Инфраструктура электросетей как узкое место в энергетическом переходе: проблемы и решения
Предварительная версия Xpert
Выбор голоса 📢
Опубликовано: 25 августа 2025 г. / Обновлено: 25 августа 2025 г. – Автор: Конрад Вольфенштейн
Инфраструктура электросетей как узкое место в энергетическом переходе: проблемы и решения – Изображение: Xpert.Digital
Энергосистема на пределе своих возможностей: почему энергетический переход Германии тормозится и какие умные решения могут помочь сейчас
### Пробка на энергетической магистрали: тысячи солнечных систем ждут подключения – грозит ли энергетический переход отключением? ### Гениальный трюк для энергосистемы: как «перестройка» экономит миллиарды и мгновенно запускает солнечные парки ### Ваш счёт за электроэнергию в 2025 году: кто выиграет от новых правил электросетей и кто вскоре заплатит за это ### Интеллектуальные сети вместо дорогих кабелей: как цифровые технологии революционизируют расширение сетей и снижение затрат ###
С севера на юг: почему наша энергосистема становится узким местом и как виртуальные электростанции могут предотвратить коллапс
Энергетический переход в Германии развивается впечатляющими темпами благодаря расширению солнечных и ветряных электростанций, но его успех зависит от устаревшей инфраструктуры электросетей. То, что когда-то служило надёжной основой энергоснабжения, всё чаще становится самым серьёзным препятствием на пути трансформации. Основная проблема заключается в системном изменении: от нескольких централизованных крупных электростанций к тысячам децентрализованных генераторов, работающих в зависимости от погодных условий. Сети, изначально спроектированные для одностороннего движения от электростанции к потребителю, не приспособлены к такому нестабильному двустороннему движению.
Последствия уже драматичны: сетевые операторы, такие как Bayernwerk, сообщают о заявках на подключение возобновляемых источников энергии мощностью свыше 60 гигаватт, но не в состоянии их удовлетворить. Во многих местах сети работают на пределе своих возможностей, что приводит к ожиданию подключения новых солнечных электростанций от пяти до пятнадцати лет. Ситуацию усугубляет известный разрыв между севером и югом: на ветреном севере образуется избыток электроэнергии, который не может достичь промышленных центров на юге. Целые улицы уже объявляются «неподключенными», что приводит к локальной остановке солнечного бума.
Однако эта масштабная задача требует большего, чем просто дорогостоящее и длительное строительство новых линий. Необходимы инновационные и интеллектуальные подходы для более эффективного использования существующей инфраструктуры и формирования энергетической системы будущего. Они варьируются от интеллектуальных сетей, координирующих генерацию и потребление в режиме реального времени, до виртуальных электростанций, объединяющих тысячи небольших систем в один большой комплекс, и таких продуманных концепций, как «избыточное» строительство сетевых соединений и проактивная «розетка подачи». Эти решения обещают не только ускорить энергетический переход, но и сдержать стремительно растущие затраты на расширение сетей и, следовательно, цены на электроэнергию для потребителей. Далее рассматриваются наиболее острые проблемы и представлены наиболее перспективные решения, которые определят успех или провал энергетического перехода в Германии.
Подходит для:
Почему сетевая инфраструктура является решающим фактором для расширения использования возобновляемых источников энергии?
Сетевая инфраструктура является основой успешного энергетического перехода и одновременно его самым узким местом. Проблема заключается в фундаментальном изменении энергетической системы: если раньше крупные централизованные электростанции производили электроэнергию предсказуемым образом, а затем транспортировали её потребителям по сети, то сегодня доминируют децентрализованные и нестабильные возобновляемые источники энергии.
Крупномасштабные проекты солнечных электростанций требуют мощных сетей, способных справляться с потребляемой мощностью. Однако многие сети уже работают на пределе своих возможностей и не могут принять дополнительную мощность. Например, компания Bayernwerk сообщает о запросах на подключение более 60 гигаватт, при этом многие сетевые операторы уже сообщают о сроках ожидания новых подключений от 5 до 15 лет.
