Чому розмови про децентралізацію та енергетичну стійкість без мікромереж - марна трата часу

Розмови про децентралізацію 2.0

Останні вдалі атаки проти наших енергетичних активів знову запустили спіраль розмов та заяв про енергетичну децентралізацію. Про неї згадують щоразу коли удари по декількох точках централізованої енергосистеми призводить до масових відключень.

Ці розмови про децентралізацію сфокусовані на тому як можна створити розподілену генерацію електроенергії. Збираються поважні робочі групи і наради на тему тих чи інших технологічних рішень для розподіленої генерації. Однак ніколи не йдеться про те, як доставити електроенергію із розподілених джерел енергії до споживачів. Для цього потрібні мережі.

Ні транспортні мережі Укренерго ні розподільчі мережі обленерго не підходять для завдання передачі електроенергії на місці. Вони спроектовані під великі потужності. Тож якщо у Вас в розпорядженні всього пару сотень кіловат, які може виробити сонячна електростанція або дизельний генератор, то мережа ОСР Вам не за розміром.

Такі потужності для однієї та іншої замалі. Але при наявності мікромережі вони здатні забезпечити найкритичніші потреби: невеликої місцевої громади, будівлі, університетського містечка, школи де є мікромережа. Хоча б до того часу поки відновлюється централізована енергосистема.

Тим часом у світі

Поки в Україні тільки обговорюють розподілену генерацію поза контекстом місцевих мереж, розвинений світ пішов далі. Він давно будує мікромережі для забезпечення енергостійкості.

Лише у США станом на 2023 рік розгорнуто 692 мікромережі із загальною внутрішньою встановленою генеруючою потужністю в 4,4 ГВт. При цьому 212 із них було введено в експлуатацію протягом останніх 4х років. Найбільше таких проектів запускається у штатах Аляска, Каліфорнія, Джорджія, Меріленд, Нью-Йорк, Оклахома і Техас, де природні явища негативно впливають на місцеві електромережі.

Карта мікромереж США

Давайте розглянемо декілька прикладів різного використання мікромереж.

Пуерто-Ріко

Ураган “Марія” 2017 році і вщент зруйнував електромережі Пуерто-Ріко. Тож місцеві мешканці і влада взялись за відбудову енергосистеми із використанням мікромереж. В Пуерто-Ріко їх тепер сотні - лише на одному острові Кулебра їх встановлено 45. Місцева влада сприяла розгортанню 120 мікромереж на школах у 83 селищах.

Вид згори на центр Адхунтаса, де вперше в Пуерто Ріко було створено мікромережу

Це дозволило мешканцям острова швидко відновитись після недавнього урагану Фіона. Всі ці мікромережі одразу після урагану стали тим, що ми в Україні називаєм “точки незламності”.

Аеропорт Redwood Coast (Каліфорнія)

В грудні 2022 року розпочала роботу мікромережа аеропорту Redwood Coast. Її користувачами став сам аеропорт та розташована поряд станція берегової охорони. Мікромережа включає сонячну електростанцію піковою потужністю 2,5 МВт та батареї Tesla загальною потужністю 9,3 МВт.

Відкриття мікромережі в аеропорту Редвуд Коаст

В звичайному режимі мікромережа аеропорту підключена до регіональної розподільчої мережі. І віддає туди надлишкову електроенергію із власної СЕС або додатково заряджає батареї. У випадку відключень вона йде у “острівний режим”, забезпечуючи критичні потреби аеропорту та станції берегової охорони. У районі Гумбольдт урагани та землетруси часто призводять до відключень. Мікромережа вже десятки разів працювала в острівному режимі протягом різного часу - від 30 хвилин до 15 годин.

IIT (Чикаго)

В 2000х роках студмістечко Іллінойського Технологічного Інституту переживало від одного до трьох великих переривань подачі електроенергії на рік. Для університету, що активно займається комерційними науковими дослідженнями такі відключення обходились надто дорого. Наприклад, загибель дослідницького біологічного матеріалу у теплицях спричинена відключеннями електроенергії, тягнуло за собою збитки понад $500,000.

У 2008 році ІІЕ разом з Galvin Electricity Initiative, Endurant Energy, Exelon, and S&C Electric почали створення мікромережі студмістечка. Загальна вартість проекту становила $12 млн. Строк окупності проекту з урахуванням втрат, яких вдалося уникнути - 5 років.

Максимальне навантаження споживачів студмістечка - близько 10 МВт. Загальна потужність розподіленої генерації - трохи більше 9 МВт та включає в себе когенераційні газові турбіни, фотовольтаїчні панелі, проточні батареї.

Що таке мікромережа?

Але давайте повернемось до визначень. Що таке ці мікромережі і чому вони важливі?

