Как электромобили влияют на энергетическую систему

Начнем с основ. Энергетической системой называют совокупность электростанций и тепловых сетей, которые генерируют, преобразуют и распределяют энергию по потребителям. Тепловые сети мы рассматривать не будем. В наш прицел сегодня попадут только электросети. Для начала определимся с главными особенностями их работы:

• Непрерывность. Остановить работу мощной электростанции можно, но это займет время. Повторный пуск тоже требует времени. На практике станции работают непрерывно и отключаются только для капитального ремонта;

• Потребление равно генерации. Для соблюдения нормального режима энергосистемы составляют подробные графики нагрузок и сверяются с ними;

• Управление в реальном времени. За работой энергосистемы наблюдают тысячи диспетчеров. В случае критических ситуаций можно удаленно отключить целые районы и города.

Если спрос на электроэнергию вырос, ее генерацию на электростанциях можно временно увеличить. Избыток энергии можно быстро перебросить в другую область или даже страну. В энергетике есть такое понятие, как неравномерность графиков нагрузки. Отличный пример: резкий рост потребления в столице с 8 до 11 часов утра и вечером с 19 до 22 часов. В то же время в соседних городах потребление растет не так радикально – возникает серьезная неравномерность графиков нагрузки в пределах одной области. В этом кроется одна из потенциальных опасностей электромобилей. Если большое число водителей будет заряжать свои авто в период пиковых суточных нагрузок, в энергосистеме возникнет сильный дисбаланс. Но это на бумаге. Давайте посмотрим как это выглядит на практике. 

Китай – крупнейший производитель и потребитель электромобилей в мире. Общенациональный парк включает до 20,5 млн. единиц такого транспорта. Хоть страна недавно закрыла программу субсидирования покупок электрокаров, местные власти по-прежнему предлагают скидки и выгодные условия для крупных игроков рынка. Как результат, в Китае электротранспорт стоит примерно в 2 раза дешевле, чем в Европе. Помимо этого Китай занимает первое место в мире по показателю выработки электроэнергии. Сегодня он превышает 8,4 петаватт за год. Занятный факт: если убрать сокращение и привести число к более привычному формата, в нем будет 14 нулей. 

Согласно исследованию Bloomberg NEF, за 2023 год владельцы электромобилей в Китае потребили 35 тераватт-час энергии для зарядки электромобилей. По оптимистичным прогнозам, к концу 2024 года этот показатель достигнет 52 тераватт-час. Это больше суммарного годового потребления целой Греции. А для Китая мелочь: лишь 0,42% от показателя годового потребления электроэнергии. Секрет в следующем:

• Развитая и современная энергосистема. Старые сети можно обнаружить только за пределами крупных городов. Система работает стабильно и не боится пиковых нагрузок;

• Хорошая зарядная инфраструктура. Зарядные станции не только экономят время водителя электрокара, но и позволяют энергетикам получать актуальные данные о потреблении энергии и оптимизировать работу электросетей;

• Обилие генерирующих мощностей. Есть все: атомные и тепловые станции, ветровые турбины, поля солнечных панелей и даже приливные станции. В систему заложен небольшой запас мощности, так что Китай не столкнется с дефицитом энергии;

• Быстрая замена аккумуляторов. Эта услуга распространяется по Китаю со скоростью пожара и уже доступна в крупных городах страны. На специальной станции разрядившийся аккумулятор меняют на готовый к работе, что быстрее полноценной зарядки. Его обслуживанием занимаются специалисты в те периоды, когда спрос на энергию минимален.

Пример Китая показывает, что даже взрывной рост спроса на электромобили не приводит к проблем с энергетикой. Городское электрооборудование и проводка продолжают работать в штатном режиме, поскольку доля электрокаров в суммарном потреблении незначительна. В случае Китая большую часть энергии потребляют домохозяйства и промышленные предприятия. 

