Smart Grid - Надеждата за енергията на прехода на енергия

До 2020 г. една трета от произведената електроенергия трябва да идва от възобновяеми енергийни източници, големите въглищни и атомни електроцентрали трябваше да абдикират дотогава. В медиите и в политиката много се говори за високите разходи за енергийния преход. Защо не можем просто да разменяме енергийните източници и какво ще трябва да се промени с енергийния преход?

Стар срещу Нови източници на енергия

Към днешна дата по-голямата част от нашата електроенергия се генерира в ядрени и въглищни електроцентрали. Енергийните източници за това са така наречените крайни суровини, от които човечеството вече е консумирало най-голям дял. Енергията от изкопаеми суровини като каменни въглища и лигнитни въглища се генерира само в зависимост от местоположението, а именно там, където има суровини. Поради тази причина получената енергия изминава големи разстояния по пътя си до всички домакинства в Германия, където тече надрегионално през мрежи за високо напрежение, регионално през мрежи за средно напрежение и, когато се разпределя директно към домакинствата, през мрежи с ниско напрежение. Съществуващите високоволтови линии доставят електричество от електроцентралите в цяла Германия, но поради съпротивлението на линиите се губи много енергия на големи разстояния (източник: OHG 2020).

Друг недостатък на съществуващата система за енергийно снабдяване е управлението на четирите най-големи електроенергийни компании над линиите, простиращи се в района на Германия. RWE работи на запад, Eon има централна Германия като своя зона за снабдяване, EnBw работи на югозапад и Vattenfall на изток. Правата върху линиите ви позволяват да определяте цените за използване на линиите за всички доставчици на електроенергия. Неизбежната монополна позиция затруднява особено малките доставчици на електроенергия, които често работят с възобновяеми енергийни източници, да бъдат включени в електрическата мрежа.

Основната разлика в определението за изкопаеми горива и възобновяеми енергийни източници се крие в тяхната наличност. Изкопаемите горива са суровини на земята, които не се регенерират и следователно са почти напълно изразходвани. Възобновяемите енергии са, както подсказва името, самообновяващи се и следователно устойчиви. По отношение на бъдещето, само чрез тях можем да генерираме енергия след 50 години.

По отношение на природата двата енергийни носителя се различават по своята енергийна плътност. Слънцето, вятърът и водата имат по-ниска енергийна плътност от ядрената и въглищната енергия (източник: Zeit). Това прави захранването с мрежи с високо напрежение сложно, скъпо и неефективно. Тъй като слънцето не винаги грее и също няма постоянен вятър, възобновяемите енергии са по-малко стабилни от изкопаемите горива. Следователно консумацията на енергия трябва да зависи в по-голяма степен от това кога е налична, тъй като съхраняването на електричество също е много скъпо. За енергиен обрат, някои от нашите навици ще трябва да се променят.

Предимствата на новата система

Дори ако преобразуването на нашето енергийно снабдяване е свързано с някои препятствия, някои от първоначално проблемните условия се оказват предимства по-късно.

Поради ниската енергийна плътност на вятърната и слънчевата енергия, има смисъл да не се генерира възобновяема енергия надрегионално в централно разположени големи електроцентрали, а да се преобразува енергията на местно ниво, разделена на много малки електроцентрали, и след това да се транспортира директно до потребителя чрез мрежи със средно и ниско напрежение . От една страна, това разбира се означава, че рисковите и вредни за околната среда ядрени и въглищни електроцентрали вече няма да застрашават определени региони. От друга страна, това също елиминира проблема с загубата на енергия поради дългите линии, което прави производството по-ефективно. Освен това, ако претенциите за собственост върху високоволтовите линии бъдат разтворени, пазарът на електрически генератори също ще се отвори, тъй като ценовите препятствия на четирите големи производители на електроенергия ще бъдат премахнати, според фондацията Haleakala в своето енергийно проучване. Това проправя пътя за много нови играчи да захранват електричеството си в мрежата и да предлагат свои собствени тарифи. Това засилва конкуренцията и в дългосрочен план може да доведе и до по-ниски цени за потребителите.