Мікромережа - це мала місцева мережа, що має внутрішні засоби генерування електроенергії та може переходити у “острівний” режим для забезпечення власних потреб або їх частини.

Масштаб мікромереж

Виникає логічне питання “мала мережа - це наскільки мала і відносно чого”? Ми говоримо про малу мережу відносно масштабів мереж обленерго. Тож за масштабом мікромережами можуть бути такі мережі:

• Мережа населеного пункту: села, селища міського типу, невеликого міста
• Мережа університетського містечка
• Мережа садового товариства, котеджного містечка
• Внутрішні мережі ОСББ
• Внутрішня мережа підприємства (заводу, супермаркету, бізнес-центру)

Лише дротів недостатньо

Ключова корисна властивість мікромережі - здатність працювати у “острівному” режимі тоді, коли мережа монополістів непрацездатна. Це дозволяє доставляти електроенергію до місцевого споживача від місцевої генерації. Для цього мікромережі обов’язково потрібно мати не лише дроти, але й такі компоненти:

• Внутрішню генерацію (СЕС, генератори, газові турбіни і так далі). Більшість дослідників говорять про те, що внутрішні виробничі потужності в мікромережах можуть коливатись від 5 КВт до 10 або навіть 20 МВт.
• Засоби переключення в “острівний” режим. Зараз цю функцію майже завжди виконує автоматика

Зазвичай, сучасна мікромережа включає також іще засоби накопичення та керовані навантаження, наявність яких в рази зменшує капітальні витрати на запуск мікромережі.

Розподілена генерація без мікромереж - чемодан без ручки

Уявіть собі, що у Вас є розподілена генерація, яку Ви з сусідами хочете використати на випадок відключень. Це можуть бути дуже різні джерела електроенергії:

• Спільна СЕС
• Дизель-генератор
• Вітрогенератор
• Сусідня біогазова електростанція

Скористатись цими потужностями Ви не зможете, аж поки не створите мікромережу. Підключивши свої 100, 500, 800 КВт у мережу обленерго Ви доб’єтесь приблизно нічого. А от для забезпечення частини потреб “на місці” потрібна місцева мережа, що може працювати в автономному режимі. Це і є мікромережа. Вона є містком між малою розподіленою генерацією і споживачем, що знаходиться поряд.

500 КВт генерації - це ніщо для обленерго, але це дозволяє покрити критичні потреби пару сотень домогосподарств на місці

Легше ніж здається

Технологічні рішення вже є

Здається, що побудувати мікромережу складно? Та не зовсім. Почнемо з того, що сучасні гібридні інвертори вже мають у собі всі функції, необхідні для створення найпростішого варіанту мікромережі:

• Перемикання між мережею та “острівним” режимом
• Використання сонячних батарей
• Запуск генераторів на бензині/газу
• Керування акумуляторними батареями

Гібридний інвертор - основа простої мікромережі рівня домогосподарства

Окремо слід сказати, що сотні компаній по всьому світу створюють технологічні рішення для розгортання мікромереж - починаючи від гігантів типу Schneider Electric, ABB, Siemens до українських компаній таких як KTS-Intek або KNESS.

Мережі вже прокладені

Окрім того, для створення мікромереж зовсім не обов’язково тягнути нові дроти і прокладати кабелі - в Україні вже існують десятки тисяч приватних, муніципальних державних мереж, що можуть бути легко перетворені на мікромережі:

• Внутрішні мережі будівель та комплексів органів влади
• Внутрішні мережі університетських містечок
• Мережі котеджних містечок, садових товариств та дачних кооперативів
• Внутрішні мережі житлових комплексів та ОСББ
• Внутрішні мережі підприємств

Мережам цих об’єктів мають потенціал перетворення на стійкі мікромережі через додавання місцевої генерації і автоматики. Навіть якщо вони покриватимуть лише 10-20% потреб на місці - вони на порядки збільшать місцеву енергетичну стійкість по всій країні.

Громадяни вже створюють мікромережі

Самоорганізована частина українців не стала чекати держави у справі енергетичної децентралізації:

• Сотні ОСББ уже взялись за справу. Це дуже різні проєкти - від акумуляторів для LED-освітлення до встановлення дизельної і сонячної генерації.
• Дачні кооперативи по всій країні почали встановлювати генерацію у своїх мережах. Деякі з них мають повноцінні мікромережі на тисячі споживачів із сотнями кіловат дизельної і сонячної потужності.
• Сотні бізнесів уже інвестували мільйони доларів у самозабезпечення енергією. Ще починаючи з 2022 року українські бізнеси активно встановлюють сонячну та дизельну генерацію.

Що заважає?

Справді, що нам заважає стати країною багатьох місцевих мереж, яку не можна остаточно “загасити” ракетними ударами? Поки що - законодавства та регулювання. Але то тема для окремого матеріалу.