Самым “электрифицированным” местом планеты является штат Калифорния, США. Зеленый транспорт здесь крайне востребован. По словам энергетиков, рекорд потребления энергии электромобилями составил 0,4% от суммарного потребления штата. Это сопоставимо с показателем Китая. Рост спроса на энергию напоминает ситуацию начала и середины 20 века. В это время получили распространение кондиционеры и холодильники. Противники новой бытовой техники утверждали, что она негативно влияет на энергосистему. Однако спрос на электричество в США тогда рос на 1-2% ежегодно в течение пары лет, после чего рост на время прекратился. Катастрофы не произошло.  

Суммарное потребление электроэнергии в странах Европы в 2023 году составило порядка 4,6 петаватт. В отличие от Китая, в европейском региона существенная доля электроэнергии поступает от возобновляемых источников энергии. К примеру, Германия является одним из мировых лидеров по числу ветряных электростанций. “Зеленая” энергетика имеет один существенный недостаток: непостоянство режимов работы. Светит солнце? Дует ветер? Электричество точно будет. А если условия неподходящие, европейский потребитель вынужден полагаться работу тепловых и атомных электростанций. При этом проблем в работе энергосистемы не наблюдается по ряду причин:

• Хорошее техническое состояние. Правительства европейских стран и даже ЕБРР выделяют значительные средства на модернизацию и обслуживание энергетических систем;

• Легкое покрытие пиковых нагрузок. В этом очень помогают солнечные станции и ветряки. Они поддерживают систему и уменьшают неравномерность графиков суточного потребления энергии;

• Большое число АЭС. Если потребление достигает критических отметок, Европа может обеспечить себя электричеством за счет многочисленных французских АЭС. Так как почти вся Европа подключена к общей энергосистеме, страны могут легко воспользоваться “резервным” запасом мощности. 

Главной особенностью энергосистемы Европы является наличие запаса мощности и широкие маневренные возможности. Под последним понимают способность системы реагировать на постоянные колебания генерации и потребления, быстро уравнивать их и поддерживать бесперебойную работу. Эта особенность была заложена в систему еще много лет назад, когда европейцы решили перейти к возобновляемым источникам энергии. Что касается электромобилей, то на европейскую энергетику они почти никак не повлияли. И это несмотря на значительный парк: до 11,8 млн электрифицированных авто на всю Европу. 

За 2021 год в Украине было сгенерировано 156 тераватт электроэнергии. Формально Украина является частью Европейского энергетического союза (пока только такого) и может получить недостающую энергию из дружески настроенных стран. Напоминаем, что за 2023 год в страну ввезли 38 тысяч батарейных электромобилей и гибридов. Относительно других стран Европы это немного, однако случай нашей страны особенный – на электрокары уже приходится ощутимая доля всех продаж авто, а “тянуть” их зарядку будет морально устаревшая энергосистема. Вот несколько ее особенностей:

• Зависимость от импорта энергии. Почти вся энергия в Украине вырабатывается на АЭС и крупных ТЭС. Слабую маневренность системы приходится компенсировать импортом энергии;

• Большая часть генерирующих мощностей рассчитано на работу в базовом режиме. Повышать или понижать выработку энергии можно, но нежелательно. Возобновляемые источники энергии могли бы компенсировать пиковые суточные нагрузки, однако эта отрасль энергетики в Украине еще развивается;

• Необходимость обновления и модернизации. В целом, система надежна и может продолжительное время работать с перегрузками 10% от нормы и выше. Однако для лучшей стабильности и безопасности ее нужно обновлять.

Текущих возможностей системы хватает для покрытия потребностей всех электромобилей, которые эксплуатируются в Украине. Парк такого транспорта будет постепенно расти из года в год, а с ним и спрос на электроэнергию. Если все процессы будут происходить постепенно, стабильность работы энергосистемы не снизится. 

За последние 5 лет мы не слышали ни об одной крупной аварии, вызванной зарядкой большого числа электромобилей. Немало скептиков утверждало, что новый вид транспорта может негативно сказаться на работе энергосистемы. Однако сегодня существуют лишь один способ для ее дестабилизации: одновременно поставить на быструю зарядку все электромобили в стране. На практике мы видим примерно то же, что и 50-70 лет назад в эпоху распространения холодильников и телевизоров: суточное потребление электричества растет, а энергосистема быстро адаптируется под меняющиеся условия работы.