Раскрытие потенциала гидроэлектростанций

В июле Дубайское управление по электро- и водоснабжению (DEWA) объявило о завершении инженерных изысканий для строительства первой гидроэлектростанции в регионе Персидского залива.

Гидроэлектростанция стоимостью $523 млн и мощностью 250 МВт будет использовать воду, хранящуюся в водохранилище в Хатте, объем которого может достигать 1,7 млрд галлонов. Также будет построено верхнее водохранилище на высоте 330 метров над уровнем плотины в горах, которое обеспечит дополнительную емкость в 880 миллионов галлонов.

Инженерные исследования являются частью консультационного контракта стоимостью $16 млн, который DEWA передала французской компании EDF Group в июне 2017 года. Он включает в себя проектирование, гидрогеологические, геологические, экологические, геотехнические исследования и глубокие земляные работы.

Этот шаг является частью широких усилий DEWA по диверсификации источников генерации электроэнергии по мере роста спроса на электричество в Дубае и во всех ОАЭ. DEWA также намерена повысить уровень эффективности производства электроэнергии.

Именно поэтому в гидропроекте Hatta с насосным хранилищем планируется установить турбины, использующие чистую и недорогую солнечную энергию для перекачки воды из нижней плотины в верхнее водохранилище в непиковые часы, в то время как в пиковые часы турбины будут работать, используя скорость падения воды в верхнем водохранилище для выработки электроэнергии.

Эта электроэнергия будет подключена к сети DEWA, а общая эффективность производства электроэнергии, как ожидается, достигнет 90% в течение всего срока эксплуатации станции, который может продлиться 80 лет.

Несмотря на широкое распространение других возобновляемых источников энергии, таких как солнце и ветер, гидроэнергетика сохраняет свои позиции в качестве самого дешевого источника электроэнергии в мире при стоимости 0,05 долларов США за кВт/ч, согласно данным Международного агентства по возобновляемой энергии (IRENA).

Однако ее потенциал никогда не использовался в странах Персидского залива, и именно поэтому DEWA стремится сделать свой проект Hatta успешным, чтобы продемонстрировать целесообразность использования гидроэнергии в регионе.

Гидроэнергетика — это недорогой, надежный и эффективный источник энергии с огромным потенциалом для региона, — говорит Саид Мохаммед Аль Тайер, генеральный директор DEWA. Однако, по оценкам, в мире имеется около 10 000 ТВтч/год [тераватт-часов] неиспользованного гидроэнергетического потенциала.

Гидроэнергетика является одним из наиболее гибких и устойчивых возобновляемых источников энергии [и] может использоваться для обеспечения базовой нагрузки, а также для обеспечения пиковой нагрузки с помощью насосно-аккумулирующих установок.

IRENA утверждает, что средневзвешенная глобальная выровненная стоимость электроэнергии (LCOE) новых проектов, введенных в эксплуатацию в 2017 году, составила 0,05 долларов США/кВтч для гидроэнергетики по сравнению с 0,06 доллара США для наземного ветра, 0,07 доллара США для биоэнергетических и геотермальных проектов и 0,10 доллара США для солнечной фотовольтаики в коммунальном секторе.

LCOE компании Hydro варьируется в зависимости от региона: в 2016-2017 годах она составляла 0,04 долл. за кВт/ч в Азии, 0,05 долл. в Южной Америке, 0,06 долл. в Северной Америке, 0,07 долл. в Африке, Евразии и на Ближнем Востоке, 0,10 долл. в Центральной Америке и на Карибах и 0,12 долл. в Европе.

Хотя электроэнергия от гидроэлектростанций уже дешевле ископаемого топлива, в отчете указывается, что стоимость других возобновляемых источников энергии должна снизиться по мере совершенствования технологий.

Электроэнергия из возобновляемых источников скоро будет постоянно дешевле, чем из ископаемого топлива, — говорится в отчете. К 2020 году все технологии производства электроэнергии, которые сейчас используются в коммерческих целях, окажутся в пределах стоимости ископаемого топлива, а большинство из них — на более низком уровне или даже ниже ископаемого топлива.

Несмотря на преимущества, активность в развитии гидроэнергетики отстает от других возобновляемых источников энергии, отмечает IRENA. В 2016 году объем новых мощностей возобновляемых источников энергии составил 162 ГВт: солнечные фотоэлектрические (71 ГВт), ветровые (51 ГВт), гидроэнергетические (36 ГВт), биоэнергетические (9 ГВт) и концентрированные солнечные, геотермальные и морские (1 ГВт).

Гидроэнергетика является крупнейшим источником производства электроэнергии из возобновляемых источников на сегодняшний день — 3 996 ТВтч в 2015 году, говорится в докладе IRENA.

Однако с течением времени ее доля снижается, отмечает IRENA: в 2010 году на гидроэнергетику приходилось около 75% от общего объема возобновляемых источников в мире, а в 2016 году — лишь около 50%. Что касается производства электроэнергии, то в 2010 году на долю гидроэлектростанций приходилось 81% всей электроэнергии из возобновляемых источников, а в 2016 году — 70%.

В отчете также признается ценность гидроаккумуляторов для хранения энергии: большая часть всех мощностей по хранению энергии в мире приходится на гидроаккумуляторы.

На данный момент гидроаккумулирование остается единственной технологией, обеспечивающей экономически выгодное крупномасштабное хранение энергии, — говорится в отчете. Важность насосных гидроаккумуляторов, а также гидроэнергетики на водохранилищах, вероятно, будет расти со временем по мере ускорения перехода к действительно устойчивому сектору электроэнергетики, не только из-за недорогого хранения, которое они обеспечивают, но и из-за гибкости, которую они обеспечивают для интеграции высокого уровня переменных возобновляемых источников энергии с минимальными затратами.

