Накопление электроэнергии: мировой тренд или очередная дань «‎зеленой»‎ моде?

К 2040 году объемы по хранению электроэнергии в мире вырастут в 100 раз.

Рынок систем накопления электроэнергии — один из самых динамичных рынков высоких технологий. Bloomberg прогнозирует, что объемы по хранению электроэнергии в мире вырастут более чем в 100 раз — до 1095 ГВт*час в 2040 году. Ожидается, что до 2030 года совокупная емкость систем накопления энергии в мире увеличится на 345 ГВт. Для сравнения в 2020 году этот показатель составлял всего 17 ГВт/34 ГВт*ч.

На сегодняшний день феномен накопления энергии представлен несколькими видами. Одни накопители превращают электрическую энергию в механическую, например, гидроаккумулирующие станции и маховики, другие преобразовывают электроэнергию в химическую энергию веществ внутри батарей, такие как литий-ионные аккумуляторы и др.

Самый первый промышленный накопитель — гидроаккумулирующая электростанция (ГАЭС). Первую ГАЭС построили в 1882 году в Швейцарии. В России первая ГАЭС появилась полвека назад совокупной мощностью 15,9 МВт.

С течением времени широкую популярность и распространение получил литий-ионный накопитель, который обеспечивает потребителю до 10 тысяч циклов «‎заряд—разряд»‎. Он быстро заряжается и имеет высокую плотность накапливаемой энергии.

Мировым трендом прямо сейчас, безусловно, являются возобновляемые источники энергии. Но они очень сильно зависят от погоды и времени суток, поэтому для их прорывного развития нужны мощные накопители.

Солнечные и ветряные станции будут вырабатывать к 2040 году больше 40% электроэнергии мира. Слишком сильный ветер или повышенная солнечная радиация могут повлиять на качество тока (его силу и частоту). Накопители электроэнергии значительно повышают надежность и эффективность частной энергосистемы. Они разводят во времени момент генерации и потребления электроэнергии. Периоды пониженного спроса на электроэнергию можно использовать для накопления, а повышенного — для разрядки.

Накопители могут работать и от сети электроснабжения, и в связке с солнечными панелями или ветрогенераторами. В первом случае, когда с электроснабжением все в порядке, устройство копит энергию. Если подача электричества отключается, накопитель начинает отдавать энергию в сеть автоматически. В случае появления напряжения в сети, накопитель несколько минут будет отслеживать его, затем автоматически переходит на режим зарядки. Чтобы не зависеть от центральной сети, можно подключить накопитель к солнечным панелям и обеспечить автономность дома.

Лидер в мировом производстве «умных» накопителей электроэнергии — Tesla. По состоянию на июнь 2023 года корпорация заявляла о 500 тысячах проданных устройств за все время. Конкурентами компании Илона Маска на глобальном рынке выступают BYD, Enphase, LG, Panasonic и другие.

Накопление энергии включает в себя два больших рынка — промышленные и домашние накопители. Промышленный накопитель отличается от домашнего емкостью (она может доходить до 2 МВт*ч) и внешним видом. Промышленные накопители используют электросетевые компании, промышленный бизнес, строители, аграрии. Применяют их вместо топливных генераторов — как резервный источник или как основной в труднодоступных местностях.

В 2023 году в Германии наблюдался чрезвычайно быстрый рост бытовых накопителей электроэнергии в связи с активной поддержкой государства. Их количество в домах перевалило за один миллион. Общая емкость бытовых накопителей по стране — примерно 12 гигаватт-часов.

В прошлом году более 500 тысяч новых накопителей были привязаны к домашним солнечным электростанциям. Такой рост неспроста — в Германии для развития накопительных устройств была разработана госпрограмма на 25 млн евро. В рамках программы гранты предоставлялись тем потребителям, кто готов интегрировать накопители в существующие частные энергосистемы с солнечными панелями. Например, в Берлине накопители субсидируются по программе «‎SolarPlus»‎ из расчета 300 евро за кВт*ч, максимальная субсидия — 15 тысяч евро.

