Важливість переходу до відновлюваної енергетики визнана в усьому світі й супроводжується практичними кроками, а для України обумовлена ще й війною та проблемами традиційної енергетики. Які завдання постають у цьому контексті перед науковцями та які рішення вони пропонують? Про це йшлося в доповіді «Відновлювані джерела енергії та їх використання для систем розподіленої генерації», з якою на засіданні Президії НАНУ виступив заступник директора з наукової роботи Інституту відновлюваної енергетики НАНУ член-кореспондент НАН України Микола КУЗНЄЦОВ.
Сьогодні розвиток відновлюваної енергетики є глобальною стратегією «зеленого» переходу. Як нагадав Микола Кузнєцов, у Європі він оформлений низкою директив. Зокрема, у 2023 році Рада ЄС офіційно ухвалила Директиву про відновлювані джерела енергії RED III. Вона встановлює обов’язкову цільову частку ВДЕ — країни ЄС мають спільно забезпечити, щоб ця частка у валовому кінцевому споживанні енергії становила щонайменше 42,5 % у 2030 році. Доповідач звернув увагу на деякі положення цієї директиви, які стосуються безпосередньо України — це важливо, якщо хочемо залучити європейські інвестиції для відбудови й трансформації України вже на нових засадах і технологічній базі. Наприклад, це ухвалення законів, підзаконних актів, адміністративних положень, необхідних для виконання директиви, картографування територій, придатних для розгортання ВДЕ, визначення потенціалу і доступних територій; визначення гарантій походження «зеленої» енергії; залучення місцевих громад до планування проєктів щодо розгортання ВДЕ тощо.
Що у світі й в Україні?
Щодо стану відновлюваної енергетики у світі, то, за словами доповідача, у 2024 році потужності зросли на 18 %, додавши рекордні 740 ГВт. Зокрема, фотоелектричні установки додали 602 ГВт, а вітрова енергетика — 117 ГВт.
Загалом частка відновлюваної енергії у світі склала 32 %. Однак, як констатував Микола Кузнєцов, таких темпів недостатньо, щоб виконати положення Паризької угоди до 2030 року.
А що в Україні? Як нагадав Микола Кузнєцов, Національна економічна стратегія України на період до 2030 року і Національний план з енергетики та клімату на період до 2030 року декларують декарбонізацію економіки, зокрема шляхом розвитку ВДЕ, відповідно до Європейського зеленого курсу. Енергетична стратегія України на період до 2050 року визначає індикативні показники відновлюваної енергетики — частка 27 % у валовому споживанні енергії до 2030 року, 70 % у первинному постачанні енергії до 2050 року та наближення до кліматичної нейтральності до 2060 року. Національним планом дій з відновлюваної енергетики на період до 2030 року визначено, що частка ВДЕ в електрогенерації досягне 29,4 %, основне джерело — вітрова (40 % від загального вкладу ВДЕ) та сонячна енергія (30 %, з них 12 % — активні споживачі).
Як ішлося у доповіді, у 2023 році в Україні близько 10 % електроенергії було вироблено вітровими та сонячними станціями. А враховуючи великі ГЕС, ця частка досягла 20 % — це більше, ніж до повномасштабного вторгнення.
Попри втрати в нашому енергогосподарстві, будівництво продовжується. Як розповів Микола Кузнєцов, загалом протягом 2022–2023 років в Україні введено понад 650 МВт нових потужностей відновлюваної енергетики, з яких 371 МВт — сонячні електростанції (з них 287 МВт — домогосподарства), а 227 МВт — вітрові електростанції, решта 50 МВт — об’єкти біоенергетики. Загалом протягом 2024 року було встановлено 945 МВт нових потужностей розподіленої генерації (включно з 670 МВт ВДЕ), з них ВЕС – 44 МВт, СЕС для власного споживання — 587 МВт.
— Окрім потужностей, що обліковуються, широкого застосування набувають малі приватні станції — комплекси з фотомодулів, дизель-генераторів, акумуляторів з відповідним електронним обладнанням (зарядні пристрої, інвертори, перетворювачі), — зауважив Микола Кузнєцов.
