Электромобили и тепловые насосы: ключ к энергостратегии Швейцарии

Согласно новому исследованию швейцарского консорциума под руководством ETH Zurich, гибко управляемые тепловые насосы и электромобили в будущем смогут стать ключевыми поставщиками гибкости для швейцарской энергосистемы. Это может привести к снижению как импорта электроэнергии, так и ее стоимости.

Электромобили и тепловые насосы могут сыграть значительную роль в реализации Энергетической стратегии Швейцарии, направленной на достижение углеродной нейтральности к 2050 году. Ожидается, что в связи с переходом на тепловые насосы вместо систем отопления на ископаемом топливе и постепенной заменой автомобилей с двигателями внутреннего сгорания на электромобили, потребление электроэнергии возрастет с нынешних 56 до примерно 75 тераватт-часов в год к 2050 году.

Исследование консорциума PATHFNDR, входящего в программу SWEET, показало, что наряду с гидроэнергетикой, тепловые насосы и электромобили могут стать основными поставщиками гибкости для швейцарской энергосистемы в 2050 году. Как поясняет Кристиан Шаффнер, директор Центра энергетических наук ETH Zurich, эти технологии помогают лучше координировать растущее потребление электроэнергии с ее производством из возобновляемых источников. Это снижает нагрузку на электросеть, уменьшает импорт и понижает оптовые цены на электроэнергию, особенно в зимние месяцы.

Гибкость в повседневной жизни

При температуре 0°C тепловые насосы с интеллектуальным управлением могут отключаться до 10 часов в зданиях стандарта Minergie без заметного снижения температуры в помещении. Это помогает избежать одновременной работы большого количества тепловых насосов и перегрузки сети. Электромобили также часто остаются подключенными к сети дольше, чем необходимо для полной зарядки, например, если они заряжаются в гараже после рабочего дня. Это позволяет оптимизировать процесс зарядки в соответствии с доступностью электроэнергии. Исследование предлагает оптимальным вариантом зарядку автомобиля на работе, где в течение дня, когда светит солнце, многие автомобили припаркованы.

Больше собственной электроэнергии, меньше импорта

К 2050 году Швейцария планирует покрывать 50–60% своих потребностей в электроэнергии (45 ТВтч в год) за счет новых возобновляемых источников, таких как фотовольтаика, ветровая энергия и биомасса. Расчеты исследователей показывают, что эта цель станет достижимее благодаря гибкому потреблению электроэнергии тепловыми насосами и электромобилями. При общенациональной координации и гибком управлении этих устройств, в 2050 году в Швейцарии может быть использовано на 4% больше возобновляемой электроэнергии, в основном солнечной энергии весной и летом, которая иначе могла бы быть избыточной.

Кроме того, гибкие тепловые насосы и электромобили могут сократить чистый импорт электроэнергии примерно на 20% в течение года, особенно за счет увеличения чистого экспорта весной и летом. Это эквивалентно годовому потреблению около 0,5 миллиона швейцарских домохозяйств. По оценкам исследования, импорт электроэнергии Швейцарии также сократится примерно на 0,7 ТВтч в зимние месяцы, что соответствует 4,4%-ному снижению чистого импорта по сравнению с энергосистемой без гибко управляемых тепловых насосов и электромобилей.

Дешевле электричество и меньше газовых электростанций

Исследование также показывает, что оптовые цены на электроэнергию могут снизиться благодаря более равномерному распределению спроса и предложения с помощью гибких тепловых насосов и электромобилей. Наибольшее снижение цен ожидается в зимние месяцы (январь-март), когда оптовые цены могут уменьшиться до 6%. Исследователи также оценивают, что эксплуатация энергосистемы с поддержкой гибких тепловых насосов и электромобилей будет примерно на 4% дешевле, чем системы без этих двух поставщиков гибкости.

Кроме того, использование гибко управляемых тепловых насосов и электромобилей потребует строительства меньшего количества газовых электростанций и систем хранения энергии к 2050 году. Ожидается, что необходимые инвестиции в газовые электростанции и аккумуляторы снизятся примерно на треть. Газовые электростанции и батареи необходимы в первую очередь для компенсации пиковых нагрузок. Если электромобили и тепловые насосы возьмут на себя эту функцию, их потребуется меньше.

Гибкость, но с удобством

Согласно репрезентативному опросу, около 70% населения Швейцарии готовы способствовать стабильности сети за счет гибкого отопления и зарядки, при условии, что их удобство не пострадает, а управление будет автоматическим. Около 30% респондентов даже заявили, что готовы принять незначительные неудобства, если это приведет к снижению их счетов за электроэнергию.

Снижение пиковых нагрузок и расходов на модернизацию сетей

Одновременная зарядка автомобилей или работа тепловых насосов большим количеством домохозяйств может привести к пиковым нагрузкам в распределительной сети. Многие современные силовые кабели и трансформаторы не рассчитаны на такие нагрузки и требуют усиления. Исследователи проанализировали около 50 сетевых зон в Швейцарии и пришли к выводу, что гибко управляемые тепловые насосы и электромобили снизят пиковые нагрузки в районах, что позволит отсрочить и уменьшить необходимость дорогостоящих работ по модернизации распределительных сетей. Масштабы этих эффектов также зависят от того, являются ли районы городскими или сельскими.

Тарифы, поощряющие граждан

Для того чтобы электромобили и тепловые насосы могли эффективно выполнять функцию поставщиков гибкости к 2050 году, они должны быть оснащены необходимой технологией управления и связи. В настоящее время это не является повсеместной практикой. Авторы исследования поэтому рекомендуют субсидировать только те новые системы, которые обеспечивают гибкую и интеллектуальную работу. Кроме того, операторы электромобилей и тепловых насосов должны быть заинтересованы в изменении своего поведения при отоплении и зарядке. Для этого в исследовании рекомендуются, среди прочего, динамические тарифы на электроэнергию, которые поощряют гибкую зарядку и отопление. Однако, существенные локальные различия в тарифах и платежах за подачу энергии могут помешать реализации этой меры в Швейцарии.

Исследователи также отмечают, что инструменты поддержки в Швейцарии очень неоднородны, и до сих пор не существует национального «права на зарядку» для арендаторов с электромобилями, что, по их мнению, должно быть решено в ближайшее время.