Czy elektrownie systemowe są niezbędne w odniesieniu do energii odnawialnych? – Zdjęcie: Xpert.Digital
Rośnie energia odnawialna: czy era elektrowni systemowych dobiegła końca?
Elektrownie jądrowe i węglowe pod presją: jak transformacja energetyczna zmienia obciążenie podstawowe
Elektrownie podstawowe odgrywają kluczową rolę w tradycyjnym zaopatrzeniu w energię, ponieważ zapewniają stale potrzebną moc elektryczną (obciążenie podstawowe). Elektrownie te, takie jak elektrownie jądrowe i węglowe, działają w sposób ciągły i wytwarzają energię elektryczną przy niskich kosztach zmiennych. Jednak wraz z rozwojem energii odnawialnych (RE) ich konieczność jest coraz częściej kwestionowana.
Nadaje się do:
Dlaczego do tej pory elektrownie systemowe były potrzebne?
Aby zaspokoić minimalne zapotrzebowanie w sieci elektroenergetycznej, niezbędne były elektrownie systemowe. Technicznie są zaprojektowane tak, aby wytwarzać energię elektryczną przez całą dobę i być ekonomiczne przy ciągłej pracy. Typowymi przykładami są elektrownie na węgiel brunatny i elektrownie jądrowe, a także elektrownie przepływowe. Technologie te nie są jednak zbyt elastyczne i w ograniczonym stopniu mogą reagować na zmienne zapotrzebowanie lub dostarczanie energii odnawialnej.
Wyzwania stawiane przez energie odnawialne
Odnawialne źródła energii, takie jak energia wiatrowa i słoneczna, zależą od pogody i nie wytwarzają energii elektrycznej w sposób ciągły, ale podlegają wahaniom. Właściwości te czynią je technicznie niezdolnymi do pracy z obciążeniem podstawowym w klasycznym tego słowa znaczeniu. Niemniej jednak mogą niezawodnie zabezpieczyć dostawy energii poprzez inteligentne sieci, technologie magazynowania i dodatkowe elastyczne elektrownie.
Transformacja energetyczna doprowadziła do zmniejszenia zapotrzebowania na sztywne elektrownie podstawowe. Zamiast tego coraz ważniejsze staje się pojęcie „resztkowego obciążenia”: część zapotrzebowania na energię elektryczną, której nie można pokryć energią odnawialną, pokrywają elastyczne elektrownie, takie jak elektrownie gazowe lub turbiny gazowe wodorowe.
Czy elektrownie podstawowe są nadal potrzebne?
Badania pokazują, że system energetyczny oparty na odnawialnych źródłach energii może funkcjonować także bez elektrowni podstawowych. Połączenie energii słonecznej i wiatrowej w połączeniu z magazynowaniem (np. akumulatorami lub wodorem), elastyczną kontrolą obciążenia i elektrowniami na obciążeniu resztkowym może zapewnić bezpieczeństwo dostaw. Integracja elektrowni podstawowych miałaby sens tylko wtedy, gdyby były one konkurencyjne ekonomicznie – co często nie ma miejsca ze względu na wysokie koszty inwestycji.
Elektrownie resztkowe to elektrownie, które służą do pokrycia tzw. obciążenia resztkowego. Obciążenie resztkowe to część zapotrzebowania na energię elektryczną, która pozostaje po odjęciu kwoty wprowadzonej ze zmiennych źródeł energii odnawialnej, takich jak energia wiatrowa i słoneczna. Elektrownie te odgrywają kluczową rolę w systemie energetycznym, który w coraz większym stopniu charakteryzuje się energią odnawialną, ponieważ zapewniają bezpieczeństwo dostaw.
Rodzaje elektrowni na obciążenie resztkowe
- Elektrownie gazowe: Uważa się je za szczególnie odpowiednie, ponieważ można je szybko uruchomić i wyłączyć.
- Biogazownie: To odnawialne źródło energii może również elastycznie przyczyniać się do pokrycia ładunku resztkowego.
