Інфраструктура електромережі як вузьке місце в енергетичному переході: проблеми та рішення
Xpert попередня випуск
Вибір голосу 📢
Опубліковано: 25 серпня 2025 р. / Оновлено: 25 серпня 2025 р. – Автор: Конрад Вольфенштейн
Інфраструктура енергомережі 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 систем чекають на підключення – чи перебуває енергетичний перехід під загрозою відключення електроенергії? ### Геніальний трюк для енергомережі: Як «надмірне будівництво» заощаджує мільярди та негайно запускає сонячні парки ### Ваш рахунок за електроенергію на 2025 рік: Хто виграє від нових правил використання мережі, а хто незабаром за це заплатить ### 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 у Німеччині просувається вражаючими темпами завдяки розширенню сонячних та вітрових електростанцій, але його успіх залежить від застарілої інфраструктури енергомережі. Те, що колись слугувало надійною основою енергопостачання, дедалі більше стає найбільшим вузьким місцем у трансформації. Фундаментальна проблема полягає у зміні системи: від кількох централізованих великих електростанцій до тисяч децентралізованих, погодозалежних генераторів. Мережі, які були розроблені для одностороннього руху від електростанції до споживача, не обладнані для цього нестабільного двостороннього руху.
Наслідки вже драматичні: оператори мереж, такі як Bayernwerk, повідомляють про запити на підключення відновлюваних джерел енергії потужністю понад 60 гігават, але не можуть їх задовольнити. У багатьох місцях мережі працюють на межі своєї потужності, 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 створюється надлишок електроенергії, яка не може досягти 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 тривалого будівництва нових ліній. 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 систем у великий рій, та розумних концепцій, таких 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 німецького енергетичного переходу.
Підходить для цього:
Чому мережева інфраструктура є критичним фактором для розширення відновлюваних джерел енергії?
Інфраструктура мережі є основою успішного енергетичного переходу і водночас 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 електростанцій потрібні потужні мережі, здатні обробляти подану електроенергію. Однак багато мереж вже працюють на межі своїх можливостей і не можуть забезпечити додаткову потужність. Наприклад, Bayernwerk повідомляє про запити на підключення потужністю 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 виробляється на місці. Ця проблема стане ще більш вираженою після впровадження ядерної енергетики та планової відмови від вугільної енергетики.
Які конкретні вузькі місця існують під час підключення сонячних парків до мережі?
Практичні проблеми, пов'язані з підключенням сонячних парків до мережі, є складними 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 «малоймовірно, що будуть підключені 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 систем показують, що багато ділянок мереж середньої та високої напруги позначені як «вузькі місця». Це призводить до збільшення часу підключення, причому деякі проекти можуть бути підключені до мережі лише після 2030 року, оскільки спочатку необхідно розширити місцеву мережеву інфраструктуру.
Як розвиваються тарифи на мережу та який це має вплив?
Плата за використання мережі, яка становить близько чверті ціни на електроенергію, демонструє неоднозначну тенденцію. Чотири основні оператори систем передачі оголосили про середнє збільшення на 3,4 відсотка до 6,65 цента за кіловат-годину на 2025 рік. Це зростання 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: у Шлезвіг-Гольштейні мережеві тарифи знизяться на 29 відсотків, у Мекленбург-Передня Померанія – на 29 відсотків, у Бранденбурзі – на 21 відсоток, а в Баварії – на 16 відсотків.
Цей перерозподіл враховує той факт, що регіони з багатьма електростанціями відновлюваної енергії досі мусили нести 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, експлуатації мережі, зберігання та споживання енергії. На відміну від традиційної енергомережі, яка працювала як вулиця з одностороннім рухом від електростанції до споживача, сучасні мережі повинні надійно керувати двонаправленими потоками енергії та непередбачуваними подачами енергії.
Розумна мережа з'єднує всі компоненти електроенергетичної системи — від сонячних панелей на даху до акумуляторних накопичувачів у підвалах та зарядних станцій для електромобілів. За допомогою цифрових лічильників електроенергії та сучасних комунікаційних технологій 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, балансуючи короткострокові коливання, дозволяють керувати перевантаженнями та підвищують гнучкість всієї системи. Цільове проміжне накопичення енергії може запобігти перевантаженню мережі та зменшити розширення дорогої мережевої інфраструктури.
Підходить для цього:
Яку роль відіграють 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 ройові електростанції можуть разом виробляти стільки ж електроенергії, скільки й великі звичайні електростанції.
Центральна система керування віртуальною електростанцією контролює всі підключені установки в режимі реального часу та блискавично реагує на зміни в електромережі. Якщо виробництво занадто низьке, вона вмикає додаткові генератори відновлюваної енергії, якими можна керувати незалежно від погоди, такі як біогазові установки або гідроелектростанції. У разі перевиробництва вона відповідно обмежує подачу електроенергії.
Сучасні віртуальні електростанції використовують інтелектуальні шлюзи вимірювань для економічно ефективного керування малими електростанціями. Вони не лише забезпечують кращу системну інтеграцію відновлюваних джерел енергії, але й створюють економічну додаткову цінність для операторів електростанцій завдяки оптимізованому маркетингу на кількох ринках.
