Комбинировать солнечные и ветровые электростанции полезно. Уже просто по той причине, что ветровые электростанции, в отличие от солнечных, работают ночью. Да и сезонные колебания снижаются. Во многих регионах солнечные электростанции зимой вырабатывают гораздо меньше, чем летом, а ветровые, наоборот, более продуктивно функционируют зимой.
То есть комбинация позволяет сглаживать суточные и сезонные колебания, повысить надёжность системы и снизить потребность в системах накопления энергии и балансировочных мощностях для интеграции переменных ВИЭ.
Это всё интуитивно понятно, однако дальше начинается сложная материя — планирование размещения энергетических объектов. Необходимо найти оптимальное сочетание, исходя из соображений надёжности и экономической эффективности.
Этому посвящена статья учёных из Технологического университета Лаппеэнранта в Финляндии «Задействование взаимодополняемости ветро-солнечных ресурсов для сокращения потребности в хранении энергии», опубликованная в журнале Aims Energy. В ней обобщены результаты многочисленных научных исследований по вопросу.
Поскольку вычислить указанный оптимум можно только применительно к конкретным условиям, учёные взяли для исследования три региона — Калифорнию, а также Финляндию и Саудовскую Аравию (кроме того, кратко рассматривается пример Израиля).
Отмечено, что производство ветровой энергии достигает пика в Калифорнии и Саудовской Аравии весной, а в Финляндии зимой.
Напротив, в Финляндии выработка солнечных электростанций в период с ноября по февраль может быть практически нулевой, тогда как в Калифорнии и Саудовской Аравии солнечные электростанции работаю весьма эффективно и зимой, в зависимости от местной погоды.
Профиль выработки солнечных и ветровых электростанций соотнесён с нагрузкой и другими характеристиками энергосистем. При этом определяется, насколько комбинация солнца и ветра позволит увеличить проникновение вариабельной солнечной и ветровой генерации в системы и снизить потребность в других ресурсах.
«Эффект сглаживания обычно измеряется с помощью корреляционных тестов, при этом отрицательная корреляция интерпретируется как наличие комплементарности», — отмечают исследователи. «Комплементарность в этом случае можно понимать как меру высокой степени распространения выработки переменной возобновляемой энергии во времени, что сокращает количество периодов, в течение которых энергия не вырабатывается комбинированными ветровыми и солнечными ресурсами».
По словам ученых, хотя взаимодополняемость солнечной и ветровой энергии не может полностью решить структурные проблемы, она может помочь снизить потребность в хранении энергии и расширении системы. «Когда разрешено ограничение выработки (curtailment), взаимодополняемость энергии ветра и солнца дает значительное преимущество за счет сокращения потребности в накопителях энергии и балансирующих мощностях, необходимых для достижения определенного уровня распространения» возобновляемых источников энергии в системах, — отмечается в документе.
Это явно показано, например, для случая Калифорнии, где, в случае допустимого curtailment = 15%, доля солнца и ветра достигает 81% при из комбинации 50/50%, а потребность в балансирующих мощностях (31 ГВт) и ёмкости хранения энергии (186 ГВт*ч) относительно невысока в сравнении с размерами системы (таблица 3).
Исследователи добавляют, что более широкая взаимодополняемость между объектами солнечной и ветровой генерации помогает также снизить потребность в резервных объектах, обеспечивающих резкое увеличение мощности (ramping).
Результаты работы показывают, что при той же мощности систем накопления энергии комбинация солнечной и ветровой энергетики позволяет увеличить долю переменных ВИЭ в системе на максимум 20% по сравнению со случаями, когда солнечная или ветровая энергетика внедряются отдельно.
Кроме того, использование других возобновляемых технологий (ГЭС, биоэнергетика и др.) позволяет выстраивать системы с долей ВИЭ в 100% или около 100% с умеренными потребностями в накопителях и других балансирующих мощностях.