- Elektrownie wodne (np. elektrownie szczytowo-pompowe): Magazynują nadwyżkę energii elektrycznej i uwalniają ją ponownie w razie potrzeby.
Alternatywne podejścia do zabezpieczenia zasilania
- Technologie magazynowania: Elektrownie szczytowo-pompowe, duże akumulatory lub magazyny wodoru mogą kompensować wahania pomiędzy produkcją a zużyciem.
- Elastyczność w sieci: Inteligentne sieci (inteligentne sieci) umożliwiają lepszą kontrolę podaży i popytu.
- Elektrownie na obciążenie resztkowe: działają tylko w razie potrzeby i często wykorzystują technologie o niższej emisji, takie jak wodór lub biometan.
- Dywersyfikacja: Szeroka gama zdecentralizowanych źródeł energii odnawialnej zmniejsza zależność od poszczególnych technologii.
Elektrownie podstawowe nie są już absolutnie konieczne w kontekście systemu energetycznego zdominowanego przez energie odnawialne. Bezpieczeństwo dostaw można zagwarantować poprzez połączenie energii odnawialnych, magazynowania, elastycznych elektrowni i inteligentnych sieci. Koncepcja obciążenia podstawowego traci na znaczeniu na rzecz bardziej elastycznych i zrównoważonych rozwiązań.
Energie odnawialne odgrywają coraz większą rolę w dostawach energii, także w powiązaniu z obciążeniem podstawowym. Jednak ich wkład w pokrycie obciążenia podstawowego różni się znacznie od wkładu tradycyjnych elektrowni, ponieważ wiele źródeł odnawialnych jest zależnych od pogody, a zatem niestabilnych. Niemniej jednak istnieją różne podejścia i technologie umożliwiające ich integrację z dostawami obciążenia podstawowego.
Energia odnawialna i jej rola w obciążeniu podstawowym
1. Energia odnawialna podstawowa
- Elektrownie przepływowe: Są to naturalnie przystosowane do obciążenia podstawowego, ponieważ mogą wytwarzać stałą energię elektryczną.
- Elektrownie na biomasę: mogą również dostarczać energię w sposób ciągły i dlatego uważa się je za zdolne do pracy przy obciążeniu podstawowym.
- Elektrownie geotermalne: wykorzystują energię geotermalną i zapewniają niezawodne, stałe wytwarzanie energii elektrycznej.
2. Ograniczona zdolność do podstawowego obciążenia energią wiatrową i słoneczną
- Elektrownie wiatrowe i słoneczne są zależne od pogody i dlatego nie są stale dostępne. Uważa się jednak, że morskie elektrownie wiatrowe są w stanie niemal wytrzymać obciążenie podstawowe ze względu na dużą liczbę godzin pełnego obciążenia.
- Tak zwane „ciemne zastoje” (brak wiatru i światła słonecznego) stanowią problem, który należy zrekompensować rozwiązaniami w zakresie magazynowania lub innymi technologiami.
3. Technologie przechowywania i elastyczność
- Aby skompensować wahania energii wiatrowej i słonecznej, stosuje się rozwiązania w zakresie magazynowania, takie jak akumulatory, elektrownie szczytowo-pompowe lub magazyny wodoru. Technologie te umożliwiają magazynowanie nadmiaru energii i uwalnianie jej w razie potrzeby.
- Inteligentne sieci (inteligentne sieci) mogą zoptymalizować wprowadzanie energii odnawialnej i wypełnić luki w dostawach.
4. Zmieniona koncepcja obciążenia podstawowego:
- Wraz z rozwojem energii odnawialnych tradycyjna koncepcja sztywnego obciążenia podstawowego jest coraz częściej zastępowana przez bardziej elastyczny system. Zamiast stałej podstawowej podaży celem jest dynamiczna równowaga podaży i popytu.
- Połączenie różnych odnawialnych źródeł energii (np. wiatru, słońca, biomasy) może zapewnić stabilne dostawy, ponieważ częściowo się one uzupełniają.
wyzwania
- Rozwój sieci magazynowania i elastycznych sieci ma kluczowe znaczenie dla umożliwienia włączenia energii odnawialnych do dostaw energii podstawowej.
