Энергетический переход: норвежская гидроэнергетика как якорь стабильности для европейской электросети

Гидроэнергетика вместо гидроаккумулирующих электростанций: как Норвегия могла бы стабилизировать европейскую электросеть

Энергетический переход в Европе сталкивается со значительными проблемами, но один природный ресурс может сыграть ключевую роль в его успехе: норвежская гидроэнергетика. Институт экономики энергетики и энергетических систем им. Фраунгофера в рамках совместного проекта HydroConnect исследовал, как этот природный источник энергии может внести существенный вклад в стабилизацию европейских электросетей, одновременно резко сократив потребность в дорогостоящих новых гидроаккумулирующих электростанциях.

Уникальное энергетическое положение Норвегии в Европе

Норвегия занимает исключительное положение в европейском энергетическом ландшафте. Около 90 процентов электроэнергии в стране вырабатывается за счет гидроэнергетики, что делает это скандинавское государство уникальным в Европе. Эта впечатляющая цифра обусловлена ​​уникальным географическим положением страны с ее глубокими фьордами, крутыми горами и неисчерпаемыми водными ресурсами. По всей стране расположено более 1600 гидроэлектростанций, а ее площадь составляет 385 000 квадратных километров, что лишь немного больше, чем у Германии.

В 2024 году производство гидроэлектроэнергии в Норвегии достигло исторического максимума в 157,2 тераватт-часа. Этот показатель в восемь раз превышает производство гидроэлектроэнергии в Германии, несмотря на сопоставимые размеры обеих стран. Особенно примечательно то, что Норвегия не только удовлетворяет собственные потребности, но и производит значительные излишки на экспорт. Страна уже экспортирует около 14 тераватт-часов электроэнергии, являясь крупнейшим экспортером электроэнергии в Европе.

Гидроэнергетические системы Норвегии обладают впечатляющей емкостью водохранилищ, насчитывающей более 1000 водоемов, способных вместить до 70 процентов годового потребления электроэнергии. Эти природные водохранилища обеспечивают гибкость, в которой отчаянно нуждается остальной мир, а Норвегия обладает ею уже несколько десятилетий.

Вызовы европейского энергетического перехода

Для достижения цели климатической нейтральности к 2050 году темпы развития ветроэнергетики и фотоэлектроэнергетики в Европе должны увеличиться в четыре-пять раз по сравнению с сегодняшним днем. Однако эта масштабная трансформация сопряжена с фундаментальными проблемами. Ветровая и солнечная энергия производят электроэнергию в зависимости от погоды, а не от спроса. Такая нестабильность требует гибких решений, способных быстро реагировать на колебания спроса и предложения.

Непредсказуемость возобновляемых источников энергии в настоящее время приводит к дорогостоящим проблемам. В Германии в 2017 году компенсации потребителям за отключение ветряных турбин из-за перегрузки сети обошлись примерно в 610 миллионов евро. Эта ситуация подчеркивает острую необходимость в гибких механизмах хранения и балансировки в европейской энергетической системе.

К 2050 году установленная мощность ветровой и солнечной энергии в Европе может увеличиться более чем втрое, достигнув более 1800 гигаватт. Однако эта огромная мощность должна быть дополнена соответствующими механизмами обеспечения гибкости для гарантирования стабильной и надежной энергетической системы.

HydroConnect: Научные основы энергетического будущего

Международный исследовательский проект HydroConnect, в котором участвуют Институт инженеров-гидротехников им. Фраунгофера (Fraunhofer IEE), Исследовательский центр SINTEF Energy Research, Норвежский университет науки и технологий и Университет Тренто, систематически изучал, как норвежская гидроэнергетика может способствовать достижению климатической нейтральности Европы. Исследователи проанализировали 15 различных сценариев на 2030 и 2050 годы, используя обширную базу данных, содержащую информацию о более чем 850 гидроэнергетических системах и более чем 3600 отдельных водохранилищах.

Результаты впечатляют: расширение норвежской гидроэнергетики на одиннадцать гигаватт и соответствующее расширение межсистемных соединений могут сократить необходимые инвестиции в Европе примерно на 70 гигаватт дополнительной мощности для фотоэлектрических систем, электролизеров и аккумуляторных батарей. Эти цифры демонстрируют огромную системную добавленную стоимость, которую обеспечивают гибкие гидроэлектростанции и их подключение к соседним европейским системам.

