Як електромобілі впливають на енергетичну систему

Почнемо з основ. Енергетичною системою називають сукупність електростанцій і теплових мереж, що генерують, перетворюють і розподіляють енергію по споживачах. Теплові мережі ми розглядати не будемо. У наш приціл сьогодні потрапили тільки електромережі. Для початку визначимося з головними особливостями їхньої роботи:

• Безперервність. Зупинити роботу потужної електростанції можна, але це неможливо зробити швидко. Повторний пуск теж потребує часу. На практиці станції працюють безперервно і відключаються тільки для капітального ремонту;

• Споживання дорівнює генерації. Для дотримання нормального режиму енергосистеми складають докладні графіки навантажень і звіряються з ними;

• Управління в реальному часі. За роботою енергосистеми спостерігають тисячі диспетчерів. У разі критичних ситуацій можна віддалено відключити цілі райони і міста.

Якщо попит на електроенергію зріс, її генерацію на електростанціях можна тимчасово збільшити. Надлишок енергії можна швидко перекинути в іншу область або навіть країну. В енергетиці є таке поняття, як нерівномірність графіків навантаження. Чудовий приклад: різке зростання споживання в столиці з 8 до 11 години ранку і ввечері з 19 до 22 години. Водночас у сусідніх містах споживання зростає не так радикально - виникає серйозна нерівномірність графіків навантаження в межах однієї області. У цьому криється одна з потенційних небезпек електромобілів. Якщо велика кількість водіїв заряджатиме свої авто в період пікових добових навантажень, в енергосистемі виникне сильний дисбаланс. Але це на папері. Давайте подивимося як це виглядає на практиці. 

Китай – найбільший виробник та споживач електромобілів у світі. Загальнонаціональний парк охоплює до 20,5 млн одиниць такого транспорту. Хоч країна нещодавно закрила програму субсидування купівлі електрокарів, місцева влада, як і раніше, пропонує знижки та вигідні умови для великих гравців ринку. Як результат, у Китаї електротранспорт коштує майже вдвічі нижче, ніж у Європі. Крім цього Китай посідає перше місце у світі за показником вироблення електроенергії. Сьогодні він перевищує 8,4 петаватт за рік. Цікавий факт: якщо прибрати скорочення та привести число до більш звичайного формату, в ньому буде 14 нулів.

Згідно з дослідженням Bloomberg NEF, за 2023 рік власники електромобілів у Китаї спожили 35 терават-годин енергії для зарядки електромобілів. За оптимістичними прогнозами, до кінця 2024 року цей показник сягне 52 терават-години. Це більше за річне споживання цілої Греції! А для Китаю дрібниця: лише 0,42% від показника річного споживання електроенергії. Секрет у наступному:

• Розвинена та сучасна енергосистема. Старі мережі можна знайти тільки за межами великих міст. Система працює стабільно і не боїться пікових навантажень;

• Гарна зарядна інфраструктура. Зарядні станції не тільки економлять час водія електрокара, а й дають змогу енергетикам отримувати актуальні дані про споживання енергії та оптимізувати роботу електромереж;

• Велика кількість генеруючих потужностей. Є все: атомні та теплові станції, вітрові турбіни, поля сонячних панелей і навіть припливні станції. У систему закладено невеликий запас потужності, тож Китай не зіткнеться з дефіцитом енергії;

• Швидка заміна акумуляторів. Ця послуга поширюється Китаєм зі швидкістю пожежі і вже доступна у великих містах країни. На спеціальній станції розряджений акумулятор змінюють на готовий до роботи, що швидше за повноцінну зарядку. Його обслуговуванням займаються фахівці в ті періоди, коли попит на енергію мінімальний.

Приклад Китаю демонструє, що навіть вибухове зростання попиту на електромобілі не призводить до проблем з енергетикою. Міське електрообладнання та проводка продовжують працювати в штатному режимі, оскільки частка електрокарів у загальному споживанні не є суттєвою. У випадку Китаю більшу частину енергії споживають домогосподарства та промислові об’єкти. 