- Aby wypełnić luki w dostawach, tymczasowo potrzebne są technologie pomostowe, takie jak elektrownie gazowe.
- W dłuższej perspektywie system oparty całkowicie na energii odnawialnej byłby możliwy, gdyby nastąpił postęp technologiczny w zakresie magazynowania i zarządzania siecią.
Energie odnawialne mogą wnieść istotny wkład w obciążenie podstawowe dzięki odpowiednim kombinacjom, technologiom magazynowania i inteligentnemu sterowaniu siecią. Jednak tradycyjna koncepcja sztywnego obciążenia podstawowego jest coraz częściej zastępowana bardziej elastycznymi podejściami.
Konwencjonalne elektrownie podstawowe zawsze odgrywały kluczową rolę w dostawie energii, zapewniając ciągłą i minimalną ilość energii elektrycznej wymaganej przez sieć energetyczną przez całą dobę. Stałe dostawy energii są niezbędne, aby uniknąć przerw w dostawie prądu i zapewnić stabilność sieci.
Dlaczego konwencjonalne elektrownie podstawowe są (nadal) konieczne?
- Zabezpieczenie zasilania: Gwarantują stały dopływ energii, niezależnie od pory dnia i warunków atmosferycznych. Jest to szczególnie istotne w przypadku procesów przemysłowych, urządzeń gospodarstwa domowego pracujących w sposób ciągły (np. lodówki) oraz infrastruktury publicznej, np. oświetlenia ulicznego.
- Stabilność sieci: Elektrownie podstawowe przyczyniają się do stabilności częstotliwości i napięcia w sieci elektroenergetycznej, co jest niezbędne dla bezpiecznej pracy całego systemu.
- Niskie koszty zmienne: Elektrownie te zaprojektowano tak, aby oszczędnie wytwarzały energię elektryczną, ponieważ zwykle działają w sposób ciągły.
Które elektrownie pokrywają obciążenie podstawowe?
Tradycyjnie stosuje się elektrownie podstawowe, które są technicznie zdolne do wytwarzania energii elektrycznej w długich okresach czasu:
- Elektrownie konwencjonalne: Dominują tu elektrownie węglowe, jądrowe i na gaz ziemny ze względu na ich niezawodność i niskie zmienne koszty eksploatacji.
- Energia odnawialna: elektrownie przepływowe, elektrownie wykorzystujące biomasę i elektrownie geotermalne mogą również pomóc w pokryciu podstawowego obciążenia, ponieważ mogą zapewnić ciągłość energii.
Perspektywy na przyszłość
Wraz z przejściem na energię odnawialną ponownie ocenia się rolę elektrowni systemowych:
- Generatory lotne, takie jak wiatr i energia słoneczna, nie są w stanie pracować przy obciążeniu podstawowym, ponieważ ich produkcja zależy od pogody. Ich integracja wymaga zatem rozwiązań w zakresie magazynowania lub technologii uzupełniających, takich jak przetwarzanie energii na gaz lub elektrownie wirtualne.
- Technologie magazynowania, takie jak magazynowanie akumulatorowe lub elektrownie szczytowo-pompowe, stają się coraz ważniejsze, aby kompensować wahania i zapewnić, że energia odnawialna będzie w stanie wytrzymać obciążenia podstawowe.
- Przyszłość bez tradycyjnych elektrowni podstawowych: Scenariusze pokazują, że system energetyczny może funkcjonować również bez tradycyjnych elektrowni podstawowych, jeśli energie odnawialne będą skutecznie połączone w sieć i magazynowane.
Konwencjonalne elektrownie podstawowe pozostają obecnie niezbędne do zapewnienia stabilnych dostaw energii. Jednocześnie ich znaczenie jest uzupełniane lub zastępowane przez innowacyjne technologie i zrównoważone rozwiązania w ramach transformacji energetycznej.
Nadaje się do: