Інфраструктура електромережі як вузьке місце в енергетичному переході: виклики та рішення – зображення: Xpert.Digital
Енергомережа на межі можливостей: Чому енергетичний перехід Німеччини зупиняється та які розумні рішення можуть допомогти зараз
### Затор на енергетичній магістралі: Тисячі сонячних електростанцій чекають на підключення – чи загрожує енергетичний перехід відключенням електроенергії? ### Геніальний трюк для енергомережі: Як «надмірне будівництво» заощаджує мільярди та негайно підключає сонячні парки до мережі ### Ваш рахунок за електроенергію у 2025 році: Хто виграє від нових правил роботи мережі, а хто незабаром платитиме більше ### Розумні мережі замість дорогих кабелів: Як цифрові технології революціонізують розширення мережі та зменшують витрати ###
З півночі на південь: Чому наша енергомережа стає вузьким місцем і як віртуальні електростанції можуть запобігти колапсу.
Енергетичний перехід Німеччини просувається вражаючими темпами завдяки розширенню сонячних та вітрових електростанцій, але його успіх залежить від застарілої інфраструктури електромережі. Те, що колись слугувало надійною основою енергопостачання, дедалі більше стає найбільшим вузьким місцем трансформації. Фундаментальна проблема полягає у зміні системи: від кількох централізованих великих електростанцій до тисяч децентралізованих та погодозалежних генераторів. Мережі, розроблені для одностороннього потоку від електростанції до споживача, не обладнані для цього нестабільного двостороннього руху.
Наслідки вже драматичні: оператори мереж, такі як Bayernwerk, повідомляють про запити на підключення до проектів відновлюваної енергетики загальною потужністю понад 60 гігават, але не можуть їх виконати. У багатьох місцях мережі працюють на межі своїх можливостей, що призводить до часу очікування підключення нових сонячних парків від п'яти до п'ятнадцяти років. Ситуацію посилює відомий розкол між північчю та півднем, де на вітряній півночі виробляється надлишок електроенергії, яка не доходить до промислових центрів на півдні. Цілі вулиці вже оголошуються «більше непридатними для підключення», що призводить до локального застою сонячного буму.
Однак цей величезний виклик вимагає більше, ніж просто дорогого та трудомісткого будівництва нових ліній електропередач. Для ефективнішого використання існуючої інфраструктури та формування енергетичної системи майбутнього необхідні інноваційні та інтелектуальні підходи. Вони варіюються від інтелектуальних мереж, які координують виробництво та споживання в режимі реального часу, до віртуальних електростанцій, які об'єднують тисячі невеликих об'єктів у великий рій, та таких розумних концепцій, як «надмірне будівництво» мережевих з'єднань та проактивна «розетка живлення». Ці рішення обіцяють не лише прискорити енергетичний перехід, але й стримати стрімке зростання витрат на розширення мережі, а отже, і цін на електроенергію для споживачів. У наступному тексті висвітлено найгостріші вузькі місця та представлено найперспективніші рішення, які визначатимуть успіх чи невдачу енергетичного переходу Німеччини.
Підходить для цього:
Чому мережева інфраструктура є критичним фактором для розширення відновлюваних джерел енергії?
Інфраструктура мережі формує основу успішного енергетичного переходу та одночасно є його найбільшим вузьким місцем. Проблема полягає у фундаментальній зміні енергетичної системи: якщо раніше великі централізовані електростанції виробляли електроенергію передбачуваним чином, яка потім транспортувалася споживачам через мережу, то сьогодні домінують децентралізовані та нестабільні відновлювані джерела енергії.
Для масштабних проектів сонячних парків потрібні надійні мережі, здатні обробляти їхню потужність. Однак багато мереж вже працюють на межі своїх можливостей і не можуть забезпечити додаткову потужність. Наприклад, Bayernwerk повідомляє про запити на підключення понад 60 гігават, причому багато операторів мереж вже повідомляють про час очікування нових підключень від 5 до 15 років.
Проблема посилюється розривом між північчю та півднем Німеччини: на півночі за допомогою вітрової енергії виробляється більше електроенергії, ніж споживається, тоді як південь з його промисловими центрами потребує більше енергії, ніж виробляє на місці. Ця проблема стане ще більш вираженою після поступової відмови від атомної енергетики та запланованої відмови від вугілля.
Які конкретні вузькі місця існують у підключенні сонячних парків до мережі?
Практичні проблеми, пов'язані з підключенням сонячних парків до мережі, є багатогранними та впливають на всі рівні напруги. На рівні середньої напруги, де підключено більшість наземних фотоелектричних систем потужністю від 10 до 60 МВт, мережі вже активно використовуються в багатьох місцях. Високовольтні мережі пропонують ще більшу потужність, але вимагають дорогого будівництва спеціалізованих підстанцій.
Конкретним прикладом є ситуація в Клеттгау, Баден-Вюртемберг, де місцевий оператор мережі EVKR опублікував список вулиць, де «дуже малоймовірно, що можна буде підключити будь-які нові фотоелектричні системи». Такі вузькі місця в мережі означають, що навіть уже встановлені сонячні системи не можуть бути підключені до мережі.
Плани розширення мережі операторів розподільчих мереж показують, що багато ділянок мереж середньої та високої напруги позначені як «вузькі місця». Це призводить до дедалі триваліших періодів підключення, причому деякі проекти не можуть бути підключені до мережі до 2030 року, оскільки спочатку необхідно розширити місцеву мережеву інфраструктуру.
Як розвиваються тарифи на мережу та які наслідки це має?
Плата за мережу, яка становить близько чверті ціни на електроенергію, демонструє диференційовану динаміку. Чотири основні оператори систем передачі оголосили про середнє збільшення на 3,4 відсотка до 6,65 цента за кіловат-годину на 2025 рік. Це збільшення зумовлене головним чином величезними інвестиціями в розширення мережі.
Водночас, загальнонаціональна стандартизація мережевих тарифів у 2025 році призведе до справедливішого розподілу витрат. Регіони з високим рівнем розширення відновлюваної енергетики отримають вигоду: мережеві тарифи знизяться на 29 відсотків у Шлезвіг-Гольштейні, на 29 відсотків у Мекленбург-Передня Померанія, на 21 відсоток у Бранденбурзі та на 16 відсотків у Баварії.
Цей перерозподіл враховує той факт, що регіони з багатьма електростанціями з відновлюваної енергії раніше несли непропорційно високі витрати на розширення мережі. Водночас, плата за мережу зростає в регіонах з меншою часткою відновлюваної енергії, зокрема в Баден-Вюртемберзі, Рейнланд-Пфальці та Північному Рейні-Вестфалії.
Що таке розумні мережі та як вони можуть сприяти вирішенню проблеми?
Розумні мережі, або інтелектуальні енергетичні мережі, використовують цифрові технології для координації виробництва електроенергії, експлуатації мережі, зберігання та споживання. На відміну від традиційної енергомережі, яка функціонувала як вулиця з одностороннім рухом від електростанції до споживача, сучасні мережі повинні надійно керувати двонаправленими потоками енергії, а також непередбачуваними подачами енергії.
Розумна мережа з'єднує всі компоненти електроенергетичної системи – від сонячних панелей на даху до акумуляторних накопичувачів енергії в підвалі та зарядних станцій для електромобілів. Завдяки цифровим лічильникам електроенергії та сучасним комунікаційним технологіям ці системи можуть реагувати на зміни в режимі реального часу та оптимально балансувати попит і пропозицію.
Системи акумуляторного зберігання енергії відіграють центральну роль як невід'ємні компоненти сучасної мережевої інфраструктури. Вони стабілізують мережу, компенсуючи короткострокові коливання, дозволяють керувати перевантаженнями та підвищують гнучкість всієї системи. Цільове накопичення енергії може запобігти перевантаженню мережі та зменшити потребу в дорогому розширенні мережевої інфраструктури.
Підходить для цього:
Яку роль відіграватимуть віртуальні електростанції в майбутній енергетичній системі?
Віртуальні електростанції представляють собою інноваційне рішення для кращої інтеграції відновлюваних джерел енергії. Вони об'єднують сотні або тисячі децентралізованих генеруючих установок, сховищ та керованих споживачів у скоординовану мережу. Ці об'єднані електростанції можуть разом виробляти стільки ж електроенергії, скільки й великі звичайні електростанції.