Що таке надмірне будівництво та як воно може зменшити перевантаження мережі?
Будівництво точок підключення до мережі є перспективним підходом до більш ефективного використання мережі. Це передбачає підключення до мережі електростанцій, які разом можуть виробляти більше електроенергії, ніж лінії теоретично здатні транспортувати. Ключовим моментом є поєднання електростанцій, які рідко працюють на повну потужність одночасно.
Вітрові та сонячні системи ідеально доповнюють одна одну: вітрові турбіни часто виробляють основну потужність вночі та восени чи взимку, тоді як сонячні системи виробляють основну потужність опівдні та влітку. Дослідження Німецької асоціації відновлюваної енергетики показує, що при спільній роботі в одній мережі потрібно обмежувати лише близько 3,5 відсотка сонячної енергії та 1,5 відсотка вітрової енергії.
Компанія Bayernwerk вже продемонструвала, як працює ця розробка: нову фотоелектричну систему було встановлено поруч із існуючою вітровою турбіною на тому ж підключенні до мережі. Обидві системи працюють спільно, що заощаджує всім залученим сторонам та споживачам витрати на додаткове розширення мережі. Потенціал значний: лише в мережі Bayernwerk до 2030 року можна буде встановити заплановані 1000 нових вітрових турбін шляхом будівництва поверх існуючих фотоелектричних підключень.
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 можуть претендувати розробники проектів.
Використовуючи цей підхід, компанія Bayernwerk встановила підключення до мережі в Нижній Баварії, на яке могли подати заявки розробники станцій відновлюваної енергії. Протягом 24 годин майже вся потужність була розподілена, незважаючи на вимогу обмеження пікової потужності на 30 відсотків. Це значно покращує використання лінії та різко пришвидшує проекти: від початку будівництва в березні до введення в експлуатацію в листопаді того ж року.
Компанії LEW Verteilnetz та Bayernwerk Netz продовжили розвиток свого спільного пілотного проєкту «Feed-in Socket», 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 підвищення гнучкості енергетичної системи?
Гнучкість енергетичної системи описує здатність балансувати коливання між виробництвом та споживанням і забезпечувати стабільність енергопостачання. З метою досягнення 80 відсотків виробництва електроенергії з відновлюваних джерел до 2030 року, енергетична система повинна стати достатньо гнучкою, щоб забезпечити постачання навіть за низького нічного виробництва електроенергії.
Цю гнучкість можна забезпечити різними компонентами: накопиченням електроенергії, керованими навантаженнями та гнучкими електростанціями. Потенціал малих систем, таких як децентралізовані сонячні системи, акумуляторні накопичувачі, електромобілі та теплові насоси, є особливо перспективним. Якщо в Німеччині протягом наступних кількох років буде мільйони електромобілів, 8000 мегават гнучкості швидко стануть доступними.
Просторова гнучкість дозволяє збалансувати географічні коливання, наприклад, у відомому вузькому місці Німеччини, що знаходиться на півночі та на півдні. Часова гнучкість компенсує сезонні та добові коливання. 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 об'єднання 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 асоціація відновлюваної енергетики (BER) прогнозує додатковий попит на електроенергію в результаті об'єднання секторів на рівні від 69 до 150 ТВт·год до 2030 року. Найбільший попит вона передбачає на електромобільність – 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 ставить нові виклики для енергомережі: коли багато домогосподарств одночасно заряджають свої електромобілі після роботи, виникають нові пікові навантаження. Теплові насоси можуть замінити мазутні та газові котли, але вони потребують надійного електропостачання. Інтелектуальне керування цими новими споживачами матиме вирішальне значення для стабільності мережі.
Як перспективне розширення енергосистеми може вирішити ці проблеми?
Проактивне розширення мережі являє собою фундаментальну зміну парадигми в плануванні мережі. Замість того, щоб реагувати лише тоді, коли плануються конкретні об'єкти, інфраструктуру мережі слід проактивно розширювати для задоволення майбутніх потреб.
Проблема чинної системи полягає в різних термінах впровадження: електростанції відновлюваної енергії можна впровадити за п'ять місяців, тоді як розширення мережі займає від семи до десяти років. Ця розбіжність у часі призводить до значних проблем із підключенням та передачею відновлюваної енергії.
Асоціація комунальних підприємств закликає до створення регуляторної бази, яка б дозволила перспективне розширення мережі. Необхідно змінити шість ключових умов: подолати ретроспективний характер регуляторної практики, запровадити перспективне бюджетне планування та зменшити регуляторні перешкоди для проактивних інвестицій.
Важливим кроком стала перша публікація планів розширення мережі приблизно 80 великими німецькими операторами систем розподілу 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 енергомережі є важливими для успішної інтеграції відновлюваних джерел енергії. Сучасні системи автоматизації дозволяють здійснювати моніторинг та оптимізацію потоків енергії в режимі реального часу. Автоматизація на основі попиту особливо необхідна в мережах низької та середньої напруги, до яких підключено понад 90 відсотків відновлюваних джерел енергії.
