Однако было бы лучше, если бы отдельные страны работали вместе и способствовали расширению ветроэнергетики в других европейских регионах, которые в настоящее время очень мало используют энергию ветра. Уравновешивание пропускной способности на континенте эффективно минимизирует экстремальные колебания, вызванные различными погодными условиями, которые в настоящее время влияют на скорость ветра. К такому выводу пришла группа исследователей погоды и энергетики из ETH Zurich и Imperial College London в новом исследовании, которое только что было опубликовано в журнале Nature Climate Change.
Объединение данных о погоде и производственных мощностейИсследователи провели свое исследование, объединив общеевропейские данные о крупномасштабных погодных условиях за последние 30 лет с данными о производстве ветровой и солнечной электроэнергии. При этом использовалась платформа Renewables.ninja, разработанная в ETH Zurich для моделирования производительности ветряных и солнечных электростанций в Европе на основе исторических данных о погоде.
Этот открытый инструмент моделирования доступен для всех во всем мире в рамках усилий по повышению прозрачности и открытости науки.Исследователи использовали эти данные, чтобы смоделировать, как ветровая энергия связана с семью преобладающими «погодными режимами» в Европе и как она изменится с дальнейшим расширением ветроэнергетических мощностей. Эти погодные режимы объясняют, почему европейское производство ветровой электроэнергии подвержено колебаниям, длящимся несколько дней.Некоторые режимы характеризуются циклонами, катящимися из Атлантического океана и приносящими сильные ветры в Западную Европу, но они сопровождаются одновременным штилем на востоке.
Другие режимы видят более спокойную погоду из Атлантики. Но в то же время скорость ветра постоянно увеличивается в южной Европе и северной Скандинавии.«Вряд ли существует погодная ситуация, при которой нет ветра на всем континенте, и, таким образом, во всей Европе не будет потенциала ветроэнергетики», — объясняет Кристиан Грэмс, ведущий автор исследования из Института атмосферных и климатических наук в ETH Zurich.Однако сегодняшние ветряные электростанции неравномерно распределены по Европе, в основном в странах, граничащих с Северным морем.
Это приводит к неравномерной выработке ветровой электроэнергии, поскольку большая часть мощностей установлена в соседних странах с аналогичными погодными условиями. Это означает, что если стабильная система высокого давления вызовет затишье на несколько дней или даже недель над Северным морем, как это произошло зимой 2016/17 года, выработка ветровой электроэнергии во всей Европе резко упадет.
Сотрудничество компенсирует колебанияПроблема для энергосистемы Европы будет усугубляться тем, что страны будут следовать своим собственным национальным стратегиям по расширению ветроэнергетики, что приведет к дальнейшей концентрации мощностей в регионе Северного моря. Это приведет к еще более резким колебаниям: разница между высокой производительностью при благоприятных ветровых условиях и низкой производительностью во время затишья может достигать 100 гигаватт — примерно такая же мощность, как у 100 атомных электростанций, — и ее необходимо будет устранить. доступны или отложены в течение всего нескольких дней.Если европейские страны будут сотрудничать и создавать ветряные электростанции будущего на основе понимания погодных режимов в масштабе континента, колебания в будущей энергии ветра можно было бы стабилизировать на нынешнем уровне около 20 гигаватт.
Балканы, Греция, западное Средиземноморье и северная Скандинавия — все это потенциальные объекты.Во всех этих местах было бы достаточно ветра, если бы, например, высокое давление привело к затишью в Северном море.
Точно так же, если стабильная зона высокого давления замедлит производство ветра в Средиземном море, ветряные электростанции вокруг Северного моря будут производить достаточно электроэнергии. «Вот почему ветроэнергетика в таких странах, как Греция или Болгария, могла бы стать ценным противовесом существующим в Европе ветропаркам. Однако это потребовало бы изменения парадигмы в стратегиях планирования в странах с потенциалом ветроэнергетики», — подчеркивает соавтор Иэн. Стаффелл из Имперского колледжа Лондона.
Хранение электроэнергии невозможноАвторы говорят, что было бы трудно хранить электроэнергию в течение нескольких дней, чтобы уравновесить эти многодневные колебания — например, с помощью аккумуляторов или водохранилищ в Альпах, — поскольку необходимый объем аккумуляторов не будет доступен в обозримое будущее. Современные технологии хранения больше подходят для компенсации более коротких колебаний в несколько часов или дней.Более того, более широкое географическое распределение ветряных электростанций также требует расширения сети передачи.
Однако такая общеевропейская система возобновляемых источников энергии может по-прежнему предоставить Швейцарии возможность более экономно использовать свои гидроэнергетические мощности, чтобы компенсировать краткосрочные колебания.Необходимы политическая воля и расширение сети
Использование солнечной энергии для компенсации пропусков в течение нескольких дней будет работать в лучшем случае только на региональном уровне. Исследователи говорят, что для компенсации колебаний по всей Европе мощность солнечной энергии должна быть увеличена в десять раз.
«Солнце часто светит в спокойное время», — объясняет соавтор Стефан Пфеннингер из Института экологических решений ETH Zurich, — «но зимой в центральной и северной Европе часто бывает недостаточно солнечного света для выработки достаточного количества электроэнергии с использованием солнечных батарей. . " Поэтому не имеет смысла компенсировать колебания энергии ветра за счет значительного увеличения солнечной мощности.Теперь исследователи надеются, что производители энергии и сетевые операторы, а также правительства и политики услышат об этих новых открытиях и лучше координируют общеевропейское планирование и расширение сети.