Трансмиссионные линии: где строить для "зелёной" энергетики

В Австралии солнечная и ветровая энергия уже обеспечивают 99% новых мощностей, покрывая более 40% потребностей основной энергосистемы. Для достижения углеродной нейтральности путём полной электрификации потребуется шестикратное увеличение использования этих возобновляемых источников. Это означает необходимость строительства новых линий электропередачи, поскольку существующие были спроектированы для соединения городов с угольными электростанциями, а лучшие ресурсы возобновляемой энергии расположены в других местах.

Многие новые проекты в сфере солнечной и ветровой энергетики сталкиваются с трудностями при подключении к сети. Оператор энергосистемы Австралии разработал план по прокладке 10 000 километров новых линий электропередачи. Однако эти масштабные проекты сталкиваются с серьёзными препятствиями: ростом затрат и протестами местных сообществ. Несмотря на компенсации землевладельцам до 200 000 австралийских долларов за километр, некоторые общины выступают против строительства новых ЛЭП.

В условиях необходимости новых линий и сложностей с их возведением, приоритезация становится ключевым фактором. Исследование, проведённое специалистами, отвечает на два важных вопроса: какие новые коридоры позволят максимально использовать ветровой и солнечный потенциал при минимальных затратах, и могут ли высоковольтные линии постоянного тока (HVDC) доставлять энергию из удалённых северных регионов в южные центры потребления?

Большинство существующих в Австралии линий электропередачи работают на переменном токе высокого напряжения (HVAC). Они эффективны для передачи энергии на расстояния до 1000 км, но теряют значительную часть мощности при преодолении больших дистанций (около 7% на каждые 1000 км). Для сравнения, высоковольтные линии постоянного тока (HVDC) способны передавать большие объёмы энергии с гораздо меньшими потерями на расстояния до 3000 км, а также под водой. В Австралии такие системы используются реже, ярким примером является подводный кабель Basslink между Викторией и Тасманией.

Для оценки потенциала новых HVAC-линий были использованы три ключевых показателя: объём новой солнечной и ветровой энергии, который может быть получен в расчёте на затраты на строительство ЛЭП; способность этих новых мощностей дополнять друг друга, снижая потребность в хранении энергии; а также возможность обходить стороной населённые пункты, города, реликтовые леса и национальные парки.

При анализе HVDC-линий моделировалось, какие коридоры позволят получить максимальный объём ресурсов при минимальных затратах и обеспечить поставку энергии в наиболее востребованные периоды для национальной энергосистемы (National Electricity Market) и крупнейшей энергосистемы Западной Австралии (South-West Interconnected System). Модель учитывала мощности солнечных, ветровых и накопительных установок, а также взаимосвязи между энергосистемами, с целью снижения средней стоимости электроэнергии в системе, включая затраты и потери, связанные с расстоянием для каждого возможного коридора.

Исследование выявило 147 перспективных HVAC-коридоров, соединяющих крупные города или существующие межсистемные соединения с территориями, обладающими значительным потенциалом возобновляемой энергетики. Наиболее привлекательные варианты расположены в Южной Австралии и Западной Австралии, позволяя связать высокопотенциальные возобновляемые ресурсы с городами через уже освоенные территории. Хорошие возможности также существуют в Новом Южном Уэльсе, Виктории и Квинсленде. В Квинсленде планы по строительству ветропарков на лесистых холмах к северу от Брисбена вызвали неоднозначную реакцию. Оптимальные маршруты ЛЭП в этом случае проходят западнее, во внутренние районы Квинсленда, избегая спорных территорий.

Что касается HVDC-линий, то в Австралии ещё не были построены линии большой протяжённости (более 800 км). Однако за рубежом они демонстрируют трансформационный потенциал. Стремительный переход Китая к электрификации во многом опирается на тысячи километров таких линий. Зимой скорость ветра в густонаселённых районах юго-востока Австралии снижается, а выработка солнечной энергии падает. При этом северные регионы страны в этот период обычно характеризуются высокой инсоляцией и ветром. Длинные HVDC-линии могли бы использовать эти ресурсы, соединяя объекты возобновляемой энергетики вблизи Перта или Дарвина с энергосистемами Мельбурна или Сиднея.

После моделирования 98 маршрутов было отобрано 20 наиболее перспективных. Каждый из этих вариантов способен существенно повлиять на цены на электроэнергию, снизив оптовые затраты на 8-18%. Наиболее эффективными окажутся линии, соединяющие источники возобновляемой энергии в районе Маунт-Айзы (Квинсленд), либо в регионах Алис-Спрингс или Виктория-Дейли (Северная территория) с национальной энергосистемой в Брисбене или ключевым межсистемным соединением Мельбурн-Сидней вблизи Вагга-Вагга. Западная Австралия, при текущем уровне спроса, получит незначительную выгоду от таких высоковольтных линий.

Масштабные системы хранения энергии, расположенные вблизи городов, как, например, Snowy 2.0, могут частично компенсировать необходимость в длинных HVDC-линиях, обеспечивая локальное покрытие сезонных дефицитов. Моделирование также поднимает вопросы относительно целесообразности передачи энергии от солнечных электростанций в районе Теннант-Крик в Сингапур через подводный кабель длиной 4600 км. Возможно, более эффективной окажется передача энергии на 2000 км на юго-восток.

Вовлечение местных сообществ является критически важным для успеха крупных проектов. Необходимо, чтобы местные жители ощущали прямые выгоды. Для количественной оценки этих выгод были смоделированы конкретные результаты, которые принесёт использование новых возобновляемых источников энергии в каждом муниципальном образовании. Среди них – ожидаемый объём годовой генерации, связанные с этим инвестиции, рабочие места и доходы от аренды земли. Эти выгоды можно сравнить на интерактивных картах, отдельно для регионов с преобладанием солнечной и ветровой генерации.

Например, потенциальная HVDC-линия к западу от Брисбена перенесёт возможности вглубь континента, принеся значительные выгоды таким городам, как Блэколл, Тамбо, Баркалдин, Мурве и Мараноа. Когда проекты по строительству трансмиссионных линий затягиваются, замедляется и прогресс в достижении углеродной нейтральности. В то время как правительства штатов и федеральные власти испытывают трудности с возведением необходимых линий электропередачи для расширения использования возобновляемых источников, результаты данного исследования могут стать ценным дополнением к общей стратегии оператора энергосистемы. Фокус на приоритетных коридорах ускорит удовлетворение растущего спроса.

Политики также могут рассмотреть возможность совмещения строительства новых линий с потенциальными проектами гидроаккумулирующих электростанций поблизости. Такие накопители энергии помогают балансировать переменную генерацию возобновляемых источников и максимизировать эффективность использования трансмиссионных линий.