Ученые из Университета Хальмстада представили математическую модель шведской энергосистемы 2050 года, созданную с часовой точностью. Модель охватывает все аспекты энергосистемы – от генерации электроэнергии до теплоснабжения крупных городов.
Ветер и накопители энергии
Согласно расчетам, к середине века ветроэнергетика останется основой электроэнергетики Швеции. Установленная мощность ветрогенерации достигнет примерно 41 ГВт, что составит около 60% всех генерирующих мощностей страны (68 ГВт). Нестабильность ветровой генерации потребует резкого роста систем накопления энергии для сглаживания колебаний генерации и снижения потребности в резервных мощностях.
Революция в теплоснабжении
Наиболее драматичные изменения произойдут в секторе теплоснабжения. Модель показывает постепенный отказ от современных когенерационных ТЭЦ, которые сегодня играют ключевую роль в системах муниципального теплоснабжения. Их доля в теплогенерации снизится с 43% до 24%, а на первый план выйдут тепловые насосы.
К 2050 году тепловые насосы будут обеспечивать около 61% тепла, став основным инструментом секторальной связи между генерацией электроэнергии и теплоснабжением. Логика проста: осенью, когда много ветра, а спрос на электроэнергию еще не очень высок, избыточная электроэнергия направляется на работу тепловых насосов. Генерируемое тепло не используется сразу, а поступает в накопители, включая крупные подземные резервуары, которые могут аккумулировать до 11% годовых потребностей.
Сезонные стратегические запасы
Эти стратегические запасы используются зимой, в январе и феврале, когда производительность тепловых насосов снижается, а потребность в тепле достигает максимума. Модернизация сетей теплоснабжения обеспечивает дополнительный эффект. Снижение температуры в системах централизованного теплоснабжения (переход к сетям 4-го и 5-го поколения) еще больше обеспечивает успех тепловых насосов: их доля может вырасти до 80% от общей теплогенерации.
Альтернативные сценарии и стоимость
Анализ альтернативных сценариев показывает, что если исключить электрические накопители, экономическая целесообразность сезонных накопителей тепла практически исчезает. Без возможности сглаживания суточных колебаний генерации система вынуждена больше полагаться на когенерационные установки, а избыточная электроэнергия используется для отопления сразу через краткосрочные (однодневные) накопители тепла. Такой вариант заметно дороже: совокупные энергозатраты возрастают примерно на 11%.
Комбинация инструментов для устойчивости
Исследование показало, что устойчивость будущей энергосистемы будет зависеть от комбинации различных инструментов. Помимо тепловых насосов и накопителей, ученые подчеркивают необходимость привлечения других «гибких потребителей», прежде всего электромобилей, а также развития технологий Power-to-X, позволяющих преобразовывать избыточную энергию в газ и синтетическое топливо.