Сейчас при установке солнечных станций в частных домах Германии оснащение накопителями электроэнергии — стандартная практика. Все больше и больше потребителей копят солнечную энергию, чтобы иметь к ней круглосуточный доступ.

Активно развивается не только солнечная, но и ветроэнергетика. Германия занимает третье место в мире по установленной ветровой мощности после Китая и США — в 2022 году мощность ветроэнергетики составляла 66 315 МВт. В стране активно идет процесс «repowering» — старые ветрогенераторы заменяются на более мощные и менее шумные. Уже существующая ветряная электростанция начинает производить больше электроэнергии, не увеличивая свои площади.

Спрос на накопление энергии в коммерческом секторе Германии также быстро растет. По итогам 2022 года число промышленных накопителей там достигло порядка 10 тысяч штук, причем в 2022-м было установлено почти четыре тысячи. 28 процентов компаний хотят установить накопители энергии в ближайшие три года. Основные мотивы — снижение затрат на электроэнергию (53%) и хранение электроэнергии для электромобилей (29%).

Во второй половине 2022 года немецкие домохозяйства в среднем платили 40,07 цента за киловатт-час (кВт*ч) по сравнению с 32,16 цента за кВт*ч в 2021 году. Среднее домохозяйство с годовым потреблением электроэнергии в 3 500 кВт*ч платило 116 евро в месяц.

В 2023 году на долю ветра, солнца и других возобновляемых источников энергии приходилось 52% потребляемой в Германии электроэнергии. Зеленая энергетика — устойчивый тренд немецкой экономики, ситуация с переходом на нее становится еще актуальной в связи с продолжительным энергокризисом во всей Европе.

В ОАЭ власти уделяют огромное внимание быстрому росту мощностей накопления и хранения электроэнергии.

Для страны солнечная энергетика может внести ощутимый вклад в развитие обрабатывающей промышленности и сферы обслуживания. Плотность энергии солнечного излучения в ОАЭ одна из самых высоких в мире (более чем в два раза выше, чем в Германии, являющейся одним из лидеров отрасли). В связке с низкой облачностью и высокой продолжительностью светового дня в ОАЭ солнечные технологии имеют огромный потенциал для роста. Помимо этого, песчаные массы содержат кремний – материал, используемый для производства фотовольтаических панелей.

Солнечная энергетика ОАЭ сильно влияет на местные домашние хозяйства, где бОльшая доля потребности в энергии приходится на кондиционеры. Нагрузка на охлаждающее оборудование возрастает с повышением температуры воздуха, и в эти же временные отрезки растут и объемы энергии с использованием солнечных панелей и накопителей электроэнергии – однозначный win-win!

Стоимость электричества, производимой на солнечных фермах ОАЭ, быстро снижается. Это происходит, в том числе, благодаря синергии технологий накопления и возобновляемых источников энергии. Продажа электричества потребителям за 1,5-2 центов за кВт*ч — реальность! Кстати, это стало сразу на 40% дешевле предыдущего рекорда стоимости солнечной энергии.

В ОАЭ построили крупнейшую в мире солнечную электростанцию — мы писали о ней в одном из прошлых материалов. Ее использование позволит сократить выбросы углекислого газа на 3,6 млн тонн, что эквивалентно удалению с дорог 720 000 автомобилей. Ожидается, что такая система сможет обеспечивать энергией более 160 000 домохозяйств. Большое количество солнечных дней и наличие огромных неиспользуемых площадей в пустыне делают ОАЭ идеальным местом для развития фотоэлектрического сектора и, соответственно, технологий накопления энергии.

Продолжая тему солнечной энергетики в ОАЭ, мы не можем упустить из виду город будущего — Масдар Сити. Он расположен недалеко от Абу-Даби. Особенность этого города заключается в том, что он полностью построен по зеленым стандартам. Проект был запущен в 2006 году, реализуется государственной компанией Abu Dhabi Future Energy Company. Город планируют окончательно достроить к 2030 году.