Які проблеми?
Проблеми, які створює масове інтегрування відновлюваних джерел енергії, в принципі, однакові в усьому світі. Серед них Микола Кузнєцов назвав недостатню пропускну спроможність або взагалі відсутність мережевої інфраструктури в районі можливого будівництва електростанції на ВДЕ, в Україні це також складність з приєднанням до електромережі. Але ключова проблема відновлюваної генерації, яку окреслив доповідач, — її непостійність, залежність від погоди, і як наслідок — вплив на надійність електропостачання споживачів (на балансову надійність системи) та створення потреб у додатковій резервній потужності.
За словами доповідача, ці проблеми можна розв’язати шляхом вибору оптимальних місць розташування ВДЕ; впровадження служб прогнозування генерації; спеціальних вимог до роботи ВЕС та СЕС в електроенергетичній системі; впровадження високоманеврових балансувальних потужностей.
Також у доповіді йшлося, що доступна частка мінливих ВДЕ (ВЕС, СЕС) залежить від гнучкості енергосистеми — здатності реагувати на мінливість балансу попиту і пропозиції. Головні засоби підвищення гнучкості — маневрові електростанції, управління попитом, накопичення енергії (акумулятори, використання водню як проміжного енергоносія).
Атлас енергетичного потенціалу
Що ж роблять науковці Інституту відновлюваної енергетики для розв’язання означених проблем? Як ішлося в доповіді, вчені ІВЕ виконують роботи з оптимізації вибору місць розташування ВДЕ та складу генерувальних потужностей, впровадження зберігання енергії та організації прогнозування поточних змін потужності ВДЕ. Водночас враховуються технічні регламенти й законодавчі акти, що передбачають відповідні рішення, якими обумовлено створення балансувальних груп з виробників та активних споживачів. Також науковці інституту розробили низку моделей та методів з урахуванням імовірнісної природи ВДЕ, що дає змогу визначати можливості надійного постачання енергії.
Важлива задача — оцінка природного й технічного потенціалу ВДЕ. Як зауважив Микола Кузнєцов, над цим інститут працює вже 20 років — від моменту свого створення. Значним результатом став Атлас енергетичного потенціалу ВДЕ України, який було оновлено у 2024 році. У ньому враховано численні обмеження (санітарні зони, водні об’єкти, ліси, дороги тощо) та використано ГІС-технології. Атлас надається державним органам влади для визначення енергетичної політики в частині використання ВДЕ. За словами промовця, матеріали атласу також використані під час розроблення проєкту Водневої стратегії на період до 2050 року та Національного плану дій з відновлюваної енергетики на період до 2030 року.
Як ішлося в доповіді, визначення територій з високим коефіцієнтом використання встановленої потужності та імовірнісний підхід до розрахунку максимальних коливань дають змогу суттєво зменшити розрахункову потребу в засобах балансування, відповідно оптимізувати фінансові витрати.
Для локальних енергосистем фахівці інституту розробили методи стохастичної оптимізації та розрахунку потреб у резервних потужностях з урахуванням флуктуацій генерації та навантаження. А для міжсезонного балансування енергії запропонували модель виробництва «зеленого» водню як проміжного енергоносія, визначили його природний та технічний потенціали, розрахували ймовірні варіанти застосування.
Для планування роботи відновлюваної енергетики в умовах енергоринку розроблено інформаційно-аналітичну систему прогнозування поточної потужності відновлюваних джерел та створено варіанти локальних енергосистем із комбінованим використанням ВДЕ (сонячної, геотермальної енергії, теплоти довкілля, біопалива) та систем акумулювання.
І експерименти, і навчання
Запропоновані рішення впроваджено для енергозабезпечення будівель низки установ. Зокрема, у доповіді йшлося про експериментально-дослідний, навчальний та демонстраційний комплекс ІВЕ НАНУ.