Цифрові двійники розподільчих мереж створюють єдине надійне джерело інформації для операторів мережі, поєднуючи різноманітні джерела даних, такі як інтелектуальні лічильники, ГІС, ERP та SCADA-системи. Ці обчислювальні моделі мережі можуть динамічно реагувати на такі події, як зміна погодних умов або навантажень.
У майбутньому програмні рішення для прогнозування стану мережі з використанням штучного інтелекту працюватимуть на основі моделей мережі, що надходять у режимі реального часу, з налаштованими 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 в мережу більше фотоелектричних систем та електромобілів, оскільки на потік потужності можна впливати за потреби. Автоматизація також дозволяє автоматично відновлювати живлення у разі перебоїв та краще використовувати існуючі потужності мережі.
Який економічний ефект мають ці рішення?
Економічний вплив різних рішень є значним, впливаючи як на витрати, так і на ефективність усієї системи. Згідно з дослідженням Інституту енергетичної економіки, накладання мережевих підключень до фотоелектричних та вітрових систем може скоротити витрати на розширення мережі до 1,8 мільярда євро щорічно.
Хоча під час розвитку доведеться скоротити виробництво більшої кількості електростанцій, економія на витратах на розширення мережі перевищить витрати на скорочення електроенергії на 800 мільйонів євро. Цей чистий приріст ефективності досягається за рахунок значного скорочення інвестицій у нову мережеву інфраструктуру з лише незначно вищими витратами на скорочення.
Інвестиції, необхідні для розширення європейської мережі до 2050 року, оцінюються в розмірі від 1994 до 2294 мільярдів євро. Згідно з різними дослідженнями, лише в Німеччині до 2045 року на розширення розподільчої мережі знадобиться в середньому 350 мільярдів євро. Ці величезні суми підкреслюють необхідність ефективних рішень.
Водночас, покращене використання мережі призводить до зниження питомих витрат: чим більше електроенергії транспортується мережами, тим рівномірніше розподіляються витрати мережі на кіловат-годину. Поєднання міського розвитку, розумних мереж та мережево-дружнього зберігання енергії може зробити систему ефективнішою та зменшити загальні витрати на енергетичний перехід.
Як політика та регулювання можуть підтримати трансформацію?
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 заклав важливу основу, створивши правову основу для розширення мережі.
Зі зміною до Розділу 8 Закону про відновлювані джерела енергії, електростанції EEG тепер можуть бути підключені до точки підключення до мережі, яка вже використовується іншою електростанцією EEG. Новий Розділ 8a EEG також дозволяє укладати гнучкі договори на підключення до мережі, які необхідні для практичного впровадження пулінгу кабелів.
Прискорення процедур планування та затвердження є ще одним критичним фактором. Оператори мереж вимагають прийняття більшої кількості адміністративних рішень у коротші терміни, оскільки для досягнення кліматичних цілей щодня потрібно будувати та інтегрувати в мережу 12 вітрових турбін. Для досягнення цієї мети органи планування та затвердження, а також суди повинні бути краще укомплектовані персоналом та ресурсами.
Юридичний пріоритет, наданий відновлюваним джерелам енергії в Законі про відновлювані джерела енергії 2023 року, також означає пріоритет розширення розподільчої мережі. Необхідно використовувати синергію в оцінках охорони природи, забезпечити паралелізм у процесі затвердження, а статус чинних законів має бути заморожений на початку процедур.
Підходить для цього:
Які технологічні інновації формуватимуть майбутнє?
Кілька технічних інновацій суттєво вплинуть на майбутнє мережевої інфраструктури. Лінії електропередачі постійного струму високої напруги дозволяють транспортувати великі обсяги електроенергії з мінімальними втратами на великі відстані та є особливо актуальними для північно-південного розколу Німеччини.
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 варіантами гнучкості, так і рішеннями 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 складністю майбутньої енергетичної системи та оптимально її контролювати.
Які виклики залишаються?
Незважаючи на багатообіцяючі рішення, залишаються значні проблеми. Сама швидкість необхідного розширення мережі створює величезні труднощі для всіх учасників: заплановані інвестиції в мережу необхідно збільшити з поточного річного рівня приблизно 36 мільярдів євро 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 призводять до подальших затримок. Ці вузькі місця в ланцюжку поставок можуть уповільнити все розширення мережі, незалежно від наявних фінансових ресурсів.
Координація між різними учасниками — операторами систем передачі, операторами систем розподілу, виробниками та споживачами — залишається складною. Будь-яка затримка в одному з компонентів системи може вплинути на всю систему.
Нормативно-правова база повинна 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 основою енергетичного переходу та значною мірою визначає його успіх. Інноваційні підходи, такі як надмірне будівництво, розумні мережі, віртуальні електростанції та перспективне планування, можуть подолати існуючі вузькі місця. Для того, щоб мережа відповідала вимогам майбутнього, необхідно поєднати технічні інновації, регуляторні коригування та значні інвестиції. 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!
Конрад Вольфенштейн
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.