Центральна система керування віртуальною електростанцією контролює всі підключені об'єкти в режимі реального часу та миттєво реагує на зміни в енергомережі. Якщо виробництво занадто низьке, вона активує додаткові генератори відновлюваної енергії, якими можна керувати незалежно від погоди, такі як біогазові установки або гідроелектростанції. І навпаки, у разі перевиробництва, вона відповідно зменшує подачу електроенергії.
Сучасні віртуальні електростанції використовують інтелектуальні шлюзи вимірювань для економічно ефективного керування установками малого масштабу. Вони не лише забезпечують кращу системну інтеграцію відновлюваних джерел енергії, але й створюють додаткову економічну цінність для операторів станцій завдяки оптимізованому маркетингу на кількох ринках.
Що таке надмірна забудова та як вона може зменшити вузькі місця в мережі?
Будівництво поверх точок підключення до мережі є перспективним підходом до ефективнішого використання мережі. Це передбачає підключення до мережі електростанцій, які разом можуть виробляти більше електроенергії, ніж лінії теоретично здатні передавати. Вирішальним фактором є поєднання електростанцій, які рідко працюють на повну потужність одночасно.
Вітрові та сонячні електростанції ідеально доповнюють одна одну: вітрові турбіни часто виробляють основну потужність вночі та восени чи взимку, тоді як сонячні електростанції генерують найбільшу кількість енергії опівдні та влітку. Дослідження Німецької федерації відновлюваної енергетики (BEE) показує, що коли обидві системи працюють на одному підключенні, потрібно обмежувати лише близько 3,5 відсотка сонячної енергії та 1,5 відсотка вітрової енергії.
Bayernwerk вже продемонстрував, як працює цей тип розширення мережі: нову фотоелектричну (ФЕ) систему було встановлено поруч із існуючою вітровою турбіною, підключеною до того ж підключення до мережі. Обидві системи працюють разом, що заощаджує всім залученим сторонам та споживачам витрати на додаткове розширення мережі. Потенціал значний: заплановані 1000 нових вітрових турбін до 2030 року можуть бути встановлені лише в мережі Bayernwerk, використовуючи існуючі підключення до ФЕ.
Як працює концепція розетки живлення?
Розетка живлення являє собою парадигматичний зсув у плануванні підключення до мережі. Замість інфраструктури, яка відстає від станцій відновлюваної енергії, проактивно забезпечуються додаткові потужності, на які розробники проектів можуть потім подати заявку.
За допомогою цього підходу компанія Bayernwerk встановила підключення до мережі в Нижній Баварії, на яке могли подати заявки розробники станцій відновлюваної енергії. Майже вся потужність була розподілена протягом 24 годин, незважаючи на вимогу щодо 30-відсоткового скорочення пікової навантаження. Це значно покращує використання ліній та різко пришвидшує проекти: від початку будівництва в березні до введення в експлуатацію в листопаді того ж року.
LEW Verteilnetz та Bayernwerk Netz продовжили розвиток свого спільного пілотного проєкту «Підключення розетки», в рамках якого обидві компанії незалежно створюють додаткові потужності підключення на своїх підстанціях. Bayernwerk планує нову підстанцію в Нідерфібаху, тоді як LVN обладнує існуючу підстанцію в Бальцхаузені додатковим трансформатором.
Нове: Патент зі США – Встановлюйте сонячні парки до 30% дешевше та на 40% швидше й простіше – з пояснювальними відео!
Нове: Патент із США – Встановлюйте сонячні парки до 30% дешевше та на 40% швидше й простіше – з пояснювальними відео! - Зображення: Xpert.Digital
В основі цього технологічного прогресу лежить навмисний відхід від традиційного кріплення за допомогою затискачів, яке було стандартом протягом десятиліть. Нова, більш ефективна з точки зору часу та витрат система кріплення вирішує цю проблему за допомогою принципово іншої, більш інтелектуальної концепції. Замість затискання модулів у певних точках, вони вставляються в суцільну опорну рейку спеціальної форми та надійно фіксуються. Така конструкція гарантує, що всі сили, що виникають — будь то статичні навантаження від снігу чи динамічні навантаження від вітру — рівномірно розподіляються по всій довжині каркаса модуля.
Детальніше про це тут:
Цифрова інфраструктура: Як штучний інтелект та розумні мережі трансформують енергомережу
Який потенціал пропонує гнучкість енергетичної системи?
Гнучкість енергетичної системи описує здатність балансувати коливання між виробництвом та споживанням і забезпечувати стабільність електропостачання. З метою досягнення 80 відсотків виробництва електроенергії з відновлюваних джерел до 2030 року, енергетична система повинна стати достатньо гнучкою, щоб гарантувати постачання навіть у періоди низького нічного виробництва електроенергії.
Цю гнучкість можна забезпечити різними компонентами: накопиченням енергії, керованими навантаженнями та гнучкими електростанціями. Потенціал малих систем, таких як децентралізовані сонячні установки, акумуляторні накопичувачі, електромобілі та теплові насоси, є особливо перспективним. Якщо в Німеччині в найближчі роки буде мільйони електромобілів, швидко стане доступним 8000 мегават гнучкості.
Просторова гнучкість дозволяє компенсувати географічні коливання, такі як добре відоме вузьке місце північ-південь у Німеччині. Часова гнучкість врівноважує сезонні та добові коливання. Таким чином, розумні рішення з управління енергією стають цифровою інфраструктурою енергетичного сектору майбутнього та дозволяють приймати рішення в режимі реального часу.
Підходить для цього:
Що означає зв'язок секторів для навантаження мережі?
Об'єднання секторів описує інтеграцію раніше окремих секторів електроенергетики, теплопостачання, транспорту та промисловості шляхом збільшення використання відновлюваної електроенергії. Такий розвиток призводить до значного збільшення споживання електроенергії та одночасно змінює профілі навантаження в мережі.
Німецька федерація відновлюваної енергетики (BEE) прогнозує додатковий попит на електроенергію від 69 до 150 ТВт·год до 2030 року через об'єднання секторів. Найбільший попит спостерігається в галузі електромобільності – до 48 ТВт·год, далі йдуть теплові насоси – 41 ТВт·год, виробництво водню – 37 ТВт·год та промислові електричні котли – 21 ТВт·год.
Цей розвиток подій створює нові виклики для електромережі: коли багато домогосподарств заряджають свої електромобілі одночасно після роботи, виникають нові пікові навантаження. Теплові насоси можуть замінити системи опалення на маслі та газові котли, але вони потребують надійного електропостачання. Інтелектуальне керування цими новими споживачами матиме вирішальне значення для стабільності мережі.
Як проактивне розширення мережі може вирішити проблеми?
Прогнозоване розширення мережі являє собою фундаментальну зміну парадигми в плануванні мережі. Замість того, щоб реагувати лише на планування конкретних об'єктів, інфраструктуру мережі слід проактивно розширювати для задоволення майбутніх потреб.
Проблема чинної системи полягає в різних термінах впровадження: електростанції відновлюваної енергії можна побудувати за 5 місяців, тоді як розширення мережі займає від 7 до 10 років. Ця розбіжність у часі призводить до значних проблем із підключенням та транспортуванням відновлюваної енергії.
Асоціація муніципальних підприємств закликає до створення регуляторної бази, яка б дозволила перспективне розширення мережі. Це вимагає змін у шести ключових сферах: подолання ретроспективного характеру регуляторної практики, запровадження орієнтованого на майбутнє бюджетного планування та зменшення регуляторних перешкод для проактивних інвестицій.
Важливим кроком стала перша публікація планів розширення мережі приблизно 80 великими німецькими операторами розподільчих мереж електроенергії у травні 2024 року. Ці плани описують конкретні заплановані заходи розширення на 2028 та 2033 роки, а також оцінки потреб у розширенні до 2045 року.
Яку роль відіграють цифровізація та автоматизація?
Цифровізація та автоматизація електромережі є важливими для успішної інтеграції відновлюваних джерел енергії. Сучасні системи автоматизації дозволяють контролювати та оптимізувати потоки енергії в режимі реального часу. Автоматизація, орієнтована на попит, особливо необхідна в мережах низької та середньої напруги, де підключено понад 90 відсотків відновлюваних джерел енергії.
