Энергетический переход Германии: проверка реальностью. Почему батареи и газовые электростанции должны использоваться вместе

Конец дефицита электроэнергии: как выглядит идеальное взаимодействие батарей и электростанций

Водородная ловушка или настоящее спасение? Правда о новых газовых электростанциях Германии

Энергетический переход Германии находится на решающем поворотном этапе, но рискует запутаться в ошибочной дискуссии о том, что лучше: хранение энергии в аккумуляторах или электростанции. С одной стороны — сторонники масштабных систем хранения энергии в виде экологически чистых решений, с другой — защитники классических, регулируемых газовых электростанций. Но те, кто противопоставляет эти две технологии, рискуют не чем иным, как будущей безопасностью и доступностью электроэнергии. В то время как аккумуляторы составляют основу для ежедневной, краткосрочной гибкости сети, электростанции остаются редко используемой, но экономически незаменимой защитой от многонедельных периодов низкой выработки ветровой и солнечной энергии. С недавно одобренным Брюсселем многомиллиардным рынком мощностей архитектура немецкого рынка электроэнергии сейчас коренным образом перестраивается. Поэтому настоящая проблема заключается не в выборе между хранением энергии и электростанциями? Речь идет об интеллектуальном, управляемом цифровыми технологиями взаимодействии обоих миров — и о том, как водород, «умные» тарифы на электроэнергию и европейская солидарность предотвратят отключение электроэнергии зимой.

Те, кто требует только хранилища энергии или только электростанции, строят не климатически нейтральную систему, а скорее создают следующий дефицит предложения

Ложный спор «или-или»

В Германии дискуссия об энергетике часто представляется как соревнование между аккумуляторными батареями и газовыми электростанциями. С одной стороны, существуют системы хранения энергии на основе батарей как современная, экологически чистая и быстро масштабируемая технология. С другой стороны, есть регулируемые электростанции, которые их сторонники рассматривают как незаменимую гарантию от дефицита электроэнергии, а критики — как возврат к ископаемому топливу. Такое сопоставление политически привлекательно, но вводит в заблуждение с точки зрения энергетической экономики. Аккумуляторные батареи и газовые электростанции решают разные проблемы в рамках одной и той же системы. Те, кто противопоставляет их друг другу, путают краткосрочную гибкость с долгосрочной надежностью поставок.

Аккумуляторы особенно эффективны, когда необходимо передавать электроэнергию в течение минут или часов. Они могут передавать солнечную энергию с полудня до вечера, покрывать кратковременные пиковые нагрузки, компенсировать колебания частоты и поглощать излишки возобновляемой энергии. Гибкие электростанции, с другой стороны, становятся особенно ценными, когда сохраняется дефицит, уровень хранения снижается, а одновременно возникают высокие нагрузки. Их решающий вклад заключается не в производстве как можно большего количества киловатт-часов, а в обеспечении надежной доступности в нескольких критических ситуациях.

Таким образом, ключевой экономический вопрос заключается не в том, какая технология принципиально превосходит другие. Ключевой вопрос состоит в том, какая комбинация возобновляемых источников энергии, электросетей, аккумуляторов, гибкого спроса, европейского импорта и регулируемых электростанций обеспечит желаемую надежность поставок при минимальных общих затратах. Система с недостаточной гарантированной мощностью рискует столкнуться с дефицитом, экстремальными ценами и чрезвычайными политическими мерами. Система с чрезмерно субсидируемой мощностью создает ненужную нагрузку на потребителей и ослабляет инвестиционные стимулы для хранения энергии и повышения гибкости энергоснабжения. Экономически обоснованный путь лежит где-то между этими двумя ловушками.

Что именно одобрил Брюссель

Одобрение Европейской комиссией немецкого механизма обеспечения мощности знаменует собой фундаментальный сдвиг в архитектуре рынка электроэнергии. С 2031 года участники рынка больше не будут получать оплату исключительно за произведенную электроэнергию и системные услуги. Они также смогут получать компенсацию за обеспечение гарантированной доступности мощности в случае необходимости. Предполагаемые общие затраты по утвержденной схеме составляют от 15,6 до 35,2 млрд евро. В зависимости от результатов аукциона, ежегодные затраты в 2031 году составят приблизительно от 1 до 3 млрд евро, а затем до 2045 года — от 0,9 до 2,3 млрд евро в год.

Распространенное упрощенное утверждение о том, что Германия субсидирует газовые электростанции на 35 миллиардов евро, неточно. Утвержденный механизм принципиально открыт для различных технологий. Помимо новых и существующих генерирующих мощностей, в проекте могут участвовать хранилища энергии, управляемые потребители, а в будущем и трансграничные мощности. Срок действия контрактов может составлять до 15 лет. Фактические затраты зависят от объемов, заявленных на тендере, предложений, стоимости финансирования и рыночной выручки электростанций, получивших контракты.

В то же время было бы наивно недооценивать важность новых газовых электростанций. Первоначальные тендеры в первую очередь ориентированы на долгосрочные мощности, способные непрерывно поставлять электроэнергию в периоды низкой выработки ветра и солнечной энергии, длящиеся несколько дней. Аккумуляторная батарея технически может соответствовать этому требованию, если она обладает достаточно большой емкостью для хранения энергии. Однако с экономической точки зрения батареи с очень длительным временем разряда для редких событий в настоящее время часто дороже, чем электростанции, топливо которых хранится отдельно и используется только по мере необходимости. Поэтому газовые электростанции, вероятно, получат значительную долю первых контрактов.

Для оценки эффективности работы общественности различие между выработкой электроэнергии и выработкой работы имеет решающее значение. Электростанция мощностью в один гигаватт может работать постоянно, но вырабатывать электроэнергию лишь несколько дней в году. Ее воздействие на климат зависит не только от размера, но и от используемого топлива, эффективности, времени работы и сроков перехода к климатически нейтральным источникам энергии. Крупный парк электростанций, работающих на низкой мощности, может выбрасывать меньше CO₂, чем меньший парк, работающий регулярно для покрытия остаточной нагрузки.