За най-големия проблем на енергийния преход, нестабилността на възобновяемите енергийни източници, има подход, който предлага решения чрез преструктурирането на цялата електрическа мрежа: идеята за интелигентната мрежа.

Интелигентна мрежа

Терминът интелигентна мрежа описва идеята за интелигентна електропреносна система, която е предназначена да замени старата ни система в хода на енергийния преход. Под „интелигентен“ се има предвид интелигентното използване на всички налични възобновяеми ресурси като енергийни източници, както и подобряването на цялостната система, включително производство, съхранение, транспорт и разпределение на енергия до ефективното използване от крайния потребител.

Идеята се основава на децентрализацията на производството на електроенергия чрез използването на много малки електроцентрали навсякъде, където е необходимо електричество. Този проект предполага използването само на линии със средно и ниско напрежение, тъй като електричеството вече не трябва да изминава големи разстояния от електроцентралите до домакинствата. Всеки потребител на електроенергия ще има няколко малки електроцентрали в непосредствена близост (източник: Zeit). По този начин производството и потреблението ще бъдат хармонизирани чрез интелигентен контрол. Тук не би било необходимо съхранение, тъй като електричеството ще се доставя само от една от местните електроцентрали, когато е необходимо (източник: OHG 2020).

В действителност това означава: необходима е интелигентна и сложна мрежа между електроцентралите. Една идея за това е напр. създаването на „виртуална електроцентрала“ в Интернет, която използва данни за свързване и управление на електроцентрали и потребители. Тук информацията от всички малки електроцентрали може да бъде събрана по всяко време и производството и разпространението да бъдат насочени към правилните места. В домакинствата, от друга страна, информацията за това кой се нуждае от електричество и кога може да се разпространява чрез интелигентни измервателни уреди. Интелигентните електромери излъчват съответните изисквания за електроенергия към малките електроцентрали чрез Интернет и предават енергията на съответните домакинства. Те също така дават на потребителите точен преглед на тяхното потребление на електроенергия, така че електричеството да може да се пести по-ефективно.

Ако електричеството се свръхпроизводи, без да се използва веднага, напр. Електрическите автомобили служат за съхранение. Те биха се зареждали автоматично в случай на излишък от електроенергия и да гарантират, че цялата генерирана енергия се използва (източник: окончателен доклад moma).

Капаните на интелигентната мрежа

Колкото и убедителна да е идеята за идеалния енергиен преход, пътят до там е сложен. Това е свързано с факта, че най-ефективните процедури често са трудни за изпълнение в краткосрочен план и са рискови.

Критици като Алберт Мозер, ръководител на Института за електрически системи и енергийна икономика към университета в Аахен RWTH, предполагат, че интелигентната мрежа и следователно децентрализираното захранване чрез мрежи със средно и ниско напрежение могат да бъдат внедрени само в селските райони (източник: Zeit). От друга страна, големите градове винаги се нуждаят от повече електричество, отколкото може да се генерира директно. За да се отговори на търсенето на електроенергия, ще трябва да се доставя електричество от други райони; следователно разширяването на преносните мрежи е от съществено значение.

Техническата осъществимост на интелигентната мрежа също често се поставя под въпрос. Например необходимият капацитет на Интернет и компютрите, които трябва да записват и обработват данните, получени от интелигентни измервателни уреди и виртуални електроцентрали, многократно създават проблеми. Интернет връзките в моделните региони все още се оказаха твърде слаби. Ако количеството данни е твърде голямо, те се прекъсват (източник: Zeit). Според федералното правителство все още липсва гъвкавост по отношение на свързването и изключването на електроцентралите, мащабното покритие с малки електроцентрали и допълнителните възможности за съхранение чрез напр. Електрически автомобили. Въпросът дали националното предлагане на интелигентни измервателни уреди е реалистично и ще бъде ли прието от потребителите също възниква при използването на електроенергия в зависимост от тарифите. (Източник: Икономическа седмица). Mercé griera-i-Fisa от комисията на ЕС също се опасява, че самите нови устройства могат да изразходват толкова електроенергия, колкото спестяват и по този начин нищо няма да спечели чрез преобразуване в интелигентната мрежа.