Порядка 90% местных зданий возвели из цемента, который производился с низким углеродным следом и на 90% из переработанного алюминия. Сами дома потребляют в среднем на 40% меньше воды и энергии, чем аналогичные объекты в других городах страны. Резюмируя: энергетические потребности Масдар Сити полностью зависят от солнечных и других ВИЭ.

Конечно, открывая международное представительство VOLTS в Эмиратах, мы решили разместиться в самом экологичном городе. Так, с 2019 года VOLTS UAE является частью экосистемы высокотехнологичного города Масдар-Сити.

Во многих странах Ближнего Востока использование систем накопления электроэнергии и возобновляемых источников — необходимость. Из-за крайне жаркого климата такая энергия универсальна и с каждым годом становится дешевле из-за масштабирования производств солнечных панелей, литиевых аккумуляторов и т.д.

А в некоторых точках планеты ситуация с электричеством настолько плоха, что без ВИЭ и накопителей электроэнергии просто не обойтись. Как правило, такие регионы либо вообще не электрифицированы, либо при наличии электричества частные энергосистемы включают всего на пару часов день — например, так происходит в Нигерии.

Рынок накопителей в РФ находится в стадии зачатия. До 2018-го года накопление энергии в промышленных масштабах было возможно только благодаря гидроаккумулирующим электростанциям. Сегодня Россия только начинает формировать рынок накопителей и внедряет их в разные сектора экономики.

В августе 2017 года Министерство энергетики РФ приняло «Концепцию развития рынка систем хранения электроэнергии в Российской Федерации». В документе сформулированы приоритеты и ключевые меры для создания в России новой перспективной отрасли, а также названы основные сценарии развития рынка накопителей.

По оценкам аналитиков, в 2020 году объем российского рынка накопителей электроэнергии составлял 126 МВт*ч, по итогам 2025 года он увеличится до 4,8 ГВт*ч, а в 2030 году достигнет отметки в 25,5 ГВт*ч. В денежном эквиваленте рынок накопителей в 2020 году оценивался в $44 млн. К 2025 году прогнозируется его рост до $500 млн, а к 2030 году — до $1,2 млрд.

К слову, в России VOLTS — единственный производитель накопителей электроэнергии для дома. Компания делает современные накопители энергии по собственной запатентованной технологии и помогает обеспечивать постоянное электроснабжение в домах и даже квартирах. Производство полного цикла таких устройств находится в Санкт-Петербурге.

В России есть много труднодоступных территорий. К ним не проведены линии электропередач. Например, множество таких локаций есть в Амурской, Иркутской, Магаданской, Мурманской областях, Красноярском, Камчатском, Приморском краях, республиках Саха, Тыва, Алтай, Коми и др. Поэтому энергоснабжение таких мест организуется с использованием местных объектов генерации.

Традиционно автономные электростанции в дальних районах — генераторы на дизельном топливе. При этом они требуют постоянного обслуживания, подвоза топлива и запчастей, а в случае с труднодоступными территориями речь идет о доставке сырья на вертолетах, самолетах или вездеходах, что обходится довольно дорого.

По оценкам аналитиков, установка ветрогенераторов, солнечных панелей и накопителей электроэнергии намного выгоднее строительства километров электросетей для снабжения удаленных районов. Поэтому одним из основных трендов развития таких территорий стало создание систем энергоснабжения с возобновляемыми источниками энергии. Такие проекты выходят на самоокупаемость в среднем через 10 лет.

С каждым годом накопители электроэнергии становятся все более совершенными и экономически доступными. На сегодняшний день накопители уже стали частью систем энергоснабжения на Дальнем Востоке, в Сибири и даже в Заполярье. Внедрение системы автономного энергоснабжения, ключевыми элементами которой станут солнечные панели и ветряки в связке с накопителями может обеспечить электроснабжение таких территорий до бесперебойного режима «24/7».