Таким образом, механизм обеспечения мощностей — это не просто субсидирование газовых электростанций, но и не нейтральный административный акт без технологических последствий. Это новая модель страхования для электроэнергетической системы. Ее качество будет оцениваться по тому, обеспечивает ли она достаточную безопасность, не приводя к постоянному финансированию избыточных мощностей и не подавляя инновации.

Электрификация меняет не только годовое потребление

Потребность Германии в электроэнергии значительно возрастет в связи с электрификацией транспорта, зданий, промышленности и цифровой инфраструктуры. Электромобили заменяют бензиновые и дизельные двигатели, тепловые насосы вытесняют системы отопления на нефти и газе, электрические печи и электролизеры трансформируют промышленные процессы, а центры обработки данных создают значительные дополнительные нагрузки с высокими требованиями к доступности. Этот рост не противоречит энергетическому переходу. Он является важнейшим механизмом декарбонизации, поскольку электроэнергия из возобновляемых источников заменяет ископаемое топливо в других секторах.

Электрические устройства зачастую эффективнее своих аналогов, работающих на ископаемом топливе. Тепловой насос генерирует тепло не только путем преобразования электроэнергии, но и за счет использования тепла окружающей среды. Электродвигатель преобразует энергию в движение гораздо эффективнее, чем двигатель внутреннего сгорания. Следовательно, потребление электроэнергии может увеличиться, в то время как общее конечное потребление энергии снизится. Разумная цель состоит не в достижении минимально возможного потребления электроэнергии, а в обеспечении теплоснабжения, мобильности, промышленного производства и цифровых услуг наиболее экономичным и низкоэмиссионным способом.

Однако простого анализа годового объема электроэнергии недостаточно для планирования. Крайне важно, когда и где необходима электроэнергия. Когда миллионы электромобилей заряжаются ранним вечером, тепловые насосы работают одновременно во время похолодания, а промышленные предприятия наращивают производство, пиковые нагрузки могут резко возрасти. Энергосети и гарантированные мощности должны проектироваться с учетом пиковых часов, а не среднегодовых показателей.

Таким образом, долгосрочное планирование энергосистемы предполагает значительное увеличение валового потребления электроэнергии в зависимости от сценария. Диапазоны широки, поскольку зависят от предположений о промышленном развитии, производстве водорода, реконструкции зданий, электромобильности, энергоэффективности и скорости трансформации. Именно эта неопределенность противоречит жестким, односторонним прогнозам. Германии необходима надежная инфраструктура, способная справиться с несколькими вероятными сценариями развития.

Плохо скоординированная электрификация приведет к неоправданному увеличению спроса на электростанции, накопители энергии и электросети. С другой стороны, интеллектуально управляемая электрификация сама по себе может стать источником гибкости. Транспортные средства, системы теплового аккумулирования, промышленные процессы и отдельные вычислительные нагрузки могут изменять свое потребление электроэнергии с течением времени, если при этом не влияют мобильность, комфорт и производство. Таким образом, экономическая ценность электрификации все больше зависит от ее управляемости.

Гибкость требует автоматизации, а не жертв

Гибкость энергопотребления иногда представляется так, будто домохозяйства должны организовывать свою жизнь, ориентируясь на ветер и солнце. Такая модель не привлекательна и не подходит для массового внедрения. Гибкость должна работать в фоновом режиме. Водители должны иметь возможность указывать, когда их автомобиль должен быть готов к работе и с каким запасом хода. Затем система управления энергопотреблением оптимизирует процесс зарядки. Жители задают желаемую температуру в помещении, а тепловой насос, тепловая инерция здания и буферный накопитель регулируют работу в пределах заданных комфортных значений.

Для этого Германии необходимы интеллектуальные системы учета, защищенные каналы связи, совместимые устройства и прозрачные тарифы. С 2025 года поставщики электроэнергии обязаны предлагать динамические тарифы. Однако само наличие таких продуктов не создает системной гибкости. Без интеллектуальных счетчиков, автоматизированного управления и легко понятных условий договора динамические тарифы останутся нишевым рынком для особо заинтересованных потребителей.

Изменение цен во времени указывает на дефицит или избыток электроэнергии. Бытовую систему хранения энергии не следует заряжать от сети солнечным летним утром, если в полдень доступно большое количество фотоэлектрической энергии. Аналогично, электромобиль не обязательно заряжать в пиковый вечерний час пик, если он не понадобится до следующего утра. Автоматизированные системы могут автоматически регулировать такие изменения без необходимости постоянного мониторинга рыночных цен пользователем.

Однако одних только сигналов синхронизации недостаточно. Электроэнергия может быть дешевой по всей стране, даже если региональная сеть перегружена. Дополнительное потребление киловатт-часов может помочь использовать энергию ветра на местном уровне в Северной Германии, одновременно создавая дополнительную нагрузку на сеть в узком месте на юге Германии. Переменные тарифы на электроэнергию, гибкие соглашения о подключении к сети или региональные стимулы могут помочь обеспечить эксплуатацию накопителей энергии, электролизеров и управляемых нагрузок там, где они приносят наибольшую выгоду системе.

Социальный аспект не следует недооценивать. Владельцы электромобилей, тепловых насосов и систем хранения энергии могут реагировать на ценовые сигналы сильнее, чем арендаторы или малообеспеченные домохозяйства, не имеющие контролируемых крупных потребителей энергии. Тарифная реформа, которая в одностороннем порядке обременяет негибких потребителей, потеряет общественное признание. Справедливая система должна поощрять гибкость, но в то же время сохранять предсказуемые предложения для потребителей, которые не могут реагировать или сознательно предпочитают ценовую стабильность.

