Организация энергоснабжения населенного пункта на основе исключительно ВИЭ

Экология потребления.Наука и техника:Вильдпольдсрид с населением 2,5 тыс. производит в пять раз больше энергии, чем потребляется самим поселком. Избыток электроэнергии продается в электрическую сеть.

Поселок Вильдпольдсрид (Wildpoldsried) вызвал большой общественный интерес. Рассмотрим энергетическую концепцию деревни.

Вильдпольдсрид с населением 2,5 тыс. производит в пять раз больше энергии, чем потребляется самим поселком. Избыток электроэнергии продается в электрическую сеть. Поскольку электростанции поселка по большей части принадлежат гражданам или их объединениям, соответственно, они и зарабатывают на этих излишках.

История началась в 1997 году, когда был составлен План инновационного лидерства под названием «Мы-2020». Документ предусматривал переход полностью на возобновляемую электроэнергию к 2020 году. Известно, что ВИЭ развиваются стремительно, опережая самые смелые прогнозы. Так и в нашем случае, цель 100% ВИЭ была достигнута на много лет раньше.

Структура энергоснабжения

Сегодня деревня имеет пять биогазовых установок, почти 5 МВт солнечной (фотоэлектрической) генерации, 11 ветряных турбин общей мощностью более 12 МВт, сеть централизованного теплоснабжения на основе биомассы, три малых частных гидроэлектростанции, и 2100 квадратных метров солнечных тепловых систем (коллекторов).

В то время как первые две ветряные турбины были частично субсидированы федеральной землей Бавария, все следующие ветряки финансировали местные жители, многие из которых фермеры, занятые в молочном животноводстве. Для управления ветряными электростанциями (и их созданием) в 2001 г. было организовано специальной юридическое лицо, участниками которого стали порядка 100 граждан (минимальный взнос: 5000 евро, максимальный: 25 тысяч). Ветряные турбины, которые, в 2013 году выработали более 17000 МВт*ч электроэнергии (для сравнения все потребление поселка в 2014 году: 6323 МВт*ч), формируют порядка 80% доходов молочных ферм. Срок окупаемости ветроустановок: 10 лет.

Все общественные здания, 120 частных домов и 4 предприятия подключены к системе центрального отопления (отметим, что системы центрального отопления в Германии, в отличие от России и, скажем, Дании, были распространены мало. Сегодня их создание, в первую очередь на основе комбинированной генерации, набирает популярность и расценивается как важный способ повышения энергоэффективности электро- и теплоснабжения в стране. Существуют государственные и местные программы финансовой поддержки для развития централизованного теплоснабжения). Система была введена в строй в 2005 и регулярно расширяется.

Тепло в систему поставляется котлом мощностью 400 кВт, работающим на древесных отходах (местная древесина) и двумя биогазовыми установками (когенерация) по 250 кВт каждая (источник – местные с/х отходы). В качестве резерва и для обеспечения «абсолютно пиковых» нагрузок установлен дизельный котел мощностью 385 кВт. Система находится в муниципальной собственности, биогазовые станции – в частной.

Древесное топливо также применяется для индивидуального производства тепла в некоторых промышленных и жилых зданиях (щепа, пеллеты).

Геотермальные тепловые насосы используются в пяти домашних хозяйствах.

Большинство фотоэлектрических систем в поселке размещено на крышах около 200 частных домов. Девять муниципальных зданий, в том числе начальная школа, завод по переработке отходов, и спортивный центр также оснащены фотоэлектрическими системами.

Электроэнергия, вырабатываемая из солнца, ветра, биомассы продается региональной сетевой/сбытовой организации (AÜW) по фиксированной на 20 лет цене в соответствии с соглашением о закупке электроэнергии.

Правовой основой взаимоотношений местных производителей энергии и сетей является немецкий закон о возобновляемых источниках энергии (EEG), первая редакция которого была принята в 2000 г. (а правила, позволяющие сбывать возобновляемое электричество в сеть действуют Германии с 1990 года). В данном законе также определяется федеральный «зеленый тариф», по которому оплачивается возобновляемое электричество, и который действует упомянутые 20 лет от ввода генерирующих объектов в эксплуатацию.

Интеллектуальная сеть

Бум ВИЭ и сопровождающий его рост переменчивой генерации вызвал определенную головную боль у региональных энергетиков. Чтобы ее вылечить AÜW выбрали Вильдпольдсрид в качестве экспериментальной площадки для внедрения Smart Grid. В то же самое время Siemens подыскивал оператора сети, чтобы протестировать свои новые технологии интеллектуальных сетей. Так они нашли друг друга и объединившись запустили проект стоимостью 6,5 млн евро под названием IRENE — Integration of Regenerative Energy and Electric Mobility. Проект, который осуществлялся при поддержке министерства экономики Германии, и в котором участвовали также два ВУЗа, продолжался с 2011 по 2013 год включительно (отмечу, что в поселке ещё в 2009 году было произведено в 3,5 раза больше энергии, чем потреблено. Другими словами, отсутствие инструментария «умных сетей» не являлось препятствием для развития ВИЭ).