Проблема усугубляется разрывом между севером и югом Германии: на севере ветроэнергетика вырабатывает больше электроэнергии, чем потребляется, в то время как юг, с его промышленными центрами, потребляет больше энергии, чем производится на месте. Эта проблема станет ещё более острой после перехода на атомную энергетику и планируемого отказа от угольной.
Какие конкретные узкие места существуют при подключении солнечных электростанций к сети?
Практические проблемы, связанные с подключением солнечных электростанций к сети, сложны и затрагивают все уровни напряжения. На уровне среднего напряжения, к которому подключено большинство наземных фотоэлектрических систем мощностью от 10 до 60 МВт, сети уже активно используются во многих местах. Высоковольтные сети обеспечивают ещё большую мощность, но требуют строительства дорогостоящих специализированных подстанций.
Конкретным примером служит ситуация в Клеттгау, Баден-Вюртемберг, где местный сетевой оператор EVKR опубликовал список улиц, на которых «крайне маловероятно подключение каких-либо новых фотоэлектрических систем». Такие узкие места в сети означают, что даже уже установленные солнечные системы невозможно подключить к сети.
Планы операторов распределительных систем по расширению сетей показывают, что многие участки сетей среднего и высокого напряжения обозначены как «узкие места». Это приводит к увеличению времени подключения, а некоторые проекты смогут быть подключены к сети только после 2030 года, поскольку для этого необходимо расширить локальную сетевую инфраструктуру.
Как развиваются сетевые тарифы и какое влияние это оказывает?
Сетевые сборы, составляющие около четверти стоимости электроэнергии, демонстрируют разнонаправленную динамику. Четыре основных оператора передающих систем объявили о среднем повышении тарифов на 3,4% до 6,65 цента за киловатт-час к 2025 году. Этот рост обусловлен, главным образом, масштабными инвестициями в расширение сетей.
В то же время общенациональная стандартизация сетевых тарифов в 2025 году приведёт к более справедливому распределению затрат. Регионы с высоким уровнем развития возобновляемой энергетики получат выгоду: в Шлезвиг-Гольштейне сетевые тарифы снизятся на 29%, в Мекленбурге-Передней Померании — на 29%, в Бранденбурге — на 21%, а в Баварии — на 16%.
Это перераспределение учитывает тот факт, что регионы с большим количеством установок возобновляемой энергетики до сих пор были вынуждены нести непропорционально высокие расходы на расширение сетей. В то же время, в регионах с низкой долей возобновляемой энергии, особенно в Баден-Вюртемберге, Рейнланд-Пфальце и Северном Рейне-Вестфалии, растут сетевые тарифы.
Что такое интеллектуальные сети и как они могут способствовать решению проблемы?
Интеллектуальные электросети используют цифровые технологии для координации производства электроэнергии, её эксплуатации, хранения и потребления. В отличие от традиционной электросети, которая функционировала как улица с односторонним движением от электростанции до потребителя, современные сети должны надёжно управлять двусторонними потоками энергии и непредсказуемыми подачами.
Интеллектуальная сеть объединяет все компоненты электроэнергетической системы — от солнечных панелей на крышах до аккумуляторных батарей в подвалах и зарядных станций для электромобилей. Благодаря цифровым счетчикам электроэнергии и современным коммуникационным технологиям эти системы могут реагировать на изменения в режиме реального времени и оптимально балансировать спрос и предложение.
Системы накопления энергии играют центральную роль как неотъемлемая часть современной сетевой инфраструктуры. Они стабилизируют сеть, компенсируя краткосрочные колебания, позволяют управлять перегрузками и повышают гибкость всей системы. Целевое промежуточное накопление энергии может предотвратить перегрузку сети и сократить расширение дорогостоящей сетевой инфраструктуры.
Подходит для:
Какую роль виртуальные электростанции играют в будущей энергетической системе?