Батареи берут на себя выполнение ежедневной высокоточной работы

Системы хранения энергии на основе аккумуляторов особенно хорошо подходят для задач, которые возникают часто и в короткие сроки. Они реагируют на колебания частоты в течение миллисекунд, переносят солнечную энергию на вечерние часы, снижают пиковые нагрузки и стабилизируют местные электросети. Благодаря модульной конструкции их можно устанавливать в частных домах, коммерческих зданиях, промышленных предприятиях, подстанциях и крупных хранилищах. Время строительства обычно значительно короче, чем для тепловых электростанций.

К концу 2025 года в Германии насчитывалось более двух миллионов систем хранения энергии на основе аккумуляторов с общей полезной емкостью приблизительно от 24 до 25,5 гигаватт-часов. Наибольшую долю по-прежнему составляли бытовые системы хранения энергии в сочетании с фотоэлектрическими установками. Хотя производство крупномасштабных аккумуляторных батарей быстро росло, они все еще представляли собой относительно небольшой сегмент с точки зрения общей энергетической емкости. Эти цифры также подчеркивают сильные и слабые стороны технологии: несмотря на высокую установленную мощность, количество накопленной энергии автоматически не достаточно для преодоления длительных периодов дефицита энергии.

Простой пример иллюстрирует разницу. Система хранения энергии емкостью в один гигаватт и два гигаватт-часа теоретически может обеспечивать полную мощность в течение двух часов. После этого ее необходимо перезарядить. Это может быть чрезвычайно ценно для пикового вечернего спроса. Однако та же система хранения не сможет самостоятельно пережить трехдневный период низкой выработки ветровой и солнечной энергии. Более длительное время разряда требует дополнительной емкости батареи, за которую необходимо платить, даже если она используется полностью лишь изредка.

Тем не менее, батареи снижают потребление электроэнергии и сокращают время работы традиционных электростанций. Они предотвращают необходимость запуска электростанции только для кратковременной пиковой нагрузки, поглощают электроэнергию, которая в противном случае была бы ограничена, и сглаживают резкие изменения нагрузки. Система хранения энергии на основе батарей также может обеспечить работу тепловой электростанции в течение определенного времени. В гибридных системах батарея может взять на себя задачи быстрого управления, в то время как электростанция работает более эффективно и с меньшим износом.

Однако по мере расширения мощностей хранения энергии бизнес-модель меняется. Ранние системы хранения энергии выигрывают от значительной разницы в ценах между более дешевыми дневными часами и дорогими вечерними часами. Когда множество батарей заряжаются и разряжаются одновременно, они уменьшают именно эту разницу в цене. Это положительно сказывается на системе в целом и на потребителях, но снижает доходы от новых проектов. Поэтому будущим системам хранения энергии придется объединять несколько источников дохода: торговлю энергией, балансировку мощности, услуги для электросетей, управление пиковыми нагрузками и, возможно, платежи за мощность.

Огромное количество заявок на подключение к сети не следует путать с фактическим расширением. В 2025 году были поданы заявки на несколько сотен гигаватт мощностей по хранению энергии. Лишь небольшая часть из них будет профинансирована, одобрена и построена. Множество заявок, незрелые проекты и спекулятивно обеспеченные точки подключения к сети искажают картину. Для энергетического перехода важен не виртуальный портфель проектов, а фактически установленная и обслуживающая сеть мощность.

Мрачное затишье в первую очередь связано с проблемой энергоснабжения

«Темная засуха» — это период, когда энергия ветра и солнца одновременно вносят лишь минимальный вклад. Этот термин часто используется в общем смысле, хотя сложность задачи во многом зависит от продолжительности, времени года, температуры, географического охвата, спроса на электроэнергию и возможностей импорта. Безветренная летняя ночь с точки зрения энергетической экономики сильно отличается от холодной, облачной и безветренной зимней недели на большей части Европы.

При дефиците энергии, длящемся всего несколько часов, значительную часть разницы могут компенсировать батареи, гидроаккумулирующие электростанции, гибкий спрос и импорт электроэнергии. Если ситуация затягивается, узким местом становится не разрядная мощность, а доступное энергетическое содержание. Батареи могут резервировать оставшуюся емкость для особо важных часов. Однако без достаточного количества возобновляемой энергии им потребуется другой источник питания для подзарядки.

Следовательно, сравнение только установленных гигаватт недостаточно. Газовая электростанция и четырехчасовая батарея могут иметь одинаковую номинальную мощность, но они не смогут обеспечить одинаковое количество энергии во время многодневного дефицита. Рынки мощности должны реалистично оценивать надежный вклад различных технологий. Системы хранения энергии требуют скидок в зависимости от времени разряда, состояния заряда и вероятности нескольких последовательных часов дефицита.

Даже газовые электростанции не являются автоматически полностью безопасными. Для их работы необходимы топливо, функционирующие газовые или водородные сети, квалифицированный персонал, запасные части, подключение к сети и достаточно надежные резервные системы. Энергетический кризис после нападения России на Украину продемонстрировал, что поставки природного газа несут в себе геополитический риск. Надежность электростанции зависит от надежности всей ее топливной и инфраструктурной цепочки.

Таким образом, обеспечение безопасности поставок требует вероятностного подхода. Не каждая мыслимая экстремальная ситуация должна быть покрыта исключительно немецкими мощностями. В то же время планирование не может предполагать, что импорт, батареи или газ будут доступны в неограниченных количествах в любой ситуации. Надежная стратегия сочетает в себе различные ресурсы, риски отказов которых максимально некоррелированы.

