Оператор электросети страны заявляет, что переход с угля на чистую энергию не только возможен, но и неизбежен. Проделанная работа может стать примером для других стран.
Фотография: Брук Митчелл/Getty Images Сохранить эту историю Сохранить эту историю
Эта история первоначально появилась на Canary Media и является частью сотрудничества Climate Desk.
Австралия встала на реальный путь к достижению того, о чем давно мечтают климатические активисты по всему миру: переводу своей энергосистемы исключительно на возобновляемые источники энергии.
Австралийский оператор энергетического рынка курирует энергетические рынки страны. Главным из них является Национальный рынок электроэнергии, обслуживающий около 90% потребителей, за исключением отдалённых районов и западного побережья. В пиковый период система потребляет 38 гигаватт электроэнергии — больше, чем пиковое потребление штата Нью-Йорк. В течение последних пяти лет AEMO тщательно изучала, как страна, чей угольный парк стареет, а атомная энергетика была запрещена несколько десятилетий назад, может обеспечить работу своей сети исключительно на возобновляемых источниках энергии.
«Это не подход, основанный на климатических фанатиках», — заявил генеральный директор AEMO Дэниел Вестерман в интервью Canary Media. «Наши старые угольные электростанции выходят из строя, они уходят на пенсию», — сказал он. «Их заменяют наименее затратные источники энергии — возобновляемые, с накопителями и подключением к системам передачи. У нас там будет немного газа на зимнюю засуху. Именно это и происходит».
Усилия Австралии могут стать доказательством концепции того, как страна с бурно развивающейся современной экономикой может быстро перевести электроэнергию с ископаемого топлива — в основном угля с некоторым количеством газа — на энергию ветра, солнца, накопления и другие возобновляемые источники, такие как гидроэнергетика.
«Нет ничего невозможного в 100-процентном переходе на возобновляемые источники энергии», — сказал Джесси Дженкинс, профессор Принстонского университета, изучавший пути к нулевому уровню выбросов в США. «У Австралии больше шансов на это, чем где-либо ещё».
По данным Международного энергетического агентства, на сегодняшний день доля возобновляемых источников энергии в годовом производстве электроэнергии достигла примерно 35 процентов, в то время как уголь по-прежнему лидирует с показателем 46 процентов.
Поскольку этот переход обусловлен в первую очередь рыночными силами, а не законодательными или нормативными требованиями, Вестерман не смог точно сказать, когда Австралия достигнет отметки в 100%. Он ожидает, что 90% австралийской угольной энергетики исчезнет к 2035 году, а остальная часть может закрыться к концу того же десятилетия.
Однако более важным событием станет первый день в истории страны без использования угля в системе, что может произойти гораздо раньше из-за сочетания конкурентных сил и технических проблем на устаревших электростанциях. Вестерман уже сталкивался с подобными событиями: в 2017 году он управлял электросетью Великобритании, когда она впервые со времён промышленной революции работала без угля. Последняя британская угольная электростанция закрылась семь лет спустя, в 2024 году.
По его словам, AEMO разработала чёткое представление о том, что необходимо для обеспечения бесперебойной работы электростанций, когда уголь перестаёт работать. Речь идёт о «установке оборудования под землей», особенно о малопривлекательном оборудовании, которое может поддерживать стабильную работу электросети в отсутствие крупных генераторов на ископаемом топливе.
«Теперь это скорее физическая проблема, чем интеллектуальный вызов, вызов, который никто не знает, как это сделать», — сказал Вестерман. «Мы можем с этим справиться».
Использование возобновляемых источников энергии, больших и малых
Перспективы возобновляемой энергетики в Австралии сильны по нескольким основным причинам.
Во-первых, он обладает определенными географическими преимуществами, отметил Дженкинс: он охватывает солнечную, ветреную территорию, размером с континентальную часть Соединенных Штатов, но при этом ему необходимо обеспечивать всего 27 миллионов человек. (В США население почти в 13 раз больше.)
Это также имеет политические преимущества. В Австралии существует национальный рынок, регулирующий энергетический сектор, что позволяет технологиям распространяться быстрее, чем в странах с неоднородным регулированием (например, в США) или сильными монопольными энергетическими компаниями (тоже как в США). Кроме того, Австралии удалось избежать протекционизма в торговле чистой энергией, характерного для США, поэтому дешёвый китайский импорт здесь в изобилии.
По словам Вестермана, в прошлом месяце Национальный рынок электроэнергии достиг пика, превысив 77% выработки возобновляемой энергии в течение получаса. Ограничения в электросети не позволили этому показателю вырасти ещё больше. Штат Южная Австралия регулярно генерирует больше электроэнергии из возобновляемых источников, чем потребляет, перепродавая излишки соседям.
Австралия преуспевает не только в крупных возобновляемых источниках энергии и мощных аккумуляторах. Четыре миллиона домов используют солнечные батареи на крышах; несколько недель назад эти домохозяйства временно обеспечивали 55% спроса на Национальном рынке электроэнергии, сказал Вестерман.
«Австралийцы просто в восторге от солнечных панелей на крышах, — сказал он. — У нас самый высокий уровень проникновения солнечных панелей на крышах в мире, и это одна из движущих сил нашего энергетического перехода».
Поиск новых «амортизаторов» для сети
Вестерман обозначил одно большое техническое препятствие на пути к достижению 100-процентного перехода на возобновляемые источники энергии, и оно не соответствует ожиданиям многих людей.
