Аккумулятор Challenger A12-65
Чтобы справиться с нестабильностью возобновляемых источников энергии и обеспечить стабильное энергоснабжение, в статьях об исследованиях 100% возобновляемых энергетических систем можно найти 22 различных варианта обеспечения гибкости, которые делятся на следующие категории: преобразование энергии, хранение энергии, реагирование на спрос, сети передачи и распределения, а также ограничение энергопотребления.
Новое исследование, проведенное Университетом ЛУТА, Финляндия, демонстрирует роль гибких вариантов в исследованиях систем с использованием высоко возобновляемых источников энергии. Для анализа использовалась база данных из 1067 научных статей. Публикация озаглавлена “Роль и тенденции гибких вариантов в анализе систем 100% использования возобновляемых источников энергии в направлении экономии энергии на X” и опубликована в Обзорах возобновляемых источников энергии и устойчивой энергетики.
В литературе, посвящённой 100% возобновляемым источникам энергии, было выявлено 22 варианта обеспечения гибкости в пяти группах: Power-to-X (PtX), хранение энергии, реагирование на спрос, сети передачи и распределения, а также ограничение. Наиболее разнообразными вариантами обеспечения гибкости обладают группы PtX и хранения энергии.
Процессы PtX служат технологическим решением для объединения отраслей в качестве центрального элемента экономики «от энергии к X». Концепция PtX включает процессы, использующие электроэнергию в различных отраслях, таких как отопление, электромобильность, промышленность и производство топлива на основе электроэнергии (e-топлива), а также e-химикатов и e-материалов. Процессы PtX могут использовать энергию из любого источника, но использование невозобновляемых источников энергии противоречит основной цели — снижению затрат и отказу от ископаемого топлива.
Для управления колебаниями в выработке электроэнергии из возобновляемых источников и поддержания баланса между спросом и предложением энергии наряду с PtX используются дополнительные меры, такие как хранение энергии в различных формах, сети передачи и распределения, а также ограничение потребления. Для выявления появления, роста и тенденций развития каждого варианта обеспечения гибкости было проанализировано 1067 научных статей, посвящённых исследованиям 100-процентных систем возобновляемой энергетики для конкретных регионов. Анализируемая база данных для исследований 100% возобновляемых источников энергии была разработана в LUT за несколько лет и ранее была опубликована с 550 статьями для библиометрического анализа.
Из 1067 выявленных статей 1008 (94,5%) включали по крайней мере один из пяти основных вариантов гибкости. Распределение вариантов гибкости показало, что 75% статей включали по крайней мере два варианта, 47% — три, 20% — четыре, и только 4,3% включали все пять категорий вариантов гибкости. В период с 1975 года до начала 2010-х годов технологии PtX привлекали относительно мало внимания в исследованиях 100% возобновляемых источников энергии. Однако с 2014 года в тенденциях исследований произошёл значительный сдвиг: всё больше внимания уделяется интеграции различных форм технологий PtX. С 2009 года в исследованиях 100% возобновляемой энергии появляется всё больше типов накопителей.
Сети передачи и распределения электроэнергии стали привлекать больше внимания, особенно с учётом того, что за последние два десятилетия их роль в исследованиях 100% возобновляемых источников энергии возросла. Сокращение потребления и реагирование на спрос также изучались примерно в то же время: сокращение потребления стало набирать обороты в 2010 году, а реагирование на спрос — в 2009 году, и оба явления развивались примерно с одинаковой скоростью.
Электронно-водород является наиболее часто используемым электронным топливом среди различных технологий PtX, за ним следует электронно-метан. Прямой улавливание и использование углерода из воздуха (DACCU) встречается в восемь раз чаще, чем прямое улавливание и секвестрация углерода из воздуха (DACCS) в технологиях PtX. Это говорит о том, что в исследованиях приоритет отдаётся использованию CO2 для получения конечных продуктов, а не для секвестрации. Исследования 100% возобновляемых энергетических систем в первую очередь направлены на энергетический сектор, за которым следуют тепловой, транспортный, промышленный и сектор удаления углекислого газа.
При сравнении технологий хранения энергии аккумуляторы являются наиболее часто обсуждаемым решением, фигурирующим примерно в 60% всех исследований. Примечательно, что аккумуляторы являются не только наиболее часто упоминаемым решением для хранения энергии, но и выделяются среди всех вариантов обеспечения гибкости. Стационарные аккумуляторы всё чаще дополняются аккумуляторами, подключаемыми к транспортным средствам, что свидетельствует об активизации исследований в области объединения энергетического и транспортного секторов. Аккумуляторы быстро заряжаются и разряжаются, поэтому они могут быстро компенсировать колебания солнечной энергии. Такое широкое использование аккумуляторов в исследованиях позволяет ускорить внедрение солнечной энергии. В отличие от других вариантов хранения энергии, им не нужна дополнительная инфраструктура, как в случае с гидроаккумулирующими электростанциями. Аккумуляторы также работают в меньших масштабах, что позволяет легко подключать их к домам и электросетям. Кроме того, они дешевеют с высокой скоростью и становятся более эффективными, что способствует повсеместному внедрению солнечной энергии.
После аккумуляторов электроводород является второй по распространённости технологией хранения энергии, уступая лишь хранению энергии в гидроаккумулирующих электростанциях. Хранение тепловой энергии используется не только для хранения тепла, но и для объединения энергетического и теплового секторов. С начала 2010-х годов хранение электрометана дополняет хранение электроводорода, предоставляя более широкий выбор вариантов балансировки газа.
Европа значительно опережает другие регионы по количеству исследований, посвящённых вариантам гибкого энергоснабжения, поскольку в качестве примеров для анализа в большем количестве исследований используется либо Европа в целом, либо отдельные европейские страны. В глобальном масштабе наиболее распространённой технологией получения электроводорода является PtX-метод. В Евразии чаще всего используется электрометан. На Ближнем Востоке широко применяется опреснение морской воды методом обратного осмоса (SWRO), который используется так же часто, как и DACCU. Результаты показывают, что аккумуляторы занимают наибольшую долю в хранении энергии во всех регионах.
С точки зрения отрасли, энергетический сектор является единственным, в котором используются все варианты гибкости, поскольку он играет важнейшую роль в управлении высокой изменчивостью и балансировке возобновляемых источников энергии. После энергетического сектора наибольшую выгоду от различных вариантов гибкости получают тепловой и промышленный секторы. Тепловой сектор получает выгоду практически от всех видов электронного топлива, при этом тепловые насосы и электрическое отопление играют особенно важную роль.
Гибкость — ключевое понятие для достижения 100-процентной возобновляемости энергосистем с точки зрения высокой эффективности, снижения затрат и сокращения отключений. Электричество становится основным энергоносителем, объединяющим различные энергетические отрасли.