Снижение пиковой нагрузки имеет важное значение, но его возможности безграничны

Гибкие потребители и аккумуляторные батареи могут значительно снизить максимальный одновременный спрос на электроэнергию. Это особенно выгодно с экономической точки зрения, поскольку последние гигаватты, необходимые для покрытия годовой пиковой нагрузки, требуются редко, но их все равно необходимо финансировать. Каждая предотвращенная пиковая нагрузка позволяет сэкономить инвестиции в генерацию, сети и резервы.

Однако достижимый потенциал не является фиксированной величиной. Он зависит от структуры потребления, продолжительности хранения, погодных условий, правил рынка и потребностей пользователей. Электромобиль может отложить зарядку, но не навсегда. Система теплового аккумулирования может временно снизить нагрузку на систему отопления, но здания все равно будут охлаждаться. Промышленные предприятия могут прерывать процессы только в пределах технических и договорных ограничений. Аккумуляторы полезны только в том случае, если они достаточно заряжены до периода дефицита.

Поэтому при планировании необходимо избегать двух противоположных заблуждений. Первое — это автоматическое преобразование каждого дополнительного киловатт-часа потребления электроэнергии в пропорциональное увеличение пиковой нагрузки. Это игнорирует возможности цифрового управления. Вторая ошибка — это предположение, что гибкие нагрузки могут исчезнуть на неопределенный срок во время кризиса. В действительности гибкость может значительно снизить потребность в гарантированной мощности, но она не может полностью ее заменить.

Мониторинг безопасности энергоснабжения, проводимый Федеральным сетевым агентством, иллюстрирует масштаб проблемы. В зависимости от развития возобновляемых источников энергии, энергосетей, спроса и гибкости, к 2035 году может потребоваться дополнительная управляемая мощность в размере приблизительно от 22 до 36 гигаватт. Эти цифры представляют собой валовое увеличение мощности до вывода из эксплуатации. Такой широкий диапазон не является недостатком анализа, а скорее выражением реальной неопределенности. Он также демонстрирует, насколько дорогостоящими могут быть задержки в развитии энергосетей, возобновляемых источников энергии и гибкости спроса.

Страховка для газовых электростанций становится всё менее востребованной

Экономическое преимущество гибких газовых электростанций заключается в сравнительно низких инвестициях на киловатт, управляемости и возможности хранения больших объемов энергии отдельно от электростанции в качестве топлива. Поэтому они подходят для покрытия остаточной нагрузки, которая остается после использования ветровой и солнечной энергии, накопителей, перераспределения нагрузки и импорта.

Различные типы электростанций выполняют разные задачи. Газовые турбины открытого типа быстро запускаются и имеют относительно низкие инвестиционные затраты. Их КПД ниже, что менее важно, если они используются нечасто. Электростанции комбинированного цикла с газовыми турбинами (CCGT) дороже, но они более эффективно используют топливо и лучше подходят для более длительной работы. Газовые электростанции и современные теплоэлектростанции комбинированного производства (ТЭЦ) могут быть развернуты децентрализованным образом и отличаются особой гибкостью.

Однако низкая загрузка приводит к проблемам с финансированием. Электростанция, которая необходима лишь в течение нескольких часов дефицита электроэнергии, может не приносить достаточного дохода на обычном рынке электроэнергии для покрытия своих постоянных затрат. На рынке электроэнергии ей придется рефинансировать значительную часть своих инвестиций за счет редких, очень высоких цен. Теоретически это возможно, но на практике сопряжено с высокими политическими и регуляторными рисками. Правительства могут вмешаться в случае экстремальных цен, изменив ценовые ограничения или задним числом введя специальные сборы.

Платежи за мощность переносят часть этого риска с инвесторов на потребителей электроэнергии. Это может снизить затраты на финансирование и ускорить принятие решений о строительстве. Однако это сопряжено с риском искусственного удержания на рынке неэффективных электростанций, закупки избыточных объемов или вытеснения новых технологий. Поэтому газовые электростанции следует рассматривать не как привилегированную инфраструктуру, а как участников конкурентного рынка надежности.

В контрактах должны быть четко указаны требования к доступности. Те, кто получает оплату за гарантированную мощность, должны поставлять ее в периоды дефицита, иначе им грозят значительные штрафы. Кроме того, необходимы ограничения на выбросы, требования к технической модернизации и поддающиеся проверке промежуточные целевые показатели. Плата за мощность не должна гарантировать часы работы или продажи топлива. Оплата должна производиться за возможность предоставления мощности, а не за право на производство электроэнергии на основе ископаемого топлива.

Новинка: Патент из США – Установка солнечных электростанций до 30% дешевле и на 40% быстрее и проще – с пояснительными видеороликами! - Изображение: Xpert.Digital

В основе этого технологического прогресса лежит преднамеренный отказ от традиционного зажимного крепления, которое было стандартом на протяжении десятилетий. Новая, более экономичная и быстрая система крепления решает эту проблему с помощью принципиально иной, более интеллектуальной концепции. Вместо зажима модулей в определенных точках, они вставляются в непрерывную, специально разработанную опорную направляющую и надежно фиксируются на месте. Такая конструкция обеспечивает равномерное распределение всех сил – будь то статические нагрузки от снега или динамические нагрузки от ветра – по всей длине рамы модуля.

Более подробная информация здесь:

• Защелка вместо винта: эта гениальная система позволяет строить солнечные электростанции на 40% быстрее и совершает революцию в энергетическом переходе

Возможность использования водорода не должна превратиться в маркетинговый трюк

В долгосрочной перспективе новые газовые электростанции должны быть переведены на водородное или другое климатически нейтральное топливо. Такая перспектива необходима для обеспечения того, чтобы дополнительные мощности оставались совместимыми с целью климатической нейтральности. Однако термин «способный к использованию водорода» неточен. Он может означать, что электростанция уже может сжигать значительную долю водорода, что планируется последующая техническая переналадка, или просто что на площадке достаточно места для такой переналадки.