В рамках проекта использовались сложные инструменты моделирования, в частности, модель энергетической системы SCOPE Scenario Development, для анализа различных сценариев будущего. Это включало не только технические аспекты, но и систематическую оценку выбросов парниковых газов, цен на электроэнергию и воздействия на окружающую среду в норвежских водах.

Гидроаккумулирующие электростанции: недооцененный потенциал Европы

Хотя внимание часто сосредоточено на новых технологиях, Европа обладает огромным нераскрытым потенциалом в виде гидроаккумулирующих электростанций. Европейское исследование выявило впечатляющий потенциал в 2291 гигаватт-час на возможных площадках для размещения гидроаккумулирующих электростанций в странах ЕС-15, а также в Норвегии и Швейцарии. Наибольший потенциал сосредоточен в южной Норвегии — 1242 гигаватт-часа, что составляет 54 процента от общего потенциала.

Эта мощность в семь раз превышает текущую мощность гидроаккумулирующих электростанций в Европе и была бы достаточна для обеспечения Мальты электроэнергией на целый год. Для достижения такой же емкости хранения энергии с помощью литий-ионных батарей потребовалось бы 95 миллионов батарей от обычных электромобилей.

Гидроаккумулирующие электростанции сейчас переживают возрождение после того, как долгое время считались нерентабельными. Однако ситуация быстро меняется, поскольку они приобретают все большее значение в энергетическом переходе. Технология проста, но эффективна: избыток электроэнергии перекачивает воду в расположенные выше водохранилища; при необходимости вода возвращается обратно через турбины, вырабатывая электроэнергию.

В Австрии, например, энергоснабжающая компания Verbund инвестирует более 200 миллионов евро в модернизацию своих гидроаккумулирующих электростанций в Каринтийских Альпах. Теперь мощность турбин этих станций составляет 1,5 гигаватта, и они могут временно аккумулировать избыточную электроэнергию от нескольких сотен ветряных турбин.

Межсетевые соединения: энергетические мосты Европы

Ключ к использованию норвежской гидроэнергетики кроется в так называемых межсетевых соединениях – высокопроизводительных подводных кабелях, связывающих национальные энергосети. Эти «энергетические мосты» не только повышают безопасность национальных сетей, но и делают электроэнергию дешевле в Европе.

Наиболее ярким примером является NordLink, который с апреля 2021 года напрямую соединяет Германию и Норвегию. Подводный кабель длиной 623 километра может передавать до 1400 мегаватт, чего достаточно для обеспечения электроэнергией более 3,6 миллионов немецких домохозяйств. Инвестиционные затраты в размере около двух миллиардов евро поделены поровну между норвежским и немецким партнерами.

Принцип прост: когда на немецком побережье Северного моря нет ветра и ветряные турбины простаивают, в дело вступают норвежские гидроэлектростанции. И наоборот, если Германия производит слишком много ветровой энергии, она поступает в Норвегию, что позволяет временно остановить работу норвежских гидроэлектростанций. Норвежские фьорды в этом процессе выступают в качестве «виртуального хранилища».

Норвегия уже подключена к европейской электросети через несколько межсетевых соединений: с Нидерландами через NorNed (с 2008 года), с Данией через несколько соединений и с Великобританией через новый кабель. Это соединение позволяет оптимально использовать гибкую гидроэнергетику Норвегии для компенсации колебаний ветровой и солнечной энергии в других странах.

Инновационное фотоэлектрическое решение для снижения затрат и экономии времени - Изображение: Xpert.Digital

Более подробная информация здесь:

• Фотоэлектрические решения позволяют сократить трудозатраты и расходы

Гибкость как основа энергетического перехода

Гидроэнергетика — наиболее гибкий источник возобновляемой энергии. В отличие от аккумуляторных батарей, которые могут хранить энергию лишь в течение коротких периодов времени, гидроэлектростанции обеспечивают гибкость в широком временном диапазоне, от миллисекунд до целых сезонов. Эта характеристика делает их незаменимым компонентом для обеспечения стабильности энергосистемы.

