Продолжительность работы солнечных фотоэлектрических систем в среднем составляет 16 часов в сутки, что требует значительных требований для хранения энергии или необходимости в альтернативных источниках генерации для удовлетворения ночного спроса. Ключевую роль играют гидроаккумулирующие электростанции и аккумуляторные батареи, обеспечивающие длительное и недорогое хранение энергии в облачные или безветренные периоды. Дополнительные стратегии включают ветровую энергетику, перераспределение нагрузки и регулируемую генерацию, в то время как высокая доля солнечной и ветровой энергии меняет работу энергосистемы и ценообразование.
Как мы можем покрыть ночной спрос на электроэнергию в системе возобновляемой энергетики?
Наиболее важными технологиями хранения энергии являются гидроаккумулирующие электростанции и аккумуляторные батареи как по мощности (ГВт), так и по энергии (ГВт·ч).
Ветер — это здорово, потому что он часто дует ночью. В некоторых местах ветер и солнечная энергия находятся в противокоррелированном состоянии. Перераспределение нагрузки с ночного времени на дневное также полезно. Регулируемая гидроэнергетика, геотермальная энергия, биоэнергетика и атомная генерация помогают, хотя в большинстве стран они невелики или отсутствуют. Рост числа солнечных электростанций на крышах, солнечных электростанций и ветровых электростанций приводит к значительным изменениям в работе электросетей. Как правило, угольная и газовая генерация испытывает давление из-за низких или отрицательных цен в дневное время и учится работать гибко. Часто происходит ограничение выработки солнечной и ветровой энергии.
На рисунках 1 и 2 показана выработка электроэнергии с полуночи до полуночи, усредненная за 28 дней февраля на Национальном рынке электроэнергии Австралии (NEM) и в штате Южная Австралия.
На NEM средняя выработка электроэнергии на угольных электростанциях колебалась от 16 ГВт в вечерний пик до 10 ГВт около полудня. Большая часть угольной энергии будет выведена из эксплуатации по мере того, как NEM будет стремиться к 82% возобновляемых источников энергии к 2030 году.
В Южной Австралии (рисунок 2) угольная генерация уже выведена из эксплуатации. Солнечная и ветровая энергия в среднем будут покрывать 100% спроса к 2027 году. Балансировка обеспечивается за счет газа, аккумуляторов, торговли электроэнергией с восточными штатами и избыточного строительства солнечных и ветровых электростанций в сочетании с частыми ограничениями выработки.
В большинстве систем возобновляемой электроэнергии для покрытия ночного времени, а также дождливых и безветренных дней и недель требуется большой объем накопителей энергии.
Важность аккумуляторов быстро растет благодаря развертыванию множества крупных энергетических батарей (обычно 2-4 часа) и масштабной программе поддержки домашних аккумуляторных батарей. Вскоре будет доступно достаточное количество энергии и емкости батарей для покрытия большинства пиковых периодов вечером и утром, что значительно снизит цены. Затем акцент смещается на дорогостоящее ночное время, а также дождливую и безветренную погоду.
Приблизительно говоря, для покрытия ночного времени между двумя солнечными днями в среднем требуется 16 часов хранения энергии. Для покрытия одного пасмурного дня требуется 40 часов хранения, а для пасмурной недели — 160 часов. Хранение энергии такой продолжительности выходит далеко за рамки возможностей современных батарей, но вполне по силам гидроаккумулирующим электростанциям.
На рисунке 3 показаны последние оценки капитальных затрат GenCost на хранение энергии в зависимости от продолжительности. Эти оценки широко используются в Австралии. Сравнивая энергетические батареи электростанций в 2055 году с гидроаккумулирующими электростанциями, точка пересечения находится примерно на отметке 30 часов.
Однако технический срок службы гидроаккумулирующих электростанций составляет 150 лет по сравнению с 20 годами у батарей, что сдвигает точку пересечения к гораздо более короткому сроку, в основном в зависимости от предполагаемой ставки дисконтирования. Прогнозируется, что гидроаккумулирующие электростанции останутся высококонкурентными для хранения энергии в течение ночи и более длительных периодов.
Также показана гидроаккумулирующая электростанция Snowy 2.0, которая хранит 350 ГВт·ч энергии (13 кВт·ч на одного австралийца) в течение 160 часов и будет завершена в 2028 году по цене около 10 миллиардов долларов (29 долларов/кВт·ч). Snowy 2.0 может генерировать 2,2 ГВт в течение 10 часов почти каждую ночь, а затем может быть перезаряжена в солнечную и ветреную погоду. За год это даст 8000 ГВт·ч. Важно отметить, что Snowy 2.0 может работать на полную мощность в течение 160 часов даже в случае дорогостоящей дождливой и безветренной недели. За 150 лет эксплуатации капитальные затраты на Snowy 2.0 составят менее одного цента на одного австралийца в день.
В большинстве стран и регионов есть множество площадок, которые по качеству соответствуют Snowy 2.0 и могут обеспечить очень дешевое и длительное хранение.