Техническая модернизация — лишь одна часть проблемы. К важнейшим факторам также относятся доступность климатически нейтрального водорода, транспортная инфраструктура, хранение, требования безопасности и экономическая целесообразность. Водородная электростанция, не подключенная к водородной сети, представляет собой лишь один из вариантов декарбонизации. Поэтому контракты должны включать конкретные технические стандарты, сроки и последствия за несоблюдение требований.

Преобразование водорода в электричество сопряжено со значительными потерями. Сначала электричество используется для производства водорода, затем газ необходимо сжать, транспортировать или хранить, а затем снова преобразовать в электричество. Общая эффективность значительно ниже, чем при прямом промежуточном хранении в батареях. Однако это не означает, что водород непригоден. Батареи эффективны, но хранение больших объемов энергии в течение недель или сезонов обходится дорого. Несмотря на более низкую эффективность, водород может быть экономически выгоден в редкие и длительные периоды дефицита энергии.

Еще одним узким местом является конкуренция за климатически нейтральный водород. Сталелитейная промышленность, химическая промышленность, судоходство и некоторые секторы авиации нуждаются в молекулах для процессов, которые трудно напрямую электрифицировать. Поэтому электростанции могут конкурировать с промышленными предприятиями за ограниченные объемы. Германии не следует основывать свою резервную стратегию на преждевременном предположении о том, что дешевый экологически чистый водород будет доступен в неограниченных количествах.

Поэтапный подход имеет смысл. Новые электростанции должны быть технически адаптируемыми, построены в подходящих местах и ​​иметь обязательные планы декарбонизации. В то же время не следует исключать и другие климатически нейтральные варианты, при условии, что их совокупные выбросы и воздействие на устойчивое развитие могут быть достоверно продемонстрированы. Однако технологическая нейтральность не должна приводить к расплывчатым обещаниям о будущем, которые оправдывают дальнейшую эксплуатацию газовых электростанций.

Децентрализованные системы могут повысить устойчивость системы

Крупные электростанции выигрывают от эффекта масштаба, опытных операторов и эффективных подключений к сети. Однако чисто централизованная стратегия оставит неиспользованными возможности в промышленных парках, коммунальных предприятиях и сетях централизованного теплоснабжения. Более мелкие газовые турбины, электростанции с двигателями внутреннего сгорания и теплоэлектростанции комбинированного производства тепла и электроэнергии могут быть построены вблизи точек потребления, поддерживая местные сети и способствуя региональному энергоснабжению в случае перебоев.

Комбинированное производство тепла и электроэнергии (ТЭЦ) эффективно только в том случае, если вырабатываемое тепло действительно эффективно используется. Электростанция не становится экономически или экологически выгодной просто потому, что она может извлекать тепло. Современные системы централизованного теплоснабжения должны обеспечивать работу на основе электроэнергии. Крупные тепловые насосы, электродные котлы, промышленные отходы тепла и системы теплового аккумулирования могут быть объединены с гибкими системами ТЭЦ. Система теплового аккумулирования позволяет отделить время выработки электроэнергии от времени потребления тепла.

Гибкие биогазовые установки также могут способствовать надежному энергоснабжению. Вместо производства электроэнергии с постоянной мощностью круглый год, биогаз можно хранить и использовать выборочно в периоды высокой остаточной нагрузки. Устойчивый потенциал ограничен, и вопросы землепользования, потерь метана и конкурирующих видов землепользования остаются актуальными. Однако существующие установки могут внести ценный вклад, если их работа постоянно соответствует потребностям системы.

Децентрализованные ресурсы требуют агрегаторов, стандартизированной связи и надежных измерений. Тысячи небольших электростанций могут коллективно образовывать виртуальную электростанцию ​​при условии проверки их доступности и безопасности их систем управления. Рынок мощности, предварительная квалификация которого может осуществляться только крупными энергетическими компаниями, формально будет технологически нейтральным, но на практике — централизованным. Нормативные акты должны предоставлять небольшим электростанциям и объединенным портфелям реальные возможности для участия.

Европейский рынок электроэнергии является частью механизма хеджирования

Германия интегрирована в европейский рынок электроэнергии. Трансграничные линии электропередачи позволяют обмениваться электроэнергией со странами, климатические условия, спрос и структура производства которых различаются. Скандинавская гидроэнергетика, альпийские хранилища энергии, французская атомная энергетика, излишки возобновляемой энергии из других регионов и гибкие потребители за рубежом могут помочь смягчить дефицит электроэнергии в Германии.

Импорт, как правило, снижает потребность в чисто национальных резервах. Не во всех странах одновременно наблюдается пик нагрузки или спад выработки электроэнергии. Более широкий рынок компенсирует региональные различия и позволяет более эффективно использовать электростанции и хранилища энергии. Поэтому стратегия национальной самообеспеченности, как правило, потребует увеличения мощностей и более высоких затрат.

В то же время, импорт нельзя считать гарантированным без ограничений. Холодная и безветренная погода может одновременно затрагивать несколько стран. Соседние страны также проводят электрификацию, закрывают традиционные электростанции или борются с проблемами в собственных энергосистемах. Поэтому надежный вклад импорта необходимо оценивать с использованием европейских вероятностных моделей, а не на основе отдельных исторических пиковых значений.

Открытие механизма обеспечения мощностей для привлечения подходящих иностранных ресурсов экономически логично, но сопряжено с трудностями. Германия должна обеспечить фактическую эффективность использования законтрактованных мощностей в периоды одновременного дефицита и наличие достаточных трансграничных передающих мощностей. Национальные механизмы могут стать взаимовыгодными, если каждая страна попытается самостоятельно справиться с наихудшим сценарием. Общие стандарты надежности и скоординированное европейское планирование могли бы снизить общий спрос.