Цифрові двійники розподільчих мереж створюють єдине надійне джерело інформації для мережевих операторів, поєднуючи різні джерела даних, такі як інтелектуальні лічильники, ГІС, ERP та SCADA-системи. Ці обчислювальні мережеві моделі можуть динамічно реагувати на такі події, як зміна погодних умов або навантажень.
Програмні рішення для прогнозування стану мережі з використанням штучного інтелекту в майбутньому працюватимуть на основі мережевих моделей, що працюють на основі даних у режимі реального часу, з індивідуалізованими профілями навантаження. Програми підтримки рішень можуть рекомендувати заходи на основі виявлених вузьких місць та їх часових горизонтів.
Дослідження VDE щодо високого рівня автоматизації показує, що активна робота мережі дозволяє швидше інтегрувати більше фотоелектричних систем та електромобілів у мережу, оскільки потік потужності можна контролювати за потреби. Автоматизація також дозволяє автоматично відновлювати електропостачання у разі перебоїв та краще використовувати існуючі потужності мережі.
Які економічні наслідки цих рішень?
Економічний вплив різних рішень є значним і впливає як на витрати, так і на ефективність усієї системи. Згідно з дослідженням Інституту енергетичної економіки, встановлення фотоелектричних та вітрових енергетичних установок поверх існуючих мережевих з'єднань може скоротити витрати на розширення мережі до 1,8 мільярда євро щорічно.
Хоча будівельний проект вимагатиме скорочення обсягів роботи більшої кількості електростанцій, економія на витратах на розширення мережі перевищить витрати на скорочення електроенергії на 800 мільйонів євро. Цей чистий приріст ефективності є результатом значного скорочення інвестицій у нову мережеву інфраструктуру при лише незначному вищих витратах на скорочення.
Інвестиції, необхідні для розширення європейської мережі до 2050 року, оцінюються в межах від 1 994 до 2 294 мільярдів євро. Тільки для Німеччини різні дослідження показують, що до 2045 року для розширення розподільчої мережі знадобиться в середньому 350 мільярдів євро. Ці величезні суми підкреслюють необхідність ефективних рішень.
Водночас, краще використання мережі призводить до зниження питомих витрат: чим більше електроенергії транспортується мережею, тим краще розподіляються витрати мережі на кіловат-годину. Поєднання розвитку інфраструктури, розумних мереж та мережевих накопичувачів енергії може зробити систему ефективнішою та зменшити загальні витрати на енергетичний перехід.
Як політика та регулювання можуть сприяти трансформації?
Політична та регуляторна база має вирішальне значення для успішного розширення мережевої інфраструктури. «Закон про внесення змін до Закону про енергетичну галузь», прийнятий у січні 2025 року, вже визначив важливий курс, створивши правову основу для розширення мережі.
Зі зміною до Розділу 8 Закону про відновлювані джерела енергії (EEG), електростанції відновлюваної енергії тепер можуть бути підключені до точки підключення до мережі, яка вже використовується іншою електростанцією відновлюваної енергії. Новий Розділ 8a EEG також дозволяє укладати гнучкі угоди про підключення до мережі, які необхідні для практичного впровадження пулінгу кабелів.
Прискорення процесів планування та затвердження є ще одним критичним фактором. Оператори мереж вимагають прийняття більшої кількості адміністративних рішень за менший час, оскільки для досягнення кліматичних цілей необхідно щодня будувати та інтегрувати в мережу 12 вітрових турбін. Це вимагає кращого кадрового забезпечення та ресурсів для органів планування та затвердження, а також судів.
Юридичний пріоритет, наданий відновлюваним джерелам енергії в Законі про відновлювані джерела енергії (EEG) 2023 року, також означає пріоритет розширення розподільчої мережі. Необхідно використовувати синергію в оцінках впливу на навколишнє середовище, забезпечити паралельні процеси затвердження, а статус чинних законів має бути заморожений на початку процедур.
Підходить для цього:
Які технологічні інновації формуватимуть майбутнє?