По словам Вестермана, ключевым препятствием на пути к созданию полностью возобновляемой системы является создание «вращающихся машин в сети, которые не обязательно производят электроэнергию».
Физическая вращающаяся масса генераторов старых угольных электростанций обеспечивала «жизненно важные системные услуги», выходящие за рамки простого производства киловатт-часов. Эти услуги мало кому известны, кроме инженеров-электриков, но они известны под такими названиями, как поддержка напряжения, регулирование частоты, синхронная инерция и реактивная мощность. Вестерман описывает их как «амортизаторы… чтобы выдерживать удары и возмущения, с которыми мы сталкиваемся постоянно».
«Последствием отсутствия системной безопасности стали Испания и Португалия», — сказал он, имея в виду общенациональные отключения электроэнергии этой весной, причиной которых стала неспособность контролировать уровни напряжения.
Если угольные электростанции находятся на грани исчезновения, эти функции должен взять на себя кто-то другой. Аккумуляторы могут выполнять некоторые функции. Но Вестермана беспокоит функция, называемая током короткого замыкания, которая необходима для работы предохранителей или автоматических выключателей, защищающих оборудование от таких проблем, как короткие замыкания.
Один из способов сделать это — создать устройства, называемые синхронными конденсаторами, представляющие собой вращающийся металлический блок, способный вращаться без сжигания ископаемого топлива. Однако создание новой специализированной инфраструктуры обходится дорого, особенно учитывая, что энергетические рынки в настоящее время не поощряют эту сетевую услугу как таковую.
Вестерман рассуждал о другом варианте, практически не обсуждаемом в США в рамках декарбонизации: установить муфту на существующих газовых электростанциях на валу между турбиной, работающей на топливе, и вращающимся генератором. Муфта изолирует генератор, позволяя ему продолжать вращение при относительно небольшом электрическом импульсе и без сжигания ископаемого топлива. Такой подход также позволяет газовой электростанции вырабатывать электроэнергию в те дни, которые Вестерман назвал «холодными, тёмными и тихими», когда возобновляемых источников энергии не хватает. Такие электростанции в конечном итоге могли бы перейти на биотопливо или чистый водород вместо ископаемого газа.
«[Сцепление] похоже на технологию 1950-х годов — оно действительно скучное», — сказал Вестерман («скука» для операторов электросетей — высшая форма похвалы). «Предельные затраты на его установку — ничто по сравнению со стоимостью самой электростанции».
Компания SSS производит такие муфты уже несколько десятилетий. Одна из них почти введена в эксплуатацию в штате Квинсленд на газовой электростанции Таунсвилл, которую Siemens Energy преобразует в так называемый «гибридный вращающийся стабилизатор сети». Siemens заявляет, что этот проект — первая в мире подобная модернизация газовой турбины такого размера.
Эта конкретная модернизация заняла около 18 месяцев и потребовала перемещения некоторых вспомогательных компонентов в Таунсвилле, чтобы освободить место для новой муфты. Так что это не мгновенный результат, но гораздо проще, чем сборка нового синхронного компенсатора с нуля, и, по данным Siemens, примерно вдвое дешевле.
Некоторые новые технологии долговременного хранения также обеспечивают собственную вращающуюся массу. Канадский стартап Hydrostor планирует начать строительство полностью разрешённого и заключённого контракта проекта в Брокен-Хилле, городе в глубинке Нового Южного Уэльса.
Брокен-Хилл дал своё название компании BHP, которая начинала здесь как серебряный рудник в 1885 году и превратилась в одну из крупнейших мировых горнодобывающих компаний. Совсем недавно пустынный ландшафт служил местом действия постапокалиптических погонь в фильме «Безумный Макс 2». Сейчас здесь живёт около 18 000 человек, стоя на конце длинной линии, соединяющей их с более широкой сетью.
Hydrostor будет поддерживать местное электроснабжение путем выкапывания подземной полости и закачивания в нее сжатого воздуха; высвобождаемый сжатый воздух запускает турбину для регенерации до 200 мегаватт в течение восьми часов, обслуживая сообщество в случае отключения электросети или поставляя чистую электроэнергию в более широкую сеть.
Но в отличие от батарей, технология Hydrostor использует генераторы старой закалки, а ее компрессоры вносят дополнительный вклад в вращение металла.
«У нас есть сцепление, специально разработанное для Нового Южного Уэльса, потому что им нужна инерция», — сказал генеральный директор Hydrostor Джон Норман. «Оно очень простое; оно как те же сцепления, что и в обычном автомобиле».
По словам Нормана, оператор передающей сети Transgrid провел конкурсный процесс, чтобы определить наилучший способ обеспечения безопасности системы Broken Hill в случае необходимости работы в отрыве от сети. В результате анализа было выбрано предложение Hydrostor, предусматривающее простую установку муфты при монтаже оборудования.
Проект еще предстоит реализовать, но если перспективные технологии чистого хранения энергии смогут обеспечить надежность сети, то не придется всю энергию поставлять с призрачных газовых электростанций, все еще работающих в системе.
«В Австралии всё по-другому: там всё можно сделать, пойди и возьми, „поставь меня тренером“», — сказала Одри Зибельман, американский эксперт по сетке, которая руководила AEMO до Вестермана. «Когда ты твёрдо намерен сказать, как лучше всего это сделать, а не спрашиваешь, почему это сложно или почему это не работает, решения появляются сами собой».
Источник: www.wired.com