Рынок только энергии или рынок мощности

На рынке электроэнергии поставщики получают доход за продаваемую электроэнергию и за системные услуги. Дефицит проявляется в высоких ценах. Эти цены поощряют электростанции, хранилища, импортеров и потребителей, которые снижают свой спрос. Модель принципиально технологически нейтральна, поскольку именно ценовой сигнал, а не какой-либо орган власти, определяет, какой ответ является экономически целесообразным.

Его слабость заключается в так называемой проблеме нехватки денег. Политическое вмешательство, ограничение цен и редкие дефициты могут привести к тому, что инвесторы не будут ожидать достаточной прибыли. Даже если допускаются экстремальные цены, финансирование долгосрочного проекта электростанции, основанное на нескольких неопределенных часах работы, обходится дорого. Банки и инвесторы в акции требуют высоких премий за риск.

Рынок мощностей также оплачивает обещанную доступность. Это стабилизирует доходы, снижает инвестиционные риски и может ограничить резкие колебания на спотовом рынке. В то же время, перед регулятором встает важнейшее решение: он должен определить, какой объем мощностей следует закупить. Если будет выставлено на тендер слишком много мощностей, потребители будут годами платить за ненужные мощности, а ценовые сигналы для хранения и перераспределения нагрузки ослабнут. Если будет закуплено слишком мало, проблема безопасности поставок сохранится.

Таким образом, наиболее экономически целесообразным решением является не жесткий централизованный план, а конкурентный механизм с регулярно обновляемым анализом спроса. Наклонная кривая спроса может предотвратить резкие скачки цен, вызванные небольшими изменениями объемов. Различные сроки действия контрактов могут удовлетворить потребности в финансировании новых объектов без излишнего использования существующих мощностей. Существующие электростанции, новые здания, хранилища, гибкие потребители и подходящие зарубежные ресурсы должны конкурировать на основе сопоставимых стандартов надежности.

Рынок электроэнергии остается важным даже при наличии платежей за мощность. Он по-прежнему определяет, какая электростанция будет использоваться в тот или иной час. Ценовой сигнал должен оставаться достаточно сильным, чтобы выявлять краткосрочный дефицит и поощрять гибкость. Рынок мощности должен дополнять рынок электроэнергии, но не заменять его.

Для подлинной технологической открытости требуются другие стандарты

Тендер может казаться нейтральным на бумаге, но на практике может быть адаптирован к конкретной технологии. Длительные обязательства по бесперебойным поставкам благоприятствуют электростанциям, работающим на топливе. Чрезвычайно короткое время отклика благоприятствует аккумуляторным электростанциям. Высокие минимальные объемы производства исключают малые электростанции. Длительные контракты, заключаемые исключительно на строительство новых объектов, могут снизить гибкость спроса, даже если это может быть более выгодно.

Поэтому целью должно быть не схематичное равенство, а всесторонняя сопоставимость технологий. Для батарей необходимы реалистичные вычеты, основанные на продолжительности разряда и состоянии заряда. Гибким потребителям необходимы проверяемые базовые значения, чтобы заявленное снижение нагрузки можно было реально измерить. Электростанции должны продемонстрировать топливную безопасность и техническую доступность. Иностранные мощности требуют правил, учитывающих как дефицит, так и доступность сети.

Гибридные концепции могут быть особенно ценными. Аккумулятор, расположенный рядом с газовой электростанцией, мгновенно реагирует на запуск турбины, снижая неэффективную работу при частичной нагрузке. Возобновляемые источники энергии с накопителями могут обеспечить более стабильный профиль подачи электроэнергии. Промышленная площадка может сочетать в себе собственную генерацию, аккумуляторные накопители, тепловые накопители и гибкие производственные процессы. Правила рынка должны допускать такие портфели в качестве интегрированных ресурсов.

В то же время, предварительная квалификация должна ограничивать спекуляции. Проекты должны демонстрировать наличие свободных земельных участков, прогресс в получении разрешений, финансирование и реалистичные подключения к электросети. Гарантии, поэтапные сроки и увеличение штрафных выплат могут предотвратить ситуацию, когда незрелые проекты выигрывают тендеры, а затем терпят неудачу. Однако требования не должны быть настолько сложными, чтобы их могли выполнить только крупные корпорации.

Местоположение определяет значение системы

Дополнительный мегаватт не везде имеет одинаковую ценность. Северная Германия часто производит большие объемы ветровой энергии, в то время как значительная часть промышленного потребления сосредоточена на западе и юге. Расширение энергосистемы призвано компенсировать эти различия, но это требует времени и сопряжено с проблемами получения разрешений и общественного одобрения. Электростанция или хранилище энергии, расположенные за неправильным узким местом в энергосистеме, вряд ли смогут улучшить местное энергоснабжение.

Таким образом, тендеры на поставку мощностей должны включать пространственную составляющую. Возможные варианты включают региональные объемы закупок, бонусы за местоположение, приоритетное подключение к сети или требования, основанные на прозрачном анализе сети. Однако чрезмерно широкие региональные квоты могут создать локальную рыночную власть и увеличить затраты. Распределение мощностей по местоположению должно быть достаточно точным, чтобы устранить узкие места, но достаточно широким, чтобы поддерживать конкуренцию.

Этот вопрос особенно актуален для систем хранения энергии на основе аккумуляторов. Многие проекты подают заявки на подключение к одним и тем же перспективным узлам электросети. Операторам электросетей необходимы критерии для определения приоритетности зрелых и обслуживающих систему проектов. Гибкие соглашения о подключении могут позволить системам хранения энергии подключаться раньше, если они договорятся не заряжать и не подавать электроэнергию в сеть в определенных ситуациях.

Необходимо также планировать топливную инфраструктуру с учетом пространственного расположения. Для водородных электростанций требуется надежный доступ к будущим водородным трубопроводам, хранилищам или альтернативным путям поставок. Для теплоэлектростанций комбинированного производства тепла и электроэнергии (ТЭЦ) необходимы долгосрочные теплоотводы. Для электростанций, способных к запуску после отключения электроэнергии, требуется особенно надежное электроснабжение на месте. Принимать решение о местоположении, основываясь исключительно на цене земли и подключении к электросети, было бы слишком упрощенно.