Насосно-аккумулирующая гидроэнергетика является старейшей технологией хранения энергии. Хотя, по оценкам, на нее приходится 99 % всех действующих в мире накопителей электроэнергии, неиспользованный потенциал гидроэнергетики во всем мире составляет около 10 000 ТВтч/год [тераватт-часов].

По данным Международной гидроэнергетической ассоциации, в 2017 году в мире наблюдался устойчивый рост развития гидроэнергетики: по оценкам, 31,5 ГВт новых мощностей. В отчете IHA Ключевые тенденции 2017 года говорится, что … это включает 6,4 ГВт насосных хранилищ, что почти вдвое больше, чем в 2015 году, и доводит общую установленную мощность гидроэлектростанций в мире до 1 246 ГВт. Общая выработка гидроэлектроэнергии в 2016 году оценивается в 4 102 ТВтч, что является самым большим вкладом возобновляемых источников.

Согласно последней информации Глобальной базы данных по хранению энергии, которую ведет Управление по доставке электроэнергии и надежности энергоснабжения Министерства энергетики США, в мире насчитывается около 352 действующих и строящихся насосных хранилищ общей мощностью около 183,85 ГВт.

Однако гидроэнергетика с насосным накопителем по-прежнему исключена из более широкой дискуссии о хранении энергии во многих странах из-за таких вопросов, как стоимость инженерных разработок, стоимость по сравнению с другими методами хранения энергии и длительное время ожидания.

Насосные гидроаккумуляторы в последнее время привлекают мало внимания из-за шумихи вокруг литий-ионных аккумуляторов. Однако у гидроаккумуляторов есть значительные преимущества, о которых стоит напомнить, — говорит Энди Скуманич, генеральный директор SolarVision Co. — Учитывая быстрое развертывание солнечной и ветровой энергетики во всем мире, существует потребность в накопителях для смягчения непостоянства работы генераторов возобновляемых источников энергии.

Накопители с насосами — идеальный кандидат для использования в коммунальном хозяйстве для обеспечения высокой мощности и большой продолжительности работы. При этом упускается один важный момент: хранилище не обязательно должно быть расположено рядом с источником генерации. Об этом часто говорят региональные операторы энергосистем, и это справедливо для большинства регионов, где уже есть сеть электропередач. Нет никаких неотъемлемых преимуществ для совместного размещения любого элемента когенерации или хранения с возобновляемыми источниками энергии.

В рамках предложений по гидроаккумуляторам с насосной системой хранения энергии, отраслевые аналитики говорят, что отрасль могла бы лучше информировать инвесторов, политиков и широкую общественность о том, что существуют новые инновационные подходы к этой системе хранения энергии. Насосное хранилище больше не требует гор для обеспечения рельефа.

Использование этой системы в качестве части энергетического портфеля открывает широкие возможности для расширения спектра МЭ и даже для производства недорогой электроэнергии, обладающей высокой надежностью и диспетчерской управляемостью, оставаясь при этом экологически чистой.

Проекты насосных хранилищ могут быть разблокированы за счет новых источников зеленого финансирования, включая климатические облигации, — говорит Ричард Тейлор, исполнительный директор Международной ассоциации гидроэнергетики (IHA), Великобритания. Однако отсутствие в настоящее время соответствующих критериев приемлемости означает, что инвестиции не поступают в должной мере. Общий углеродный след для насосных хранилищ очень конкурентный, но требуется ясность в методологии, чтобы продемонстрировать это.

В некоторых юрисдикциях также существуют нормативные акты, запрещающие потенциальным игрокам становиться разработчиками насосных накопителей. Например, между генерирующей компанией и компанией по передаче электроэнергии могут существовать барьеры, и насосные хранилища нелегко вписываются в эти кольцевые ограждения.

Оператор насосного хранилища может рассматриваться как потребитель, предоставляющий услуги энергосистемы, обеспечивающий соответствие спроса и предложения и поглощающий излишки, и/или как генератор, продающий пиковую электроэнергию по конкурентной цене.

В IHA мы внимательно следим за развитием насосных хранилищ и работаем над практическим руководством для институциональных инвесторов, чтобы лучше определить бизнес-обоснование для насосных хранилищ и укрепить доверие инвесторов, — говорит Тейлор.

По мнению Кевина Янга, президента компании Young Energy Services, для развития гидроаккумулирующих систем необходимы альтернативные тарифы и различные формы возврата доходов. Он говорит, что необходимо разрешить более одной формы возврата средств в зависимости от формы эксплуатации и преимуществ, которые она приносит системе.

Хотя коммунальные службы говорят, что его можно было бы финансировать, если бы он был регулируемым, а не нерегулируемым ресурсом, реальность такова, что его необходимо признать как ресурс генерации и передачи, чтобы он мог быть регулируемым ресурсом, — говорит Янг.

Как отрасль, мы должны поощрять коммунальные предприятия продолжать пропагандировать необходимость более масштабного хранения энергии и не позволять людям, занимающимся аккумуляторами, доминировать в дискуссии.

IRENA утверждает, что существует множество новых идей по расширению мировых мощностей насосных хранилищ, одна из которых включает установку ветряных турбин на существующих насосных хранилищах для обеспечения перекачки энергии.

По словам IRENA, в последние годы тема хранения энергии приобретает все большее значение и играет ключевую роль в проектировании современных электросетей. IRENA говорит, что перспективные разработки других технологий хранения энергии могут в один прекрасный день бросить вызов гидроаккумуляторам, которые почти монополизированы в области хранения дешевой электроэнергии. Но пока гидроаккумулирование остается единственной технологией, предлагающей экономически выгодное крупномасштабное хранение энергии.