В качестве первого шага в поселке было установлено 200 измерительных устройств для анализа различных электрических переменных, таких как ток, напряжение, частота. Оценивалось, кто отдает энергию в сеть, кто потребляет, проводился поиск проблем, влияющих на стабильность сети. При выявлении проблем осуществлялась корректировка колебания напряжения с помощью регулируемого трансформатора. В систему были встроены накопители (Li-ion аккумуляторы) емкостью 162 кВт*ч для поддержки стабильности сети.

Ключевым элементом Smart grid и «мозгом» IRENE явилась самоорганизующаяся система автоматизации под названием SO EASY, назначением которой была балансировка спроса и предложения для поддержания стабильности сети. SO EASY принимает решения, следует ли отправлять электроэнергию в сеть или на хранение, учитывая погоду, цены на электроэнергию, качество электроэнергии и другие факторы. SO EASY содержит пять различных программных модулей – личный энергетический агент, баланс мастер, администратор, сетевой агент и энергетическая полиция (нажмите на картинку).

• Личный энергетический агент (personal energy agent – PEA). Каждый производитель-потребитель энергии в поселке имеет своего PEA. Это небольшое устройство позволяет производителю энергии определить, сколько энергии он или она хочет продать, в какое время и по какой минимальной цене. Данные обновляются каждые 15 минут.

• Баланс мастер установлен у сетевого оператора (AÜW), и принимает решения, какие из предложений PEA он готов принять, чтобы покрыть спрос в сети. Баланс мастер может планировать на день вперед, и принимает во внимание различные параметры, такие, как метеорологические данные.

• Администратор помогает сетевому оператору поддерживать стабильность сети, если в нее сбрасывается слишком много энергии. Администратор может регулировать поступления энергии из различных источников с помощью команд их личными энергетическим агентам, может отправлять энергию на хранение и регулировать напряжение через регулируемый трансформатор.

• Сетевой агент (Network transport agent) собирает данные от производителей, потребителей энергии, сети и снабжает ими Администратора, который вмешивается в случае превышения максимального напряжения, и Баланс мастера, который решает, какая энергия может быть принята без риска перегрузки сети.

• Энергетическая полиция следит за тем, чтобы все производители поставляли объемы энергии, обещанные их PEA, и чтобы никто не «откачивал» энергию незаконно.

В рамках проекта IRENE также исследовалось использование электромобилей в том числе для целей хранения избыточной энергии. В поселок были поставлены 30 электромобилей, которые сдавались в аренду гражданам и предприятиям. Результаты исследований содержатся в материалах проекта.

Проект IRENE закончился в 2013 году, его наработки послужили основой для нового — IREN2, который начался в конце 2014 года также с участием Siemens. Новый проект содержит целый ряд направлений, которые в общем можно описать как дальнейшую технологическую и экономическую оптимизацию распределенных энергетических систем.

Энергоэффективность

Использование ВИЭ является лишь одним из элементов идеи ответственного отношения к окружающей среде. Комплексный подход к устойчивому развитию предполагает также рациональное, экономичное использование ресурсов. Поэтому жители поселка занимаются не только, как могло бы показаться, развитием возобновляемой энергетики, но и решают вопросы энергоэффективности.

Некоторые здания, в том числе детский сад, построены по стандартам пассивного домостроения. Действуют программы энергетической санации (повышения энергетической эффективности) зданий. Муниципалитет частично финансирует проведение термографии (тепловизионного обследования). В период 2012 по 2014 г. все уличное освещение было переведено на светодиодные светильники.

В строительстве активно используется местное древесное сырье. Не только частные дома, но и общественные здания строятся из дерева. Даже местный спортивный центр был возведен из древесины. К слову это здание имеет положительный энергетический баланс: при годовом расходе электроэнергии в 20311 кВт*ч и тепла 97820 кВт*ч производство электроэнергии составило 137990 кВт*ч (данные 2009 года). Доходы от продажи избытка электроэнергии идут на содержание сооружения, муниципалитет не тратит ни цента.

Заключение

Развитие ВИЭ в Вильдпольдсрид – это не искусственно созданный, «спущенный сверху» пилотный проект, а «живое творчество масс», которое стало возможным благодаря созданию государством подходящих рамочных условий. Относительно ровная социальная структура, взаимное доверие и способность жителей договариваться между собой также явились предпосылками достижений.

Деревенский «энергетический поворот» благотворно сказался на экономике Вильдпольдсрид, создал более сотни рабочих мест, превратил поселение в центр «энергетического туризма», который посещают десятки делегаций ежегодно. В Вильдпольдсрид работают десятки предприятий, например, здесь расположена штаб-квартира крупнейшего немецкого производителя домашних систем хранения энергии Sonnenbatterie (к которому на днях «перебежали» управленцы из немецкого офиса Tesla, включая CEO).

Социальная сфера (образование, медицина, спорт…) также находятся на высоком мировом уровне.

История Вильдпольдсрид является ценным опытом умного внедрения распределенной генерации, который изучается и используется в Германии и во всем мире.