— Загальна електрична потужність сонячної системи — до 20 кВт, — розповів Микола Кузнєцов. — Встановлені стаціонарні, рухомі сонячні установки, геліонагрівачі різних типів, системи акумулювання. Є можливість працювати з мережею та автономно. Ми обігріваємо свій корпус узимку і не користуємося централізованим теплопостачанням.
Також інститут здійснює проєктування малих сонячних станцій, наприклад, першої дахової СЕС у Києві на підприємстві «Ремонтник», а також СЕС у Тернопільській області потужністю 4,15 МВт. Серед інших прикладів Микола Кузнєцов навів науковий супровід розбудови локальних енергосистем одного з підприємств компанії МХП (комплексу з відгодівлею, переробленням сировини, комбікормового заводу, елеваторів тощо), а також бази відпочинку у Вінницькій області.
Окремі розробки інституту стосуються використання біопалива, а також — невеликих локальних установок. Як приклад, Микола Кузнєцов навів мобільний гібридний автономний енергокомплекс на базі автомобільного причепу, який містить фотомодулі, дизель-генератор, акумулятор, інвертор, зарядний пристрій і пристрій очищення води.
За словами доповідача, комплекс існує у декількох екземплярах. Один уже передано нашим Силам оборони — і він дістав схвальні відгуки. А нині в інституті працюють над типовим проєктом такої установки. Як зауважив Микола Кузнєцов, інтерес до неї виявляють місцеві територіальні громади.
До речі, робота з громадами — важливий напрям діяльності інституту, відбувається взаємодія зі встановлення потенціалу ВДЕ в рамках стратегії створення мережі розподіленої генерації електроенергії.
— Є рамкові угоди з кількома громадами в різних регіонах України — для них готуються передпроєктні рішення й інвестиційні пропозиції, а за умови залучення інвесторів інститут буде одним з проєктантів, — розповів Микола Кузнєцов.
Освітній напрям
У згаданій вище директиві RED III йдеться і про навчальні програми щодо використання ВДЕ. Доповідач наголосив, що освітня робота і міжнародна співпраця є важливими напрямами діяльності інституту. Зокрема розроблено освітні програми та проводяться лекційні заняття в КПІ ім. Ігоря Сікорського — у рамках договору з факультетом електроенерготехніки та автоматики про утворення науково-освітнього об’єднання «Спільна кафедра відновлюваної енергетики».
— Теми та зміст лекцій сформовано на основі наукових здобутків фахівців інституту, — розповів Микола Кузнєцов. — Наші науковці викладають, а викладачі КПІ залучені до виконання наукових робіт у нас. Окрім того, студенти проходять в інституті наукову практику.
Згадав доповідач і про конкурсний проєкт «Українські стійкі енергетичні системи» в рамках академічної співпраці в регіоні Балтійського моря. Спільно з IVL Swedish Environmental Research Institute (Швеція) та КПІ ім. Ігоря Сікорського, з участю фахівців Швеції, України та Естонії вдосконалено освітні програми, створено віртуальну лабораторію. Разом з Київським академічним університетом відібрані та готуються до впровадження в територіальних громадах проєкти розбудови енергетичних спільнот на базі ВДЕ, з підготовкою місцевих фахівців.
Згадав доповідач і про спільний проєкт з Hamburg Institute Research gGmbH, у рамках якого здійснюється підготовка пропозицій стосовно нормативного забезпечення для гарантій походження водню, забезпечення можливостей міжнародної торгівлі та інвестицій у відновлювану і водневу енергетику.
Як резюмував президент НАНУ академік Анатолій Загородній, з огляду на актуальність та важливість практичного використання напрацьованих фахівцями Академії теоретичних та практичних результатів щодо розвитку гібридних систем різного рівня на основі відновлюваної енергетики, необхідно тісніше співпрацювати з відповідними міністерствами, державними та приватними компаніями. Але в будь-якому разі (і це відображено в рішенні Президії) роботи з інтегрування відновлюваних джерел енергії в енергосистему України залишатимуться одним з пріоритетних напрямів фундаментальних та прикладних досліджень наукових установ НАН України відповідного профілю.
Підготував Дмитро ШУЛІКІН.
Фото автора та з відкритих джерел
Читайте також: