений в обществе.
Траектории развития европейской энергосистемы к 2035 году
Чистая энергосистема в Европе может быть создана к 2035 году без дополнительных затрат сверх заявленных планов и без угрозы возникновения дефицита электроэнергии, т.к. большие первоначальные капитальные инвестиции на ветряную и солнечную энергию в энергосистеме компенсируются за счет снижения затрат на выбросы углерода и избегания затрат, связанных с ростом цен на газ.
Согласно данным по производству электроэнергии в Европе в первой половине 2022 года выработка электроэнергии на ветряных и солнечных электростанциях увеличивается одновременно при снижении затрат. Это обеспечивает более высокую электрификацию, которая может вдвое сократить потребление ископаемого углеродного топлива в Европе к 2030 году.
Модернизация системы и четырехкратный рост ВИЭ требуют дополнительных первоначальных инвестиций в размере 300-750 млрд евро. А отказ от потребления ископаемого топлива сэкономит Европе около 1 трлн евро к 2035 году, а также принесет многочисленные выгоды для улучшения экологии, здравоохранения и энергетической безопасности. С учетом высоких цен на газ в 2021-2022 гг. сумма экономии может быть даже намного выше.
В результате снижения затрат к 2035 году средняя стоимость электроэнергии в экологически чистых энергосистемах будет на 23-30% ниже, чем в соответствии с заявленной политикой.
Переход на «зеленые» источники энергии и отказ от углеродного топлива особенно актуален в Европе на фоне газового энергетического кризиса, который произошел в связи с ограничениями поставок российского газа и роста цен.
Развитие европейской энергосистемы к 2050 году
Создание более крупной, чистой и дешевой энергетической системы
Ветровая и солнечная энергия станут основой электроснабжения Европы к 2035 году и обеспечат 70-80% выработки электроэнергии. Для достижения этой цели ежегодный прирост мощности ветряных и солнечных электростанций к 2025 году должен увеличиться в четыре раза по сравнению с прошлым десятилетием. В период 2025-2035 годов совокупный показатель прироста «зеленых» мощностей должен достичь 100-165 ГВт в год по сравнению с ежегодным ростом на 24 ГВт в год в период 2010-2020 гг. К 2035 году ветряной парк Европы должен увеличиться в четыре раза до 800 ГВт, а мощность солнечных электростанций — в 5-9 раз, достигнув 800-1400 ГВт.
Установленная электрическая мощность ветряных и солнечных электростанций 2020-2035 гг.
Но планы на 2030 год, ранее заявленные Европейской комиссией в рамках заявленного политического курса (Stated Policy) пока не оправдываются. Сохраняются серьезные проблемы с воплощением этих высоких амбиций и развертыванием энергетической инфраструктуры на местах.
Для решения проблемы необходимо увеличение капитальных инвестиций до 720 млрд евро. Также к 2030 году необходимо постепенно отказаться от угля, а к 2035 году снизить потребление газа до 5%, чтобы энергетическая система Европы соответствовала Парижскому соглашению.
Гибкая и надежная энергосистема
Чистая, гибкая и расширенная энергосистема, в которой преобладают энергия ветра и солнца, надежна и устойчива к экстремальным погодным явлениям.
К 2035 году мощность на ветряных и солнечных электростанция может превысить спрос, а избыточную электроэнергию можно направлять на электролиз для производства экологически чистого водорода. Полученный водород обеспечит гибкость и стабильность энергосистеме.
Производство водорода путем электролиза воды есть в планах и у «ЭЛ5-Энерго» (ранее «Энел Россия») на Кольской ВЭС с целью дальнейшего экспорта в Европу.
Также для обеспечения балансировки системы необходимы инвестиции в инфраструктуру и создание распределительных сетей, чтобы эффективнее справляться с несоответствием спроса и предложения в различных регионах.
Неделя максимальной нагрузки в европейской энергосистеме в 2035 году
Смоделированные энергетические системы с долей ВИЭ ~95% обеспечивает работу в условиях сильных холодов, при увеличенном спросе на электроэнергию, и одновременного длительного снижения мощности ветра и солнечной энергии (dunkelflaute). Даже в течение этого периода сохраняется значительный вклад ветра и солнечной энергии (~30%), поскольку чрезвычайно редко метеорологические явления влияют на всю европейскую энергетическую систему одновременно.
В жаркие летние периоды большие солнечные мощности в системе приводят к экстремальным суточным колебаниям по выработке э/э. Согласование почасового потребления и производства э/э может быть достигнуто за счет хранения и электролиза, что позволяет успешно управлять солнечной мощностью, которая в противном случае намного превышала бы спрос.
В некоторые периоды года мощность ветра и солнечной энергии аномально низка, но есть много периодов в году, когда ветер и солнечная энергия обеспечивают или превышают общий спрос на электричество. В такие ключевые моменты избыточную электроэнергию важно перераспределять между регионами или преобразовывать в водород посредством электролиза. Максимальное эффективное использование э/э от ВИЭ в периоды повышенной выработки является очень важным в экологически чистой энергосистеме.
Резюме
В настоящее время имеется много предпосылок, чтобы в конце концов завершить эпоху ископаемого топлива в Европе. Продолжающаяся зависимость от газа, нефти и угля ставит под угрозу не только климат, но и наносит ущерб здоровью и подрывает энергетическую независимость.
Необходима трансформация энергетического сектора, в которой ветряная и солнечная энергия являются фундаментом для декарбонизации производства электроэнергии.
Смоделированные пути получения чистой энергии представляют собой оптимистичное видение будущей экологически чистой энергетической системы. Но для реализации потребуются скоординированные действия правительств, производителей, системных операторов и потребителей. Результаты исследования показывают, что более ранний переход на ветер и солнце позволит сэкономить миллиарды евро в ближайшие десятилетия, в дополнение к преимуществам для климата и здоровья от постепенного отказа от энергии, полученной сжиганием углеродного топлива.
Для воплощения планов по созданию чистой энергетической системы к 2035 году в реальность потребуется значительные инвестиции в ветровую и солнечную энергетику, но позволит укрепить энергетический суверенитет Европы и улучшит качество жизни европейцев.
Все больше развитых стран встают на курс по «озеленению» производства электроэнергии к 2035 году в рамках Парижского соглашения.
