როგორ მუშაობს განახლებადი ენერგიის სისტემა 24/7-ზე,
როდესაც მზე არ ანათებს და ქარი არ ქრის
რა ხდება მაშინ, როდესაც მზე არ ანათებს და ქარი არ ქრის? სწორედ ეს კითხვა წარმოადგენს განახლებადი ენერგიის სრულად გამოყენების ერთ-ერთ ყველაზე ხშირად დასახელებულ გამოწვევას.
ენერგეტიკაში ასეთ ხანგრძლივ პერიოდს, როდესაც მზის გენერაცია ძალიან დაბალია და ქარის სადგურებიც მცირე რაოდენობის ელექტროენერგიას გამოიმუშავებენ „ბნელ უქარო პერიოდს“ (Dunkelflaute ) უწოდებენ.
კრიტიკოსებისთვის ეს ერთ-ერთი მთავარი არგუმენტია იმის წინააღმდეგ, რომ ელექტროენერგიის სისტემა ძირითადად მზისა და ქარის ენერგიაზე იყოს დაფუძნებული. თუმცა, გერმანიის მზის ენერგიის სისტემების ინსტიტუტის (Fraunhofer ISE) ახალი მოდელირება აჩვენებს, რომ „ბნელი უქარო პერიოდი” სერიოზული გამოწვევაა, მაგრამ თავისთავად არ წარმოადგენს დაბრკოლებას კლიმატნეიტრალური ენერგოსისტემის შექმნისთვის.
მთავარი საკითხი სხვაგან არის: როგორ უნდა შეიქმნას საკმარისად მოქნილი ენერგოსისტემა, რომელიც დაბალი განახლებადი გენერაციის პერიოდებს ეფექტურად გაუმკლავდება.
განახლებადი ენერგიის სისტემაზე გადასვლა არ მოიაზრებს მხოლოდ მზის პანელებისა და ქარის ტურბინების რაოდენობის გაზრდას.
მზისა და ქარის ენერგიის მთავარი თავისებურება მათი ცვალებადობაა. მზის ელექტროსადგური დღის განმავლობაში გამოიმუშავებს ელექტროენერგიას, მაგრამ ღამით – არა. ქარის სადგურის გენერაცია კი ქარის სიჩქარეზეა დამოკიდებული.
ამიტომ მომავალ ენერგოსისტემაში აუცილებელი ხდება სხვადასხვა ტექნოლოგიის ერთმანეთთან დაკავშირება.
Fraunhofer ISE-ის მოდელირების მიხედვით, მნიშვნელოვან როლს შეასრულებს:
- ბატარეის ენერგიის შემნახველი სისტემები;
- ელექტრომობილები და მათი დამუხტვის მოქნილი მართვა;
- მომხმარებლის მოთხოვნის მართვა ;
- უფრო ძლიერი და ჭკვიანი ელექტროგადამცემი ქსელები;
- ქვეყნებს შორის ელექტროენერგიის ინტერკონექტორები;
- საჭიროების შემთხვევაში სწრაფად ჩასართავი სარეზერვო გენერაცია;
სხვა სიტყვებით, ენერგეტიკის მომავალი შეიძლება ნაკლებად იყოს დამოკიდებული ერთ კონკრეტულ ტექნოლოგიაზე და უფრო მეტად – სხვადასხვა ტექნოლოგიის ერთიან, მოქნილ სისტემად მუშაობაზე.
რა ხდება ხანგრძლივი „ბნელ უქარო პერიოდის“ დროს?
ყველაზე რთული სცენარი მაშინ დგება, როდესაც რამდენიმე დღის ან უფრო ხანგრძლივი პერიოდის განმავლობაში ერთდროულად დაბალია მზისა და ქარის ენერგიის გამომუშავება.
მაგალითად, ზამთარში შეიძლება იყოს რამდენიმე მოღრუბლული დღე, მოკლე დღის სინათლე და დაბალი ქარის სიჩქარე. ასეთ შემთხვევაში მზისა და ქარის სადგურების ერთობლივი გამომუშავება მნიშვნელოვნად მცირდება.
Fraunhofer ISE-ის მოდელირების თანახმად, ასეთ სიტუაციაში ენერგოსისტემის სტაბილურობა შეიძლება რამდენიმე მექანიზმის ერთობლივი გამოყენებით შენარჩუნდეს.
