Мир, свободный от ископаемого топлива начнется в Южной Австралии, где местная электросеть находится всего в одном шаге от возможности работать без ископаемого топлива в системе вообще. В конце ноября 2021 года гигаваттная сеть Южной Австралии стала первой в мире, которая достигла нулевого спроса, когда совокупная мощность от солнечных батарей на крышах и ветряных генераторов превысила все потребности в электричестве местных жителей.
Ветровые и солнечные установки достигли пикового «мгновенного производства» электроэнергии в 135% и за 48-часовой период удовлетворили 108% от местного спроса и все 100% за 93-часовой период. Избыток электроэнергии экспортировался в штат Виктория, а также сохранялся в батареях.
Южная Австралия (ЮА) превратилась в своеобразную лабораторию планетарного масштаба — гигантский эксперимент по использованию возобновляемых источников энергии (ВИЭ) для питания энергосистемы штата. Дует ветер, светит солнышко, и аккумуляторы заряжаются. Пока вы читаете это, Южная Австралия вырабатывает 2,3 ГВт электроэнергии — 872 МВт за счёт ветра, 1340 МВт за счёт солнечного света и только 85 МВт за счёт газа.
После месяца установки рекордов ветровой и солнечной генерации один за другим, Южная Австралия оказалась очень близка к тому, чтобы иметь возможность управлять энергосистемой без использования ископаемого топлива. Во многом это зависит от ожидаемых изменений в правилах использования синхронных генераторов. Появляются новые взгляды на электросеть по мере того, как новые технологии берут на себя необходимую инициативу.
Солнечный штат
Исторически большая часть электроэнергии Южной Австралии вырабатывалась угольными электростанциями. Электроэнергетический фонд национализировал основную частную электросеть, которая покрывала большую часть населённых пунктов штата в 1940-х годах. Первоначально электростанции сжигали уголь, импортируемый из восточных штатов Австралии. Правительство решило, что штат должен стать более самодостаточным. В 1950-х годах штат основал угольную шахту Telford Cut около Leigh Creek и построил электростанцию Playford A около Порт-Огаста, специально предназначенную для сжигания южно-австралийского угля. В 1960-х к нему присоединилась электростанция Playford B. Последней и самой крупной угольной электростанцией, построенной в Южной Австралии, была Northern Power Station, построенная недалеко от станций Плейфорд в 1980-х годах. Кроме того, это была последняя угольная электростанция, закрытая в 2016 году.
Южная Австралия богата энергоресурсами и содержит значительные запасы ископаемых видов топлива, таких как природный газ, уголь и нефть. Штат также содержит большое количество урана, в том числе крупнейшее в мире месторождение Olympic Dam, которое составляет 30% всех мировых ресурсов. Южная Австралия известна наличием горячих источников, подходящих для производства геотермальной электроэнергии. Несмотря на это, десять лет назад правительство штата объявило о планах превратить Южную Австралию в центр зеленой энергии для восточного побережья Австралии и сделать лидером в стране по коммерциализации возобновляемых источников энергии.
Ветряная электростанция возле заповедника Хорнсдейл в Южной Австралии
В 2011 году в штате проживало 7,14% населения страны, на его долю приходилось 56% подключенной к сети ветровой энергии, 30% солнечной энергии и 90% геотермальных разработок. Государственная политика была одним из основных двигателей развития. Благодаря своей репутации штата с одними из самых ветреных и солнечных мест в материке, Южная Австралия считается благоприятным местом для инвестиций в экологически чистую энергию.
Энергия ветра является популярной альтернативой ископаемым видам топлива, таким как уголь, газ и нефть, с точки зрения большей устойчивости, экономической целесообразности и экологичности. По оценкам Австралийского оператора энергетического рынка (AEMO), в 2009–2010 годах 18% производства энергии в штате приходилось на энергию ветра. В июле 2014 года ветряные фермы Южной Австралии произвели достаточно энергии для удовлетворения 43% потребностей штата в электроэнергии по сравнению с предыдущим рекордом в 38 % в августе 2013 года.
Южная Австралия является крупнейшим производителем ветровой энергии в Австралии, по состоянию на апрель 2011 года на её долю приходилось 49% установленной мощности страны. По состоянию на декабрь 2010 года в Южной Австралии было тринадцать действующих ветряных электростанций с установленной мощностью 1 018 МВт. К августу 2014 года эта цифра увеличилась до 1 473 МВт.
Инициативы и потенциал
Правительство Австралии инвестировало 1 миллион австралийских долларов в 2011 году для изучения пропускной способности штата по передаче электроэнергии и потенциала расширения использования ВИЭ в Южной Австралии. В этом исследовании предполагалось, что увеличение пропускной способности позволит высвободить 6 миллиардов австралийских долларов инвестиций в возобновляемые источники энергии, которые позволят генерировать до 5000 МВт чистой и «зелёной» энергии. Совет по экономическому развитию рекомендовал штату использовать свои уникальные природные преимущества в производстве энергии ветра, Солнца, геотермальной и волновой энергии, позволяющая региону сохранять лидирующие позиции в развитии и использовании «зелёной» энергии и создавать значительную отрасль возобновляемых источников энергии.
Солнечная электростанция «Бунгала» недалеко от Порт-Огаста
Блэкаут 2016 года лишь подстегнул правительство в этом направлении. Во второй половине дня 28 сентября 2016 года два торнадо пронеслись через северную часть Южной Австралии, повредив критически важную инфраструктуру и отключив электричество во всем штате. 850 000 домов и предприятий погрузились во тьму, а некоторые объекты недвижимости оставались без электричества на несколько дней. Предварительная оценка последствий привела к выводу, что отключение электроэнергии стоило предприятиям более 360 миллионов долларов.
Обрушившаяся опора возле Мелроуза на севере ЮА в 2016 году
К 2017 году рост ВИЭ начал периодически удовлетворять спрос на электроэнергию в Южной Австралии. Однако многие объекты не обеспечивали технической прочности системы, чтобы сеть оставалась стабильной и надежной в условиях колебаний спроса и предложения. Это означало, что даже когда дул сильный ветер, оператор австралийского энергетического рынка (AEMO) требовал включать газовые генераторы для обеспечения инерции системы. Такие интервенции со стороны AEMO составили 34 миллиона долларов в год. Были установлены батареи и синконы для повышения безопасности сети. В 2019 году ElectraNet объявила, что установит четыре синхронных конденсатора в сети: пару в Давенпорте возле Порт-Огаста и вторую пару возле Робертстауна.
График, показывающий падение спроса на электроэнергию в ЮА
В августе 2021 года установка синхронных конденсаторов была завершена. Они были введены в эксплуатацию в октябре 2021 года, увеличив лимит солнечной и ветровой энергии с 1700 МВт до 2500 МВт. В 2020 году ветровая и солнечная энергия обеспечивали 60% электроэнергии в Южной Австралии. В течение 2020-2021-гг потребление составило 11 614 ГВт-ч, из которых ветер обеспечивал 41% мощностью 5 738 ГВт-ч, а газ — 37%. Среднее загрязнение достигло минимума — 0,26 тонны на МВтч в 2020-2021-гг, а стоимость электроэнергии в размере 48 долларов/МВтч была самой низкой по стране.
Было предложено развитие линий передачи для поддержки сети из возобновляемых источников энергии. К ним относятся Project EnergyConnect, двухцепная линия электропередачи на 800 МВт (330 кВ), длиной 900 км, между Южной Австралией и Новым Южным Уэльсом, с вводом в эксплуатацию в 2024 году, и двухцепная линия на 275 МВт (132 кВ) на полуостров Эйр, стоимостью 300 млн долларов, длиной 275 км. Ввод в эксплуатацию линии электропередачи на полуостров Эйр ожидается в 2022 году. К 2021 году Южная Австралия была единственным штатом, в котором с 2018 года не произошло серьёзных сбоев в энергосистеме.
Маршрут соединения между Южной Австралией и Новым Южным Уэльсом
В октябре 2020 года солнечная энергия в Южной Австралии впервые превысила 100% потребности штата в электроэнергии. Такое стало происходить всё чаще. В октябре 2021 года домохозяйства и предприятия Южной Австралии вырабатывали больше электричества из солнечной энергии, чем потребляли за периоды времени в пять разных дней.
Два желтых цвета отмечают время 11 октября, когда вся энергия SA поступала от солнечных батарей
Проблемы, результаты и дальнейшие планы
Представитель SAPN (South Australian Power Networks) заявил:
«В недалеком будущем мы ожидаем увидеть, что потребности Южной Австралии в энергии в середине дня будут регулярно обеспечиваться на 100% за счёт солнечной энергии. В долгосрочной перспективе мы надеемся увидеть транспортную систему, в которой большинство транспортных средств будут работать на электричестве из возобновляемых источников, в том числе от солнечных панелей на крышах. Приятно думать, что Южная Австралия лидирует в этом переходном процессе, и у нас есть много возможностей сделать это настолько быстро, насколько мы сможем».
В Южной Австралии работает несколько схем виртуальных электростанций (VPP). Общая идея заключается в том, чтобы распределять избыточную энергию, производимую солнечными панелями, когда они не используются. Ключом к этим системам являются интеллектуальные счетчики и другие технологии, которые могут автоматически определять, какая система производит избыточную мощность и можно ли её сохранить или передать другому потребителю.
В начале 2018 года Tesla и правительство ЮА заключили очередную сделку. На этот раз вместо одной гигантской батареи, которая была введена в эксплуатацию в 2017 году, были задействованы тысячи меньших. План состоял в том, чтобы поставить солнечные панели и батареи в 50 000 домов, чтобы сократить счета за электроэнергию и создать крупнейшую в мире VPP.
Виртуальные электростанции — это сети домов на солнечной энергии, которые генерируют и хранят энергию и подают её в сеть. В сентябре 2018 года правительство Южной Австралии объявило, что предложит субсидии правительства штата в размере 100 миллионов долларов для 40 000 домашних хозяйств на установку аккумуляторов в своих домах. Владельцы домов и арендаторы могут получать от 500 долларов США за кВт до, максимум, 6000 долларов США за отвечающие критериям солнечные и аккумуляторные системы.
В июне этого года правительство объявило, что схема будет расширена, чтобы в ней могли участвовать жители Южной Австралии с низким доходом, не имеющие солнечных панелей.
Каждый четвертый австралийский дом имеет возможность использования солнечной энергии — что является одним из самых высоких показателей в мире — в то время как в ЮА этот показатель ещё выше: в каждом третьем доме на крыше установлены солнечные батареи. 20% всех потребителей в настоящее время частично удовлетворяют свои потребности в электроэнергии за счет выработки солнечной энергии на крышах, по сравнению с 0,2% в 2007 году, и по прогнозам, в течение следующих двух десятилетий эта цифра увеличится до 50%.
В июне этого года правительство ЮА предупредило о «риске еще одного отключения электроэнергии в масштабе штата» из-за перегрузки системы, если предложение когда-либо превысит спрос. В то время как гигантские батареи, которые помогают улавливать избыточную генерацию, сохраняя её на «чёрный» дождливый день, являются одним из способов решения проблемы, в настоящее время существует и ряд других стратегий.
Быстрый рост солнечной энергии вызвал некоторые проблемы для SAPN в управлении энергосистемой Южной Австралии. Ранее в этом году компания начала использовать новые возможности для удаленного отключения бытовых солнечных панелей, когда это необходимо в периоды низкого спроса и высокой мощности солнечной энергии, чтобы предотвратить риск отключения электроэнергии из-за возврата слишком большого количества энергии в сеть.
В августе федеральные власти также предоставили энергетическим компаниям право взимать плату с владельцев солнечных панелей за экспорт электроэнергии в сеть, чтобы уменьшить перегрузку в сети.
В последнее время развитие солнечно-ветровой энергетики вышло на новые рубежи. Сегодня ВИЭ уже не просто популярный, а предпочтительный источник энергоснабжения. По мере того как альтернативные источники энергии достигают паритета цены и производительности с традиционными источниками по всему миру, демонстрируют способность повышать эффективность энергосетей и укрепляют свою конкурентоспособность с помощью новых технологий, препятствия и преграды к их внедрению постепенно исчезают. Солнечная и ветровая энергия уже сейчас являются одними из дешёвых источников энергии в мире и имеют значительный потенциал для дальнейшего развития, поскольку способствующие этому тенденции ещё не реализовались в полной мере. Себестоимость возобновляемой энергии продолжает снижаться, а успешная интеграция ВИЭ идёт полным ходом, получая поддержку
благодаря развитию технологий, которые обеспечивают большую эффективность и расширяют возможности компаний.
Между тем спрос на возобновляемые источники энергии неуклонно растёт. Сегодня солнечно-ветровая энергетика позволяет практически полностью удовлетворить три ключевых требования потребителей: стабильность энергоподачи, доступная стоимость и экологичность. Это означает, что аргументы в пользу развития ВИЭ сегодня сильны как никогда.
