Солнечная электростанция с 4-х часовым накопителем эквивалентна «идеальному генератору»
Выработка солнечных и ветровых электростанций переменчива и зависит от погоды. По отношению к системе они являются поставщиками энергии, но не мощности. «Системе в целом требуется достаточные мощность и энергия. При высоких долях переменчивой генерации на основе ВИЭ последние вносят сюда ассиметричный вклад. В большей степени вклад энергии, чем мощности… При высоких долях ВИЭ, остальная часть электростанций должна в большей степени обеспечивать мощность, чем электроэнергию», — говорится в докладе МЭА 2014 года.
По мере удешевления систем накопления энергии на рынке появляется всё больше объектов, в которых ВИЭ-установки, например, солнечные электростанции комбинируются с накопителями энергии. По своим возможностям такие электростанции сопоставимы с традиционными генераторами.
Поскольку управление энергосистемой — наука тонкая и сложная, требуется точный ответ на вопрос: какая конфигурация комбинированных электростанций / накопителей энергии может заменить «обычные» электростанции без ущерба надёжности.
Точный ответ не может быть дан в общем, и в глобальном масштабе, но лишь для условий конкретной энергосистемы, поскольку он зависит от ряда локальных и меняющихся факторов.
В США проведены исследования для региональных энергосистем CAISO (Калифорния) и PJM (восток США), в которых рассчитывается «гарантированная мощность» (capacity value) разных типов ВИЭ электростанций и накопителей [Capacity value — доля установленной мощности объекта (в процентах), которая может быть гарантированно поставлена в систему по требованию оператора. В российской проф. терминологии близкий аналог — «располагаемая мощность»].
В калифорнийском докладе приводились оценки «гарантированной мощности» для разных типов генераторов, исследование для PJM (Capacity Value of Energy Storage) было посвящено исключительно системам накопления энергии.
В Калифорнии гарантированная мощность измерялась с помощью показателя «effective load carrying capability» («Эффективная полезная мощность» или «Эффективная способность поддерживать нагрузку»), который сравнивает ресурс с теоретическим «идеальным генератором».
Расчётные показатели на 2022 год представлены в таблице: гарантированная мощность (см. выше).
Если солнечная электростанция с фиксированным углом наклона модулей обладает, для случая CAISO, «гарантированной мощностью» в 5%, то с четырехчасовым накопителем и трекером последняя становится равной 99,8%, то есть соответствующей характеристике «идеального генератора» (расчёт проводился для солнечной электростанции 500 МВт и системы накопления энергии 500 МВт).
В рамках доклада также были рассчитаны значения гарантированной мощности для Аризоны и Нью-Мексико. Они также превышают 99%.
Поскольку по мере увеличения доли солнечной энергии в системе гарантированная мощность солнечной энергетики снижается, снижается также и соответствующий показатель у гибридных объектов. В 2030 году для CAISO он составит 93,2%.
Вывод доклада по системам накопления энергии для PJM: “Результаты нашего анализа демонстрируют, что при развертывании накопителей энергии мощностью до 4000 МВт, продолжительность хранения в 4 часа позволяет им обеспечивать полную гарантированную мощность относительно ресурса без ограничений продолжительности. При развертывании хранилищ энергии до 8000 МВт продолжительность хранения в 6 часов позволяет этим ресурсам обеспечить полную гарантированную мощность. В этих пределах системы накопления энергии могут заменить традиционные генераторы мегаватт-к-мегаватту без снижения надежности системы».
Следует отметить, что в ряде регионов мира солнечные электростанции, оснащённые накопителями энергии, способны предлагать электроэнергию по весьма конкурентоспособным ценам. Например, по итогам недавнего тендера в Израиле, такие объекты будут продавать электричество по 5,8 центов США за киловатт-час. Это на 25% меньше, чем генерирующая составляющая тарифа на электроэнергию, вырабатываемую на основе угля и газа в стране. В Калифорнии солнечная электростанция с четырехчасовой системой накопления энергии продаёт электричество по 4 цента за киловатт-час…. Таким образом, можно утверждать, что фотоэлектрическая солнечная энергетика способна не только предлагать самую дешёвую электроэнергию в разных регионах планеты, но и, в комбинации с системами накопления энергии, поставлять мощность на конкурентоспособных условиях.
