Число электромобилей, тепловых насосов, солнечных панелей и домашних накопителей электроэнергии на волне зеленого перехода быстро растет. Согласно программе развития энергетики, к 2035 году 80% легковых автомобилей Эстонии будут электромобилями, а число тепловых насосов как минимум удвоится. Однако зеленый переход означает не только новые автомобили и решения для отопления – он меняет саму логику функционирования всей электросистемы. Вопрос уже не в том, произойдут ли эти изменения, а в том, готова ли к ним наша электросеть?

Проведенные в ТТУ свежие исследования показывают, что при одновременном использовании новых устройств нагрузка на распределительные сети Эстонии может увеличиться в пять раз. Это не теоретический риск, а реалистичный сценарий в условиях, когда львиная доля ежедневной потребности в энергии покрывается за счет электричества.

Предстоящие изменения

До сих пор электросеть строилась на логике, при которой электричество движется от крупных электростанций к потребителю, а нагрузка растет медленно и предсказуемо. Зеленый переход перевернул эту логику с ног на голову.

Потребители одновременно являются и производителями, и гибкими потребителями электроэнергии. Электромобили – это уже не просто транспортные средства, а крупные мобильные потребители электроэнергии. Тепловые насосы вытесняют отопление на основе ископаемого топлива. Солнечные панели производят электроэнергию и возвращают ее в сеть. Все это означает нестабильное производство и потребление, тогда как электроэнергия в большом объеме движется в сети в обоих направлениях.

Когда тысячи электромобилей вечером начинают одновременно заряжаться, а тепловые насосы в холодный зимний вечер включаются на полную мощность, в сети возникает пиковая нагрузка, на которую сеть изначально рассчитана не была. Такое накопление нагрузки приводит к перегрузке и проблемам с напряжением, а также означает необходимость усиления сети.

Особенно это касается территорий рассеянной застройки, где линии электропередачи длинные, а потребители расположены разрозненно. Из-за длинных линий перепады напряжения больше, а резерв мощности меньше. Это означает, что критический предел там наступает быстрее, чем в городах с плотной застройкой.

В Ида-Вирумаа ситуация еще более критичная, поскольку одновременно меняется структура экономики региона и перестраивается его энергетическая система. Переход от ископаемого топлива и электрификация должны происходить таким образом, чтобы не создавать дополнительного давления на регион.

Новые устройства в сети и их реальное влияние

Я анализировала эту тематику уже в своей магистерской работе, сосредоточившись на новостройках рядом с городом, где электромобили и тепловые насосы уже стали обыденными. Анализ охватывал различные сценарии – от обычного добавления устройств до умного управления, при котором потребление планируется на определенное время.

Результаты ясно показали, что если зарядка электромобилей и работа тепловых насосов совпадают по времени, в некоторых частях сети нагрузка может возрасти в 4-5 раз. Электромобили создают кратковременные, но очень высокие пики нагрузки. Тепловые насосы, в свою очередь, поддерживают высокий уровень нагрузки в течение более длительного времени. Вместе они существенно меняют режим работы сети.

Также выяснилось, что если мощные устройства устанавливаются произвольно более чем в 40% зданий, в старых сетевых районах возникает перегрузка. В районах с рассеянной застройкой предел может наступить еще раньше. Мощность зарядного устройства играет здесь большую роль: зарядные устройства мощностью 3,7 киловатта гораздо мягче воздействуют на сеть, чем уже ставшие обычными решения мощностью 11 киловатт.

К ним добавляются солнечные панели и аккумуляторы. Солнечные панели хоть и снижают общую нагрузку на сеть, но в некоторые моменты электроэнергия поступает обратно в сеть. Если таких производителей много, сетью становится сложнее управлять. Накопители электроэнергии помогают сбалансировать ситуацию, сглаживая пики и увеличивая потребление на месте.

Прежние модели планирования предполагали стабильное и предсказуемое потребление. В действительности же потребление стало менее предсказуемым и быстро меняющимся.

Влияние на потребителя и решения

Все это в совокупности может означать ограничения на подключение, более крупные инвестиции в сеть и в долгосрочной перспективе повышение сетевой платы. В то же время это означает и более активную роль потребителя: планирование времени зарядки электромобиля или интеллектуальное управление работой теплового насоса.

Иными словами, вопрос будет заключаться не только в том, сколько электроэнергии мы потребляем, но и в том, когда мы это делаем?

С точки зрения сети решение заключается не только в прокладке более толстого кабеля. Необходимо изменить методику планирования сети таким образом, чтобы она учитывала накопление нагрузки, распределенное производство энергии и региональные особенности. Необходимо найти баланс между инвестициями в сеть и интеллектуальным управлением.

В настоящее время под руководством Арго Розина и Вахура Мааска я пишу докторскую диссертацию, учитывая именно эти аспекты. Моя работа посвящена тому, насколько реалистично оценивать распределение нагрузки и критические пределы, а также как проектировать сеть так, чтобы зеленый переход был технически осуществимым и экономически разумным – как в городах, так и в Ида-Вирумаа.

Электросеть похожа на проселочную дорогу: если на нее одновременно направить слишком много тяжелых грузовиков, придется либо расширять дорогу, либо реорганизовывать движение. Эстония должна теперь решить, как это сделать, прежде чем дорога станет слишком узкой.

Выводы основаны на исследованиях, проведенных в рамках проекта Фонда справедливого перехода "Исследование и разработка новых технологий производства возобновляемой энергии и технологий гибкости".