Норвежская гидроэнергетика способна реагировать на колебания спроса в течение нескольких минут. Она может экспортировать электроэнергию в больших масштабах, когда в Европе наблюдается дефицит ветра и солнца, и, наоборот, импортировать ее при избытке. Эта возможность делает Норвегию ключевым игроком на климатически нейтральном, взаимосвязанном европейском энергетическом рынке.

Гибкость гидроэнергетики выходит далеко за рамки простого производства электроэнергии. Гидроэлектростанции могут предоставлять различные системные услуги, включая регулирование частоты, регулирование напряжения и компенсацию реактивной мощности. Эти услуги необходимы для стабильной работы сети, особенно с учетом растущей доли нестабильных возобновляемых источников энергии.

Экономические и политические аспекты

Растущая интеграция норвежской гидроэнергетики в европейские рынки электроэнергии также создает проблемы. Население Норвегии сталкивается с ростом цен на электроэнергию, в то время как большие объемы электроэнергии экспортируются. Эта ситуация привела к политической напряженности и даже способствовала краху норвежского правительства.

Евроскептическая Центристская партия и другие партии критикуют тот факт, что норвежским домохозяйствам приходится платить более высокие цены на электроэнергию из-за продажи за границу запасов гидроэнергии. Регламент ЕС ограничивает контроль Норвегии над этими запасами. Министр финансов Норвегии даже обвинил энергетическую политику ЕС в крахе правительства.

Несмотря на эти политические проблемы, экономические выгоды от интеграции остаются значительными. Расширение гидроэнергетических мощностей на 11 гигаватт и строительство новых межсистемных соединений снижают системные издержки, выравнивают цены на электроэнергию и сглаживают скачки цен в периоды низкой выработки ветровой и солнечной энергии. Анализы показывают, что увеличение выработки ветровой энергии способствует росту экспорта электроэнергии из Норвегии и помогает стабилизировать европейскую энергосистему.

Виртуальные системы хранения энергии и децентрализованные решения

Помимо крупных гидроэлектростанций, все большее значение приобретают и виртуальные системы хранения энергии. Эти системы объединяют тысячи небольших накопителей в одну большую интеллектуальную систему. В Германии, например, компания Sonnen уже подключила 25 000 батарей для создания виртуальной электростанции мощностью 250 мегаватт-часов.

Эти децентрализованные решения идеально дополняют крупные гидроэлектростанции. В то время как норвежская гидроэнергетика обеспечивает долгосрочную стабильность, виртуальные электростанции могут быстро реагировать на локальные колебания и снижать нагрузку на распределительную сеть. Сочетание централизованной норвежской гидроэнергетики и децентрализованных решений для хранения энергии создает надежную и гибкую энергетическую систему.

Воздействие на окружающую среду и устойчивое развитие

Гидроэнергетика в Европе играет ключевую роль в устойчивой энергетической системе. Она обеспечивает большие объемы низкоуглеродной электроэнергии по низкой цене и ограничивает общественные расходы на развитие климатически нейтральной энергетической системы. Европейская комиссия прямо подтвердила важность гидроэнергетики для Европейского зеленого курса и признала ее незаменимость как гибкого, регулируемого источника возобновляемой энергии.

Водохранилища гидроэлектростанций предоставляют дополнительные преимущества помимо выработки электроэнергии: они обеспечивают наличие воды для борьбы с наводнениями, орошения, водоснабжения и отдыха. Эта многофункциональность делает гидроэнергетику особенно ценным ресурсом в условиях изменения климата.

В рамках проекта HydroConnect также исследовалось воздействие на окружающую среду норвежских водохранилищ и речных систем. Этот междисциплинарный проект объединяет метеорологию, энергетический анализ и экологические исследования для установления связи между данными о погоде, выработкой электроэнергии и экологическими факторами, такими как растрескивание льда в водохранилищах.

Гидроэнергетика Европы: 47 процентов потенциала до сих пор не реализовано

Перспективы развития гидроэнергетики в Европе многообещающие. Неиспользованный экономический потенциал гидроэнергетики в Европе составляет 47 процентов от технически реализуемого потенциала. В частности, в Альпах, Скандинавии и Пиренеях по-прежнему существуют значительные неиспользованные возможности.