Виртуальные электростанции представляют собой инновационное решение для более эффективной интеграции возобновляемых источников энергии. Они объединяют сотни или тысячи децентрализованных электростанций, хранилищ и управляемых потребителей в скоординированную сеть. Эти многозонные электростанции могут в совокупности производить столько же электроэнергии, сколько крупные традиционные электростанции.
Центральная система управления виртуальной электростанцией отслеживает все подключенные станции в режиме реального времени и мгновенно реагирует на изменения в энергосистеме. Если выработка слишком низкая, она включает дополнительные генераторы возобновляемой энергии, которые можно контролировать независимо от погоды, например, биогазовые установки или гидроэлектростанции. В случае перепроизводства она соответствующим образом снижает подачу электроэнергии.
Современные виртуальные электростанции используют интеллектуальные шлюзы счётчиков для экономичного управления небольшими электростанциями. Они не только обеспечивают лучшую системную интеграцию возобновляемых источников энергии, но и создают экономическую добавленную стоимость для операторов электростанций за счёт оптимизированного маркетинга на различных рынках.
Что такое избыточная застройка и как она может снизить перегрузку сети?
Строительство точек подключения к сети представляет собой перспективный подход к повышению эффективности её использования. Это предполагает подключение к сети электростанций, которые в совокупности могут производить больше электроэнергии, чем теоретически способны передать линии электропередачи. Ключевым моментом является объединение электростанций, которые редко работают на полную мощность одновременно.
Ветровые и солнечные системы идеально дополняют друг друга: ветряные турбины часто вырабатывают основную мощность ночью, осенью или зимой, а солнечные системы — в полдень и летом. Исследование Немецкой ассоциации возобновляемой энергетики показывает, что при совместной работе в одной сети требуется сокращение лишь около 3,5% солнечной и 1,5% ветровой энергии.
Компания Bayernwerk уже продемонстрировала, как работает эта разработка: новая фотоэлектрическая система была установлена рядом с существующей ветряной турбиной, подключенной к той же сети. Обе системы работают совместно, что позволяет всем участникам и потребителям сэкономить на дополнительном расширении сети. Потенциал весьма значителен: только в сети Bayernwerk запланированное строительство 1000 новых ветряных турбин может быть осуществлено к 2030 году за счёт расширения существующих фотоэлектрических подключений.
Как работает концепция розетки подачи электроэнергии?
Вводная розетка представляет собой парадигматический сдвиг в планировании подключения к сети. Вместо инфраструктуры, отстающей от возобновляемых источников энергии, заблаговременно предоставляются дополнительные мощности, на которые застройщики проектов могут подать заявки.
Используя этот подход, компания Bayernwerk установила систему сетевого подключения в Нижней Баварии, на которую могли подавать заявки разработчики установок возобновляемой энергии. В течение 24 часов практически вся мощность была распределена, несмотря на 30-процентное ограничение пиковой нагрузки. Это значительно повышает загрузку линии и значительно ускоряет реализацию проектов: от закладки фундамента в марте до ввода в эксплуатацию в ноябре того же года.
Компании LEW Verteilnetz и Bayernwerk Netz продолжили разработку совместного пилотного проекта «Feed-in Socket», в рамках которого обе компании независимо друг от друга создают дополнительные мощности для подключения на своих подстанциях. Bayernwerk планирует строительство новой подстанции в Нидерфибахе, а LVN оснащает существующую подстанцию в Бальцхаузене дополнительным трансформатором.
Новинка: патент из США — устанавливайте солнечные парки до 30% дешевле и на 40% быстрее и проще — с пояснительными видеороликами!
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 достижения лежит осознанный отказ от традиционного крепления с помощью зажимов, которое было стандартом на протяжении десятилетий. Новая, более быстрая и экономичная система монтажа решает эту проблему с помощью принципиально иной, более интеллектуальной концепции. Вместо того, чтобы зажимать модули в определённых точках, они вставляются в сплошную опорную рейку специальной формы и надёжно фиксируются. Такая конструкция гарантирует равномерное распределение всех возникающих сил – будь то статические нагрузки от снега или динамические нагрузки от ветра – по всей длине каркаса модуля.