პირველ ეტაპზე მნიშვნელოვან როლს ასრულებს ბატარეებში წინასწარ დაგროვილი ელექტროენერგია.
შემდეგ შესაძლებელია ელექტროენერგიის მოხმარების დროებითი გადანაწილება – მაგალითად, ელექტრომობილების დამუხტვა ან გარკვეული სამრეწველო პროცესების მუშაობა იმ პერიოდებში, როდესაც ელექტროენერგია უფრო ხელმისაწვდომია.
მესამე კომპონენტია ელექტროენერგიის იმპორტი. ძლიერი საერთაშორისო ელექტროგადამცემი კავშირები საშუალებას იძლევა, ერთ ქვეყანაში არსებული დეფიციტი ნაწილობრივ სხვა ქვეყნის ჭარბი გენერაციით დაბალანსდეს.
ხოლო განსაკუთრებით ხანგრძლივი დეფიციტის დროს შეიძლება გამოყენებულ იქნას წყალბადი ან სინთეზური საწვავი, როგორც სარეზერვო გენერაციის ენერგიის წყარო.
ამგვარად, სისტემა არ არის დამოკიდებული მხოლოდ ერთ „სასწაულებრივ“ ტექნოლოგიაზე – მისი მდგრადობა იქმნება მოქნილობის რამდენიმე წყაროს კომბინაციით.
ენერგეტიკული გარდაქმნის კიდევ ერთი მნიშვნელოვანი ელემენტია ეკონომიკის ფართო ელექტრიფიკაცია.
ტრანსპორტში ელექტრომობილების, გათბობაში ელექტროტუმბოების (heat pumps) და მრეწველობაში ელექტრო ტექნოლოგიების გამოყენების ზრდა ზრდის ელექტროენერგიის მოთხოვნას, მაგრამ ამავე დროს ამცირებს პირდაპირ დამოკიდებულებას ნავთობზე, გაზსა და სხვა წიაღისეულ საწვავებზე.
შესაბამისად, ელექტრიფიკაცია მხოლოდ კლიმატის პოლიტიკის ინსტრუმენტი არ არის. მას შეუძლია შეამციროს ეკონომიკის დამოკიდებულება იმპორტირებულ წიაღისეულ საწვავზე და გაზარდოს ენერგეტიკული უსაფრთხოება.
ამ თვალსაზრისით, მომავლის ენერგოსისტემაში ელექტრომობილებს კიდევ ერთი საინტერესო ფუნქცია შეიძლება ჰქონდეთ.
დღეს ელექტრომობილის ბატარეა ძირითადად ავტომობილის ენერგიის წყაროდ აღიქმება. თუმცა, დიდი რაოდენობით ელექტრომობილების არსებობის შემთხვევაში მათი დამუხტვის დროის მართვა შეიძლება ენერგოსისტემის მოქნილობის ერთ-ერთ ინსტრუმენტად იქცეს.
თუ ავტომობილი ყოველთვის არ არის აუცილებელი დაუყოვნებლივ დასამუხტად, შესაძლებელია მისი დამუხტვა იმ საათებში, როდესაც მზის ან ქარის გენერაცია მაღალია და ელექტროენერგია უხვად არის ხელმისაწვდომი.
ეს ნიშნავს, რომ ელექტროენერგიის მოხმარებაც შეიძლება გახდეს მოქნილი.
რაც უფრო მეტი განახლებადი ენერგიის წყარო ერთვება ქსელში, მით უფრო მნიშვნელოვანი ხდება მისი მართვის შესაძლებლობა.
მომავლის ენერგოსისტემაში საჭირო იქნება: გენერაციის + შენახვის + მოხმარების + ქსელის + საერთაშორისო კავშირების კოორდინირებული მართვა.
სწორედ ამიტომ ენერგეტიკული გარდაქმნა მხოლოდ ახალი მზის ელექტროსადგურების აშენებას არ ნიშნავს.
აუცილებელია ასევე ელექტროგადამცემი ინფრასტრუქტურის გაძლიერება, ციფრული მართვის სისტემების განვითარება და ენერგიის შენახვის შესაძლებლობების ზრდა.
და რა არის ეკონომიკური მხარე?
Fraunhofer ISE-ის კვლევის ერთ-ერთი მნიშვნელოვანი დასკვნა ისაა, რომ ასეთი სისტემა არა მხოლოდ ტექნიკურად განხორციელებადია, არამედ ეკონომიკურადაც სიცოცხლისუნარიანია.
აქ მთავარი იდეა მარტივია: ენერგოსისტემის მოქნილობის გაზრდა შეიძლება უფრო ეფექტური აღმოჩნდეს, ვიდრე დიდი რაოდენობით სარეზერვო წიაღისეული გენერაციის მუდმივად შენარჩუნება მხოლოდ იშვიათი კრიზისული პერიოდებისთვის.
ბატარეები, მოთხოვნის მართვა, საერთაშორისო ელექტროენერგიის ვაჭრობა, ქსელების გაძლიერება და მცირე მოცულობის სარეზერვო გენერაცია ერთმანეთის შემცვლელი კი არა, ერთმანეთის შემავსებელი ინსტრუმენტებია.
მეორე მნიშვნელოვანი საკითხია აგროვოლტაიკა (Agrivoltaics) – სოფლის მეურნეობისა და მზის ენერგიის წარმოების ერთ სივრცეში გაერთიანება.
აგროვოლტაიკური სისტემები საშუალებას იძლევა, მზის პანელები სასოფლო-სამეურნეო მიწებზე განთავსდეს ისე, რომ მიწის გამოყენება ენერგიის წარმოებასა და სოფლის მეურნეობას შორის დაბალანსდეს.
ამასთან ერთად, მზის ენერგიის განვითარების ერთ-ერთ მნიშვნელოვან მიმართულებად რჩება სახურავებზე განთავსებული ფოტოელექტრული სისტემები.
მზის ენერგიის გლობალური განვითარების მოკლევადიანი ტემპის შესაძლო შენელება ავტომატურად არ ნიშნავს ამ ტექნოლოგიის საშუალო და გრძელვადიანი პერსპექტივის ცვლილებას. პირიქით, ენერგიის დეკარბონიზაციის, ელექტრიფიკაციისა და ენერგეტიკული უსაფრთხოების საკითხები კვლავ ზრდის მოთხოვნას მზის გენერაციაზე.
აქედან შეიძლება დავასკვნათ, რომ 24/7 განახლებადი ენერგია შესაძლებელია – მაგრამ სისტემას მოქნილობა სჭირდება
„ბნელი უქარო პერიოდი“ რეალური პრობლემაა და მისი უგულებელყოფა შეუძლებელია.
მაგრამ მთავარი კითხვა არ უნდა იყოს: „რა მოხდება, როდესაც მზე არ ანათებს და ქარი არ ქრის?“ უფრო მნიშვნელოვანი კითხვაა: „როგორ შევქმნათ ენერგოსისტემა, რომელიც ასეთ პერიოდებს წინასწარ დაგეგმილად და მოქნილად გაუმკლავდება?“
Fraunhofer ISE-ის მოდელირების გამოცდილება აჩვენებს, რომ პასუხი ერთ ტექნოლოგიაში არ იმალება.
პასუხი არის ბატარეები, მოქნილი მოხმარება, ელექტრომობილები, ჭკვიანი ქსელები, საერთაშორისო ენერგეტიკული კავშირები, მზისა და ქარის ენერგიის ფართო განვითარება და საჭიროების შემთხვევაში შეზღუდული სარეზერვო გენერაცია.
ამ მიდგომით ენერგეტიკული სისტემა შეიძლება გახდეს არა მხოლოდ უფრო დაბალნახშირბადიანი, არამედ უფრო მოქნილი, დივერსიფიცირებული და ნაკლებად დამოკიდებული იმპორტირებულ წიაღისეულ საწვავზე.
ენერგეტიკული გარდაქმნის მთავარი გამოწვევა, შესაბამისად, მხოლოდ მეტი მზისა და ქარის ენერგიის გამომუშავება აღარ არის. მთავარი ამოცანაა ისეთი ენერგოსისტემის შექმნა, რომელიც ამ ცვალებად ენერგიას ეფექტურად გამოიყენებს – 24 საათის განმავლობაში, წლის ნებისმიერ სეზონზე.
„ბნელი უქარო პერიოდი“ (Dunkelflaute) შეიძლება იყოს გამოწვევა, მაგრამ სწორად დაგეგმილი მოქნილი ენერგოსისტემისთვის ის გადაულახავ დაბრკოლებას არ წარმოადგენს.
წყარო: The smarter E