Модернизация существующих гидроэлектростанций считается одним из наиболее эффективных способов увеличения производства электроэнергии при минимизации воздействия на окружающую среду. Новые технологии, такие как турбины с регулируемой скоростью вращения, делают гидроэлектростанции еще более гибкими и эффективными.

Европа также является лидером в разработке инновационных концепций гидроэнергетики. Такие проекты, как ALPHEUS, разрабатывают кольцевые морские плотины, использующие морскую воду в качестве накопителя энергии. В будущем они могут создать дополнительные емкости для хранения энергии, эквивалентные тысячам аккумуляторов.

Цифровизация и автоматизация энергосетей обеспечат еще большую гибкость децентрализованным гидроэлектростанциям, особенно на уровне распределительной сети. В то же время интеллектуальные рыбопропускные сооружения, такие как винтовая турбина HydroConnect, обеспечат соответствие гидроэнергетики экологическим требованиям.

Системное значение для климатической нейтральности

Норвежская гидроэнергетика останется ключевым компонентом климатически нейтральной энергетической системы Европы. Анализы, проведенные в рамках проекта HydroConnect, наглядно демонстрируют системную добавленную стоимость гибких гидроэлектростанций и их связь с соседними европейскими системами.

Строительство нескольких новых гидроаккумулирующих электростанций может фактически сделать ненужным расширение мощностей, многократно превышающее возможности других технологий. Это понимание имеет основополагающее значение для энергетической политики: вместо того, чтобы полагаться исключительно на новые технологии, Европа должна оптимально использовать и разумно объединять свои существующие природные хранилища энергии.

Сочетание норвежской гидроэнергетики, модернизированных гидроаккумулирующих электростанций и интеллектуальных межсистемных соединений создает энергетическую систему, которая является одновременно стабильной и доступной. Эта инфраструктура составляет основу для успешной интеграции быстро растущих мощностей ветровой и солнечной энергетики в Европе.

Благодаря нескольким целенаправленным инвестициям в создание сетей и модернизацию существующих гидроэнергетических мощностей Европа может сделать решающий шаг к климатической нейтральности, не ставя под угрозу безопасность поставок или доступность электроэнергии. Норвежская гидроэнергетика доказывает свою эффективность как естественный якорь стабильности, в котором Европа остро нуждается для успешного энергетического перехода.

☑️ Строительство и консультирование по вопросам проектирования и монтажа фотоэлектрических систем открытого типа

☑️ Планирование солнечных электростанций ☑️ Внедрение агрофотоэлектрических систем

☑️ Солнечные наземные системы с решениями двойного назначения

Xpert.Solar — ваш идеальный партнер в планировании, консультировании и строительстве наземных фотоэлектрических систем и агрофотоэлектрических проектов, благодаря многолетнему опыту и экспертизе в секторе солнечной энергетики. В Xpert.Solar работает опытная команда профессионалов, предлагающая фермерам и инвесторам индивидуальные решения. От анализа площадки и финансовых и юридических консультаций до технической реализации и мониторинга, Xpert.Solar предоставляет своим клиентам профессиональную и надежную поддержку для обеспечения успешной и устойчивой реализации проектов.

Konrad Wolfenstein

Я с удовольствием стану вашим личным консультантом.

Вы можете связаться со мной, заполнив форму обратной связи ниже, или просто позвонить мне по номеру +49 89 89 674 804 (Мюнхен) .

Я с нетерпением жду начала нашего совместного проекта.

Xpert.Digital — это центр для предприятий, специализирующийся на цифровизации, машиностроении, логистике/внутрипроизводственной логистике и фотовольтаике.

С помощью нашего комплексного решения для развития бизнеса мы поддерживаем известные компании на всех этапах, от привлечения новых клиентов до послепродажного обслуживания.

Анализ рынка, маркетинговый маркетинг, автоматизация маркетинга, разработка контента, PR, почтовые рассылки, персонализированные кампании в социальных сетях и работа с потенциальными клиентами — все это входит в число наших цифровых инструментов.

Более подробную информацию можно найти по ссылкам: www.xpert.digital - www.xpert.solar - www.xpert.plus