Подробнее об этом здесь:
Цифровая инфраструктура: как ИИ и интеллектуальные сети трансформируют энергосистему
Какой потенциал даёт повышение гибкости энергетической системы?
Гибкость энергетической системы определяется способностью компенсировать колебания между производством и потреблением и обеспечивать стабильность электроснабжения. В связи с целью достижения 80% производства электроэнергии из возобновляемых источников к 2030 году энергосистема должна стать достаточно гибкой, чтобы обеспечить бесперебойное электроснабжение даже при низком уровне производства электроэнергии в ночное время.
Такая гибкость может быть обеспечена различными компонентами: накопителями электроэнергии, управляемыми нагрузками и гибкими электростанциями. Особенно перспективен потенциал малогабаритных систем, таких как децентрализованные солнечные электростанции, аккумуляторные батареи, электромобили и тепловые насосы. Если в Германии в ближайшие несколько лет появятся миллионы электромобилей, это быстро позволит быстро получить 8000 мегаватт гибкости.
Пространственная гибкость позволяет компенсировать географические колебания, например, в известном «узком месте» Германии, расположенном с севера на юг. Временная гибкость компенсирует сезонные и суточные колебания. Интеллектуальные решения для управления энергией становятся цифровой инфраструктурой энергетического сектора будущего и позволяют принимать решения в режиме реального времени.
Подходит для:
Что означает секторное объединение для нагрузки сети?
Секторное объединение описывает объединение ранее разрозненных секторов электроэнергетики, теплоснабжения, транспорта и промышленности посредством расширения использования возобновляемой электроэнергии. Это приводит к значительному росту потребления электроэнергии и одновременно изменяет распределение нагрузки в сети.
Немецкая ассоциация возобновляемой энергетики (BER) прогнозирует дополнительный спрос на электроэнергию в результате объединения секторов на уровне от 69 до 150 ТВт·ч к 2030 году. По ее прогнозам, наибольший спрос будет на электромобильность — до 48 ТВт·ч, за ней следуют тепловые насосы — 41 ТВт·ч, производство водорода — 37 ТВт·ч и промышленные электрические котлы — 21 ТВт·ч.
Это развитие создаёт новые проблемы для электросети: когда множество домохозяйств одновременно заряжают свои электромобили после работы, возникают новые пиковые нагрузки. Тепловые насосы могут заменить масляные и газовые котлы, но для них требуется надёжное электроснабжение. Интеллектуальное управление этими новыми потребителями будет иметь решающее значение для стабильности сети.
Каким образом перспективное расширение сети может решить эти проблемы?
Проактивное расширение сетей представляет собой фундаментальный сдвиг парадигмы в планировании сетей. Вместо того, чтобы реагировать только на конкретные объекты, необходимо проактивно расширять сетевую инфраструктуру для удовлетворения будущих потребностей.
Проблема существующей системы заключается в разнице сроков внедрения: электростанции, работающие на возобновляемых источниках энергии, можно запустить за пять месяцев, в то время как расширение сети занимает от семи до десяти лет. Эта разница во времени приводит к серьёзным проблемам при подключении и передаче возобновляемой энергии.
Ассоциация муниципальных коммунальных предприятий призывает к созданию нормативно-правовой базы, позволяющей развивать перспективные сети. Необходимо изменить шесть ключевых условий: преодолеть отсталость в практике регулирования, внедрить перспективное бюджетное планирование и снизить нормативные барьеры для проактивных инвестиций.
Важным шагом стала первая публикация планов расширения сетей примерно 80 крупнейшими немецкими операторами электрораспределительных систем в мае 2024 года. В этих планах описаны конкретные запланированные меры по расширению на 2028 и 2033 годы, а также оценка потребностей в расширении до 2045 года.
Какую роль играют цифровизация и автоматизация?
Цифровизация и автоматизация энергосистемы имеют решающее значение для успешной интеграции возобновляемых источников энергии. Современные системы автоматизации позволяют осуществлять мониторинг и оптимизацию энергопотоков в режиме реального времени. Автоматизация, ориентированная на спрос, особенно необходима в сетях низкого и среднего напряжения, где подключено более 90% возобновляемых источников энергии.
Цифровые двойники распределительных сетей создают единый и надежный источник информации для операторов сетей, объединяя различные источники данных, такие как интеллектуальные счетчики, ГИС, ERP и SCADA-системы. Эти вычислительные модели сетей могут динамически реагировать на такие события, как изменение погодных условий или нагрузок.
В будущем программные решения для прогнозирования состояния сетей с использованием искусственного интеллекта будут работать на основе сетевых моделей, получаемых в режиме реального времени, с настраиваемыми профилями нагрузки. Программы поддержки принятия решений смогут рекомендовать меры, основанные на выявленных узких местах и их временных горизонтах.
Исследование VDE, посвящённое высокой автоматизации, показывает, что активная эксплуатация сети позволяет быстрее интегрировать в неё больше фотоэлектрических систем и электромобилей, поскольку потоки энергии можно регулировать по мере необходимости. Автоматизация также обеспечивает автоматическое восстановление электроснабжения в случае отключений и более эффективное использование имеющихся мощностей сети.
Какое экономическое влияние оказывают эти решения?
Экономический эффект различных решений значителен, влияя как на стоимость, так и на эффективность всей системы. Согласно исследованию Института экономики энергетики, совмещение сетевых соединений с фотоэлектрическими и ветровыми установками может снизить расходы на расширение сети до 1,8 млрд евро в год.
Несмотря на то, что в ходе проекта потребуется сократить количество электростанций, экономия на расширении сети превысит стоимость сокращения поставок электроэнергии на 800 миллионов евро. Этот чистый прирост эффективности достигается за счёт значительного сокращения инвестиций в новую сетевую инфраструктуру при лишь незначительном увеличении затрат на сокращение поставок.
Инвестиции, необходимые для расширения европейских сетей к 2050 году, оцениваются в 1994–2294 млрд евро. Согласно различным исследованиям, к 2045 году только в Германии на расширение распределительных сетей потребуется в среднем 350 млрд евро. Эти огромные суммы подчёркивают необходимость эффективных решений.
В то же время, более эффективное использование сети приводит к снижению удельных затрат: чем больше электроэнергии транспортируется по сетям, тем равномернее распределяются затраты на киловатт-час. Сочетание городского развития, интеллектуальных сетей и систем хранения энергии, совместимых с сетью, может повысить эффективность системы и снизить общие затраты на энергетический переход.
Каким образом политика и регулирование могут способствовать трансформации?
Политическая и нормативная база имеет решающее значение для успешного расширения сетевой инфраструктуры. Закон «О внесении изменений в Закон об энергетике», принятый в январе 2025 года, уже заложил важную основу, создав правовую основу для расширения сетей.
Благодаря поправке к разделу 8 Закона о возобновляемых источниках энергии, электростанции EEG теперь могут подключаться к точке подключения к сети, уже используемой другим электростанциям EEG. Новый раздел 8a Закона о возобновляемых источниках энергии также допускает заключение гибких договоров на подключение к сети, необходимых для практической реализации объединения кабельных линий.
Ускорение процедур планирования и утверждения является ещё одним критически важным фактором. Операторы электросетей требуют принятия большего количества административных решений в более сжатые сроки, поскольку для достижения климатических целей необходимо строить и интегрировать в сеть 12 ветряных турбин каждый день. Для этого органы планирования и утверждения, а также суды должны быть лучше укомплектованы кадрами и ресурсами.
Правовой приоритет, отданный возобновляемым источникам энергии в Законе о возобновляемых источниках энергии 2023 года, также означает приоритет расширения распределительных сетей. Необходимо использовать синергию в оценке природоохранных мероприятий, обеспечить параллелизм в процессе утверждения, а также заморозить действие действующих законов на начальном этапе процедур.
Подходит для:
Какие технологические инновации определят будущее?
Ряд технических инноваций существенно определят будущее сетевой инфраструктуры. Высоковольтные линии электропередачи постоянного тока позволяют передавать большие объёмы электроэнергии на большие расстояния с малыми потерями и особенно актуальны для региона Германии, разделённого на север и юг.
Технологии Power-to-X открывают новые возможности для объединения секторов: Power-to-Heat позволяет использовать электричество для выработки тепла, а Power-to-Gas позволяет преобразовывать электричество в водород. Эти технологии могут служить как гибкими вариантами, так и решениями для долгосрочного хранения энергии.
Интеллектуальные технологии измерения и управления станут основой всех остальных инноваций. Шлюзы интеллектуальных счётчиков позволяют экономично управлять небольшими системами и интегрировать частные домохозяйства в виртуальные электростанции. Широкое внедрение этой технологии является необходимым условием для полной цифровизации энергосистемы.
Искусственный интеллект и машинное обучение всё чаще используются для прогнозирования состояния сети, прогнозирования нагрузки и автоматизированного принятия решений. Эти технологии позволяют управлять сложной системой будущего и оптимально контролировать её.
Какие проблемы остаются?
Несмотря на многообещающие решения, сохраняются серьёзные проблемы. Скорость необходимого расширения сети создаёт колоссальные трудности для всех участников: планируемые инвестиции в сеть должны быть увеличены с текущего уровня примерно в 36 млрд евро в год до более чем 70 млрд евро.
Нехватка квалифицированных кадров в энергетическом секторе ещё больше усугубляет ситуацию. В то же время перебои с поставками трансформаторов, кабелей и других компонентов электросети приводят к дальнейшим задержкам. Эти узкие места в цепочке поставок могут замедлить весь процесс расширения сети, независимо от доступных финансовых ресурсов.
Координация действий различных участников — операторов передающих и распределительных систем, производителей и потребителей — остаётся сложной. Любая задержка в работе одного компонента системы может повлиять на всю систему.
Нормативно-правовая база должна постоянно адаптироваться по мере стремительного развития технологий и рыночных условий. То, что сегодня считается оптимальным, может устареть всего через несколько лет. Обеспечение баланса между необходимым регулированием и достаточной гибкостью для инноваций остаётся сложной задачей.
Необходимо и далее обеспечивать общественное согласие на масштабное расширение сетевой инфраструктуры. Участие граждан и прозрачная коммуникация имеют решающее значение для успешного завершения проектов расширения сетей.
Инфраструктура электросетей играет ключевую роль в энергетическом переходе и во многом определяет его успех. Инновационные подходы, такие как избыточное строительство, интеллектуальные сети, виртуальные электростанции и перспективное планирование, способны преодолеть существующие узкие места. Для того, чтобы сделать электросеть готовой к будущему, потребуется сочетание технических инноваций, корректировки нормативно-правовой базы и значительные инвестиции. Только так можно будет полностью раскрыть потенциал возобновляемых источников энергии и достичь климатических целей.
Смотрите, эта маленькая деталь экономит до 40% времени установки и обходится на 30% дешевле. Она из США и запатентована.
НОВИНКА: Готовые к установке солнечные системы! Эта запатентованная инновация значительно ускоряет строительство солнечных электростанций.
Суть инноваций ModuRack заключается в отказе от традиционного крепления с помощью зажимов. Вместо зажимов модули устанавливаются и фиксируются с помощью сплошной опорной рейки.
Подробнее об этом здесь:
Ваш партнер по развитию бизнеса в области фотоэлектрической и строительства
От промышленной крыши PV до солнечных парков до больших солнечных парковочных мест
☑️ Наш деловой язык — английский или немецкий.
☑️ НОВИНКА: Переписка на вашем национальном языке!
Конрад Вольфенштейн
Я был бы рад служить вам и моей команде в качестве личного консультанта.
Вы можете связаться со мной, заполнив контактную форму или просто позвоните мне по телефону +49 89 89 674 804 (Мюнхен) . Мой адрес электронной почты: wolfenstein ∂ xpert.digital
Я с нетерпением жду нашего совместного проекта.
