Трансформация энергосетей под гнётом электромобилей

Всепобеждающее будущее почти наступило.

В 2019 году крупнейшие автоконцерны один за другим представили свой первые серийные электромобили, Tesla начала поставки авто с нового завода в Китае, а европейские государства смело объявляют о планах полностью запретить продажу машин с двигателем внутреннего сгорания уже через десять лет.

На этом фоне эксперты обсуждают возможные проблемы, с которыми человечество столкнется при резком росте числа действующих электромобилей. Одной из наиболее сложных в оценке тем стали перспективы электросетей в условиях возрастающей нагрузки.

А каков реальный запас прочности у имеющихся энергосетей — вопрос без точного ответа. Наверняка ясно лишь то, что развитым странам необходимо ускорить модернизации энергосетей для предотвращения перегрузок и блэкаутов.

Электросетевая компания National Grid plc разработала стратегию развития электросетей, в которой спрогнозировала переход 90% британского автопарка на электричество к 2050 году. При такой динамике на один лишь только электротранспорт потребуется дополнительно 18 ГВт вырабатываемой мощности. Для сравнения, установленная мощность самой крупной в мире ГЭС «Три ущелья» составляет 22,5 ГВт, а общая мощность семи действующих британских АЭС равна 9 ГВт. В условиях развития дорогой «зеленой» энергетики и массового закрытия АЭС в Европе, на пути электромобилей может встать очень прозаичная причина нехватки электроэнергии для подзарядки.

Не менее пугающей выглядит перспектива аварий на энергосистемах из-за перегрузок. В разных странах состояние линий и оборудования разнится не только между городами и поселками, но и между разными районами одного города. Использование быстрой зарядки для электромобилей увеличивает энергопотребление подключенного домохозяйства в разы, и сколько таких потребителей может выдержать подстанция — сложный вопрос.

В Санкт-Петербурге для семьи из трех человек установлена норма потребления 169 кВт⋅ч в месяц. Зарядка пустого аккумулятора Tesla Model S с емкостью 85 кВт⋅ч сопоставима с двухнедельной обозначенной нормой, из расчета на которую и строятся энергосети. Не говоря уже о том, что подключение Tesla к обычной домовой розетке потребует для восстановления полной емкости батареи двое суток, а быстрая домашняя зарядка Tesla Power Wall Connector на 20 кВт по зубам далеко не всякой проводке и трансформатору — всего несколько одновременно работающих Power Wall Connector гарантированно приведут к блэкауту в дачном поселке с не рассчитанными на такие нагрузки трансформаторами. Если городские энергосистемы имеют запас, позволяющий постепенно вводить в обиход электромобили, то электроснабжение коттеджных поселков или небольших старых почти не растущих городков совершенно точно нуждается в полном переосмыслении.

То же самое касается строительства общедоступных зарядных станций, разместить которые в удаленных от городов местах может быть сложно из-за неготовности ближайшей энергосети к высокой нагрузке. Здесь на помощь придут станции с гибридным питанием от сетевых и «зеленых» источников, способные хотя бы частично обеспечивать себя энергией самостоятельно. Например, в Швеции разработали и построили зарядную станцию Giraffe 2.0, функционирующую без подключения к энергосети — выработкой тока заняты ветрогенератор и солнечные панели. Расчетная мощность Giraffe 2.0 невелика, в сутки установка генерирует порядка 38 кВт, что не составляет и половины емкости одной батареи Tesla. Но в качестве демонстрации способа снижения нагрузки на энергосети проект крайне интересен.

По мнению американского исследователя Маттео Муратори из Национальной лаборатории возобновляемой энергии, для коллапса устаревшей энергосистемы достаточно, чтобы электромобилями была четверть всех используемых в городе машин. Автовладельцы непременно будут использовать быстрые зарядки, создавая пики потребления ночью и, что особенно опасно, в середине рабочего дня. Пока энергокомпании занимаются модернизацией сетей, блэкаутов можно избежать за счет разделения среди владельцев электромобилей таймслотов на подзарядку, которые помогут выровнять потребление в течение суток.

В следующие десятилетия энергетические компании ждут большие вынужденные вложения в модернизацию сетей, заплатит за которую, как нетрудно догадаться, потребитель. С вероятностью, близкой к абсолютной, вместе с популяризацией электромобилей исчезнет и бесплатная зарядка от городской сети, и бесплатные парковки, и налоговые льготы. Тем не менее, продуманный подход к модернизации позволит операторам сетей получить прибыль — через строительство автомобильных станций быстрой зарядки, через корректировку тарифной сетки, через рост потребления. Уже идущая автомобильная революция открывает новые возможности перед теми, кто готов к инвестициям, и несет убытки тем, кто желает сохранить статус-кво.