Кілька технологічних інновацій суттєво вплинуть на майбутнє інфраструктури електромережі. Лінії електропередачі постійного струму високої напруги дозволяють транспортувати великі обсяги електроенергії з мінімальними втратами на великі відстані та є особливо актуальними для градієнта потужності північно-південного напрямку в Німеччині.
Технології Power-to-X відкривають нові можливості для об'єднання секторів: Power-to-heat може використовувати електроенергію для виробництва тепла, тоді як power-to-gas дозволяє перетворювати електроенергію на водень. Ці технології можуть служити як варіантом гнучкості, так і рішенням для довгострокового зберігання енергії.
Інтелектуальні технології вимірювання та керування стануть основою для всіх інших інновацій. Інтелектуальні шлюзи вимірювань дозволяють економічно ефективно керувати невеликими системами та інтегрувати приватні домогосподарства у віртуальні електростанції. Широке впровадження цієї технології є необхідною умовою для повної цифровізації енергетичної системи.
Штучний інтелект та машинне навчання все частіше використовуються для прогнозування стану мережі, прогнозування навантаження та автоматизованого прийняття рішень. Ці технології дозволяють керувати та оптимально контролювати складність майбутньої енергетичної системи.
Які виклики залишаються?
Незважаючи на багатообіцяючі рішення, залишаються значні виклики. Сама швидкість необхідного розширення мережі ставить перед усіма зацікавленими сторонами величезні завдання: заплановані інвестиції в мережу мають збільшитися з приблизно 36 мільярдів євро щорічно до понад 70 мільярдів євро.
Нестача кваліфікованих працівників в енергетичному секторі ще більше загострює ситуацію. Водночас, вузькі місця в постачанні трансформаторів, кабелів та інших компонентів мережі спричиняють подальші затримки. Ці перебої в ланцюжку поставок можуть уповільнити все розширення мережі, незалежно від наявного фінансування.
Координація між різними учасниками – операторами систем передачі, операторами систем розподілу, виробниками та споживачами – залишається складною. Будь-яка затримка в одному з компонентів системи може мати наслідки для всієї системи.
Регуляторні бази повинні постійно адаптуватися, оскільки технології та ринкові умови швидко розвиваються. Те, що вважається оптимальним сьогодні, може застаріти вже за кілька років. Збалансування необхідного регулювання з достатньою гнучкістю для інновацій залишається проблемою.
Необхідно й надалі забезпечувати громадську підтримку масштабного розширення мережевої інфраструктури. Участь громадян та прозора комунікація мають вирішальне значення для успішного завершення проектів розширення мережі.
Інфраструктура електромережі є центральною для енергетичного переходу та значною мірою визначає його успіх. Інноваційні підходи, такі як розширення мережі, інтелектуальні мережі, віртуальні електростанції та проактивне планування, можуть подолати існуючі вузькі місця. Для забезпечення майбутнього розвитку мережі необхідне поєднання технологічних інновацій, регуляторних коригувань та значних інвестицій. Тільки таким чином можна розкрити весь потенціал відновлюваних джерел енергії та досягти кліматичних цілей.
Дивіться, ця маленька деталь заощаджує до 40% часу на встановлення та коштує до 30% менше. Вона виготовлена в США та запатентована.
НОВИНКА: Готові до встановлення сонячні системи! Ця запатентована інновація значно пришвидшує будівництво ваших сонячних панелей
Суть інновації ModuRack полягає у відході від традиційного кріплення за допомогою затискачів. Замість затискачів модулі вставляються та утримуються на місці за допомогою безперервної опорної рейки.
Детальніше про це тут:
Ваш партнер з розвитку бізнесу в галузі фотоелектрики та будівництва
Від промислового даху PV до сонячних парків до більших сонячних паркувальних місць
☑ Наша ділова мова - англійська чи німецька
☑ Нове: листування на вашій національній мові!
Konrad Wolfenstein
Я радий бути доступним вам та моїй команді як особистого консультанта.
Ви можете зв’язатися зі мною, заповнивши тут контактну форму або просто зателефонуйте мені за номером +49 89 674 804 (Мюнхен) . Моя електронна адреса: Вольфенштейн ∂ xpert.digital
Я з нетерпінням чекаю нашого спільного проекту.