Найбільш "електрифікованим" місцем планети є штат Каліфорнія, США. Зелений транспорт тут має неймовірний попит. За словами енергетиків, рекорд споживання енергії електромобілями склав 0,4% від загального споживання штату. Це можна порівняти з показником Китаю. Зростання попиту на енергію нагадує ситуацію початку і середини 20 століття. У цей час набули поширення кондиціонери та холодильники. Противники нової побутової техніки стверджували, що вона негативно впливає на енергосистему. Однак попит на електрику в США тоді зростав на 1-2% щорічно протягом кількох років, після чого зростання на деякий час припинилося. Катастрофи не сталося.

Загальне споживання електроенергії в країнах Європи у 2023 році склало близько 4,6 петаватт. На відміну від Китаю, в європейському регіоні істотна частка електроенергії надходить від поновлюваних джерел енергії. Наприклад, Німеччина є одним зі світових лідерів за кількістю вітряних електростанцій. "Зелена" енергетика має один суттєвий недолік: непостійність режимів роботи. Світить сонце? Дме вітер? Електричний струм точно буде. А якщо умови невідповідні, європейський споживач змушений покладатися на роботу теплових і атомних електростанцій. При цьому проблем у роботі енергосистеми не спостерігається з низки причин:

• Гарний технічний стан. Уряди європейських країн і навіть ЄБРР виділяють значні кошти на модернізацію та обслуговування енергетичних систем;

• Легке покриття пікових навантажень. У цьому дуже допомагають сонячні станції та вітряки. Вони підтримують систему та зменшують нерівномірність графіків добового споживання енергії;

• Велика кількість АЕС. Якщо споживання досягає критичних позначок, Європа може забезпечити себе електрикою за рахунок численних французьких АЕС. Оскільки майже вся Європа підключена до загальної енергосистеми, країни можуть легко скористатися "резервним" запасом потужності.

Головною особливістю енергосистеми Європи є наявність запасу потужності та широкі маневрені можливості. Під останнім розуміють здатність системи реагувати на постійні коливання генерації та споживання, швидко згладжувати їх та підтримувати безперебійну роботу. Ця особливість була закладена в систему ще багато років тому, коли європейці вирішили перейти до відновлюваних джерел енергії. Щодо електромобілів, то на європейську енергетику вони ніяк не вплинули. І це попри значний парк: до 11,8 млн електрифікованих авто на всю Європу. 

За 2021 рік в Україні було згенеровано 156 терават електроенергії. Формально Україна є частиною Європейського енергетичного союзу (поки що тільки такого) і може отримати енергію, якої бракує, з дружньо налаштованих країн. Нагадуємо, що за 2023 рік у країну ввезли 38 тисяч батарейних електромобілів і гібридів. Щодо інших країн Європи це небагато, проте випадок нашої країни особливий - на електрокари вже припадає відчутна частка всіх продажів авто, а "тягнути" їхню зарядку буде морально застаріла енергосистема. Ось кілька її особливостей:

• Залежність від імпорту енергії. Майже вся енергія в Україні виробляється на АЕС і великих ТЕС. Слабку маневреність системи доводиться компенсувати імпортом енергії;

• Значна частина генерувальних потужностей розрахована на роботу в базовому режимі. Підвищувати або знижувати вироблення енергії можна, але небажано. Відновлювані джерела енергії могли б компенсувати пікові добові навантаження, однак ця галузь енергетики в Україні ще розвивається;

• Необхідність оновлення та модернізації. Загалом, система є надійною та може тривалий час працювати з перевантаженнями 10% від норми та вище. Однак для кращої стабільності та безпеки її потрібно оновлювати.

Поточних можливостей системи вистачає для покриття потреб усіх електромобілів, що експлуатуються в Україні. Парк такого транспорту буде поступово зростати з року в рік, а з ним і попит на електроенергію. Якщо всі процеси відбуватимуться поступово, стабільність роботи енергосистеми не знизиться.

Внаслідок зростання кількості електромобілів проблема високих пікових навантажень стане гострішою. Тут є 2 варіанти: збільшити вироблення енергії від альтернативних джерел або імпортувати з-за кордону. Гарні обидва варіанти, але перший кращий. Незважаючи на можливість купівлі енергії у сусідів практично в будь-який момент, сучасна країна має бути енергетично самодостатньою - це одна із запорук її безпеки.