И така, как политиката подхожда към предизвикателствата, за да прокара енергийния преход все пак напред?

Интелигентна мрежа - политическо предизвикателство

Колкото и да е хубаво, ако всички живеят през нощта в високоефективна къща, могат да карат електрическа кола и електричеството за нея идва директно от най-близката малка електроцентрала зад ъгъла, за съжаление това е възможно само парче по парче. За да се снабдява Германия с електричество стабилно, безопасно и без повреди, дори по време на енергийния преход, по-голямата част от възобновяемата енергия ще идва от централно генерирана вятърна енергия от Северна Германия до 2022 г. В научния дискурс вятърните паркове са на ръба на централизирано и децентрализирано производство на енергия. Особено големите вятърни паркове, които доставят големи части от Германия и чиято енергия трябва да покрива големи разстояния, се разглеждат, от една страна, като безопасен доставчик на енергия, от друга страна, енергийното проучване на Фондация Халеакала ги критикува като изостанали, тъй като необходимото използване на мрежи за високо напрежение се адаптира само към новите изисквания трябва да стане. По тази причина федералното правителство планира да изгради общо 2800 км нови мрежи за високо напрежение в Германия и да обнови 2900 км стари линии (източник: Die Welt). 200 км от това вече са завършени.

Друго временно решение се отнася до свързването на електроцентралите с домакинствата и помежду си. Докато виртуалната електроцентрала все още не съществува и не може да се предвиди кога и къде точно ще е необходимо електричество, трябва да се съхранява енергия от пикови времена, за да може да се използва в затишие. Това съхранение изисква още по-добри технологии и допълнителни изследвания, в които федералното правителство е инвестирало 200 милиона евро до 2014 г. В случай, че съхранението е недостатъчно, се извършват изследвания на нови електроцентрали, които трябва да бъдат особено гъвкави, за да могат да ги пуснат в кратки срокове и да използват допълнителната им енергия (източник: Федерално правителство).

Изглежда обаче също толкова важна стъпка е инициирането на социално преосмисляне. Съзнанието, че по време на климатичните промени има спешна необходимост от преминаване към възобновяеми енергийни източници, не е достатъчно широко разпространено. В момента изглежда изпреварваме технологиите с нашите идеи, поради което интензивното изследване на моделите за възобновяема енергия е от голямо значение. Ако приложим това, нищо не пречи на интелигентната мрежа!

Източници и връзки

Проучване: Случаят за съхранение на енергия, разпределено производство и микрорешетки, IEEE 2012
Уебсайт на проекта: Предимства на децентрализираното производство на енергия
Проучване: Енергийно проучване, Фондация Халеакала 2014
Бухолц, д-р Бернд-Майкъл: Интелигентни мрежи - от визията към реалността, EZT
Проучване: Модел на окончателен доклад град Манхайм, E Energie 2013
Александър Демлинг: Умни електромери: измиване, когато грее слънце, Spiegel Online 2013
Бенджамин Ройтер: Интелигентни мрежи: Панацеята ли са за енергийния обрат? Икономическа седмица 2013
Asendorpf Dirk: С умна сила, време 2013
Шулц Стефан: Планирана директива на ЕС: Енергийният преход все още има бъдеще, Spiegel Online 2013
Федерално правителство: енергиен преход
електронна политика: заслужава да се знае

Автор: Хенриет Шмит, редакционен екип на RESET/2014