Решение о защите климата принимается исходя из часов работы предприятий

Установленная мощность газовых электростанций не является прямым показателем выбросов. Ключевыми факторами являются объем вырабатываемой электроэнергии, эффективность, используемое топливо, выбросы метана на этапе производства и сроки перехода к климатически нейтральным источникам энергии. Крупная электростанция, работающая нечасто, может быть совместима с климатически нейтральной системой электроснабжения. Более мелкая электростанция с большим количеством часов работы создаст больше проблем.

Аккумуляторы помогают сократить время работы электростанций, работающих на ископаемом топливе. Они способствуют переходу на возобновляемые источники энергии, уменьшают ограничения выработки и покрывают кратковременные пиковые нагрузки. Расширение энергосистемы, гибкий спрос и европейская торговля энергоносителями оказывают аналогичное воздействие. Чем лучше функционируют эти элементы, тем чаще газовые электростанции становятся редко используемой страховочной сетью для обычных производителей энергии.

Цена на CO₂ должна соответствовать этой операционной логике. Платежи за мощность могут покрывать фиксированные затраты, но не должны нивелировать переменные затраты на выбросы. Если бы субсидируемая газовая электростанция могла искусственно предлагать электроэнергию по более низкой цене на рынке, чем хранилища или гибкие потребители, этот механизм создал бы нежелательные стимулы как с точки зрения климатической политики, так и с экономической точки зрения.

Поэтому фактическое время работы электростанций должно быть публично оценено. Если новые газовые электростанции работают значительно чаще, чем планировалось, это указывает на недостатки в расширении использования возобновляемых источников энергии, в сетях, системах хранения энергии или гибкости. Рынок мощности не должен становиться заменой этим инвестициям. Он должен хеджировать остаточный риск, а не маскировать постепенную трансформацию остальной части системы.

В счете за электроэнергию указана лишь часть расходов

Финансирование за счет сбора приведет к увеличению счетов за электроэнергию. Однако было бы неполно, если бы мы сосредотачивались только на видимом увеличении. Потребители уже платят за энергию, сети, балансирующую мощность, перераспределение, резервы, налоги и сборы. Недостаточная надежность поставок также влечет за собой издержки: из-за заоблачных цен, перебоев в производстве, чрезвычайных мер и дорогостоящих краткосрочных закупок.

Рынок мощностей может увеличить одну статью расходов, одновременно снижая другие. Предсказуемые доходы снижают затраты на финансирование. Достаточные мощности могут ограничить чрезмерный дефицит цен. В то же время возникают риски, связанные с избыточными закупками и долгосрочными договорными обязательствами. Поэтому решающее значение имеют общие системные затраты, а не отдельная сумма сбора.

Экономически оптимальный стандарт безопасности не предполагает ни нулевого резерва, ни абсолютной защиты от всех теоретических событий. Дополнительная надежность оправдана, если ее стоимость ниже ожидаемого ущерба от предотвращенных отключений электроэнергии. Этот компромисс должен быть прозрачным, поскольку разные потребители несут совершенно разные затраты на возмещение ущерба. Кратковременное отключение электроэнергии может быть неудобным для домохозяйства, но чрезвычайно дорогостоящим для центра обработки данных или непрерывного производственного процесса.

Распределение затрат также имеет значение. Фиксированная плата за киловатт-час влечет за собой иное бремя для энергоемких потребителей, чем плата, основанная на пиковом спросе или потреблении в критические часы. Модель, в большей степени основанная на причинно-следственной связи затрат, могла бы поощрять гибкость, но была бы более сложной. Необходимо сопоставить простоту, социальный баланс, международную конкурентоспособность и системное воздействие.

Доверие требует прозрачности. Объемы тендеров, заявки, присужденные контракты, сроки действия контрактов, доступность и годовые затраты должны публиковаться в понятной форме. Не менее важен вопрос о том, уменьшается ли требуемая мощность с увеличением гибкости. Механизм, который просто расширяет и продлевает существующие контракты, быстро приобретет характер постоянной структуры субсидирования.

Задержка теперь является самым дорогостоящим сценарием

Германия испытывает нехватку времени, поскольку строительство электростанций, сетей, трубопроводов и получение разрешений требуют длительных сроков. Новые мощности нельзя заказывать только тогда, когда становится очевидным дефицит предложения. Системы хранения энергии на основе аккумуляторов можно построить быстрее, но для них также требуются земля, подключение к сети, финансирование и цепочки поставок. Гибкость потребления требует наличия интеллектуальных счетчиков, стандартов, контрактов и общественного признания.

Регуляторная неопределенность заставляет инвесторов выжидать. Без четких правил регулирования мощности разработчик газовой электростанции не знает, будет ли прибыльным чисто рыночный проект. Инвестору в системы хранения энергии сложно оценить свой проект, когда неясны тарифы на электроэнергию, условия подключения и правила рынка мощности. Промышленные компании не могут монетизировать гибкость, пока отсутствуют продукты и компенсации.

Ясность не означает закрепление всех правил в качестве неизменных норм на десятилетия. Она подразумевает надежный путь, прозрачные формулы корректировки и обязательные сроки. Инвесторы лучше справляются с предсказуемыми обновлениями, чем с резкими изменениями политики. Поэтому рынок мощности, реформа подключения к сети, внедрение интеллектуальных счетчиков и регулирование водородной энергетики должны рассматриваться как единый комплекс мер.

Ускорение не должно устранять конкуренцию. Экстренные процедуры и прямые индивидуальные контракты могут показаться привлекательными в краткосрочной перспективе, но могут стать дорогостоящими и отдавать предпочтение устоявшимся поставщикам. Более разумными являются стандартизированные разрешения, параллельные процедуры, предварительная оценка сети, четкие документы аукциона и обязательные этапы проекта.

Надежная электрическая система строится послойно

Экономически устойчивая стратегия состоит из нескольких последовательных этапов. Первый этап — расширение использования возобновляемых источников энергии. Большие объемы недорогой энергии ветра и солнца сокращают импорт топлива, выбросы и время работы тепловых электростанций. Без достаточного количества возобновляемой энергии спрос на газ, а впоследствии и на водород, неоправданно возрастет.

Второй уровень охватывает сети и европейские соединения. Большая зона балансировки позволяет лучше использовать региональные различия и снижает ограничения. Третий уровень — это цифровое управление спросом. Электромобили, тепловые насосы, промышленные нагрузки и соответствующие вычислительные процессы должны уметь автоматически реагировать на цены и состояние сети.

Четвертый уровень включает краткосрочное хранение энергии. Батареи обеспечивают ежедневное перераспределение нагрузки, регулирование частоты, сглаживание пиковых нагрузок и растущую долю балансирующей мощности. Их размещение и режимы работы должны быть ориентированы на получение выгоды для системы. Пятый уровень охватывает более длительные периоды дефицита энергии. Сюда входят гидроаккумулирующие электростанции, гибкие биоэнергетические системы, тепловые аккумуляторы, водород, другие климатически нейтральные виды топлива и, на переходном этапе, природный газ.

Шестой уровень — это институциональное управление. Требования к мощности должны регулярно рассчитываться с использованием реалистичных предположений о погоде, импорте, перебоях в электроснабжении и спросе. Тендеры должны учитывать все технологические аспекты, быть географически дифференцированными и открытыми для объединения небольших ресурсов. Санкции обеспечивают доступность, а требования к выбросам и модернизации защищают климатические цели.

Эта многоуровневая модель позволяет избежать обеих крайностей. Одних только батарей недостаточно для полного и экономически эффективного покрытия длительных периодов низкой выработки ветровой и солнечной энергии при существующих затратах. Использование только газовых электростанций привело бы к высоким затратам на топливо, зависимости от импорта и ненужным выбросам. Наиболее экономически эффективная система возникает в результате взаимодействия обеих технологий с электросетями, гибким спросом, европейской торговлей и долгосрочным хранением энергии.

Решающее значение имеет не технология, а координация

Германии не нужно выбирать между аккумуляторной экономикой и парком электростанций. Необходимо определить, какие задачи выполняет каждый ресурс, где он приносит наибольшую выгоду, как компенсируется его производительность и как быстро сокращается время работы на ископаемом топливе. Аккумуляторы должны одержать верх благодаря возможности частой, быстрой и автоматизируемой работы по обеспечению гибкости. Диспетчеризные электростанции должны покрывать редкие, длительные и экономически особенно опасные остаточные риски.

Новый механизм наращивания мощностей может инициировать необходимые инвестиции. Однако его успех не зависит от максимально утвержденного объема финансирования. Решающими факторами являются широкая конкуренция, тщательные расчеты объемов, эффективные санкции и готовность адаптировать механизм к растущей гибкости хранилищ и спроса. В противном случае существует риск создания дорогостоящей параллельной системы, которая социализирует инвестиционные риски и одновременно ослабляет ценовые сигналы для инноваций.

Самым важным климатическим показателем будет не количество установленных гигаватт газовых электростанций. Важно то, как мало ископаемого газа сжигают эти электростанции, насколько надежно они обеспечивают электроснабжение в критические часы и переходят ли они на климатически нейтральное топливо. Для аккумуляторных батарей важен не количество запросов на подключение, а фактическая установленная, доступная и обслуживающая сеть энергетическая и электроэнергетическая мощность.

Надежный энергетический переход не произойдет, если объявить одну технологию победителем. Он произойдет тогда, когда каждая технология возьмется за задачу, для которой она лучше всего подходит, как с технической, так и с экономической точки зрения, и когда они будут конкурировать за измеримые системные выгоды. Поэтому реальный выбор Германии не в том, что лучше: батареи или газовые электростанции. Он заключается в том, чтобы выбрать: разумную координацию или постоянно дорогостоящую фрагментацию.

Мнения экспертов, участвующих в дискуссии

Профессор доктор Маттиас Хубер возглавляет Институт новых энергетических систем в Ингольштадтском университете прикладных наук. Его работа сосредоточена на межотраслевых энергетических системах, интеллектуальных сетях, региональных концепциях энергоснабжения, энергетических рынках и методах оптимизации интеграции возобновляемых источников энергии.

Марко Вюнш имеет диплом инженера-технолога и специалиста по менеджменту и работает в компании Prognos в Берлине. Он специализируется на перспективах энергоснабжения, моделировании производства электроэнергии и тепла, энергопотреблении, а также роли комбинированного производства тепла и электроэнергии (ТЭЦ) в Германии и Европе.

От промышленных солнечных электростанций на крышах до солнечных парков и крупных солнечных автостоянок

☑️ Язык ведения нашего бизнеса — английский или немецкий

☑️ НОВИНКА: Переписка на вашем родном языке!

Konrad Wolfenstein

Я и моя команда будем рады быть вашими личными консультантами.

Вы можете связаться со мной, заполнив контактную форму здесь [email protected]:или просто позвонив по номеру +49 7348 4088 965. Мой адрес электронной почты

Я с нетерпением жду начала нашего совместного проекта.

☑️ Услуги EPC (проектирование, закупка и строительство)

☑️ Разработка проектов «под ключ»: разработка проектов в области солнечной энергетики от начала до конца

☑️ Анализ объекта, проектирование системы, установка, ввод в эксплуатацию, техническое обслуживание и поддержка

☑️ Финансист проекта или посредник в предоставлении капитала