Закрытие угольной станции: проблемы и решения

Компания Rio Tinto планирует досрочно, к 2029 году, остановить свою угольную электростанцию в Гладстоне, крупнейшую и старейшую в Квинсленде. Это решение, одобренное экологическими организациями, призвано сократить выбросы, однако оно ставит под угрозу стабильное энергоснабжение промышленных предприятий.

Гигаваттная станция обеспечивает электроэнергией алюминиевый завод Boyne, потребляющий сопоставимое с жилым сектором Сиднея количество энергии. Для компенсации мощности Rio Tinto намеревается использовать около 3 ГВт возобновляемых источников, но их непостоянный характер означает, что фактическая выработка составит лишь четверть от заявленной мощности. Завод не сможет безопасно функционировать без надежного источника энергии, способного обеспечить работу в ночное время и в периоды низкой солнечной активности или ветра, поскольку любая остановка может привести к необратимым повреждениям оборудования.

Закрытие станции через четыре года представляется нереалистичным. Более целесообразным подходом является поэтапный вывод из эксплуатации с одновременным строительством новых тепловых накопителей на территории действующей станции и вводом в строй новых генерирующих мощностей. Такой подход может соответствовать текущей энергетической политике правительства Квинсленда, которое, согласно последним планам, снижает амбиции в области возобновляемой энергетики, ставит под сомнение необходимость гидроаккумулирующих станций, поддерживает развитие газовых электростанций и рассматривает возможность продления срока службы старых угольных станций.

Энергосбережение и стабильность сети

Австралийская алюминиевая промышленность опирается на природные преимущества, включая месторождения бокситов и относительно низкие тарифы на электроэнергию. Даже при максимальном использовании существующих и планируемых к 2029 году сетевых аккумуляторных батарей, их суммарной мощности будет недостаточно для обеспечения работы завода Boyne даже в течение одного дня и ночи. Аккумуляторы наиболее эффективны для краткосрочного сглаживания пиковых нагрузок, но не решают проблему долговременного хранения энергии.

Гидроаккумулирующие станции способны обеспечить хранение энергии в больших масштабах. В случае строительства 2 ГВт-ной гидроаккумулирующей станции Borumba к 2029 году и ее приоритетного использования для нужд завода Boyne, это могло бы, теоретически, компенсировать потерю мощности станции в Гладстоне. Однако правительство рассматривает этот проект, и даже в случае его одобрения, станция будет необходима для обеспечения энергетического перехода Квинсленда и окупаемости значительных капиталовложений. Строительство, вероятно, продлится до 2033 года.

Угольные станции не только производят электроэнергию, но и обеспечивают синхронную инерцию сети благодаря вращению роторов генераторов, что критически важно для ее стабильности. Вывод из эксплуатации станции в Гладстоне приведет к потере значительного источника синхронной инерции. Без своевременной замены, например, синхронными конденсаторами, это может поставить под угрозу стабильность энергосистемы.

Мы сталкиваемся с парадоксом перехода: угольная генерация должна быть сокращена для борьбы с изменением климата, но этот процесс должен быть спланирован таким образом, чтобы обеспечить бесперебойное энергоснабжение и работу промышленности. Для этого необходимы эффективные системы хранения энергии и меры по стабилизации сети.

Что делать?

Для обеспечения надежности электроснабжения завода Boyne необходимо дополнить возобновляемые источники энергии разнообразными решениями для хранения энергии.

Термическое решение?

Реалистичным вариантом является постепенное сворачивание деятельности электростанции в Гладстоне, а не ее резкое отключение. Одним из подходов может быть использование тепловых накопителей в качестве дополнения к угольной генерации. Этот метод основан на накоплении тепла в расплавленных солях или других материалах, которое затем может быть преобразовано в электроэнергию.

Технология хорошо зарекомендовала себя: крупнейшая в мире тепловая батарея Noor Energy 1 в Дубае способна хранить около 6 гигаватт-часов энергии. Угольные станции плохо справляются с колебаниями выработки возобновляемых источников из-за времени, необходимого для их запуска и остановки. Тепловые накопители могут решить эту проблему.

При высокой выработке возобновляемой энергии угольная станция будет продолжать работать, но вместо производства электричества будет использовать уголь для нагрева расплавленных солей. Затем это тепло может быть преобразовано в электроэнергию в периоды пикового спроса, когда солнечная активность снижается, например, вечером и ночью. Это позволит отделить работу угольной станции от нестабильного спроса в сети, сократить потребление угля и выбросы, а также улучшить экономику угольной генерации.

В периоды избыточной выработки возобновляемой энергии, станция в Гладстоне может функционировать как тепловая батарея, накапливая излишки энергии в расплавленных солях при низких или даже отрицательных ценах и продавая ее обратно в сеть при росте цен. Возможно также добавление солнечных тепловых коллекторов для нагрева расплавленных солей, что еще больше снизит потребность в угле. Со временем роль станции может трансформироваться: она будет чаще использоваться как накопитель энергии и реже – как угольная электростанция.

В конечном итоге, генераторные установки могут перестать сжигать уголь на регулярной основе, но сохранят возможность его использования в экстренных случаях.

Настоящий переход – не только «включено» или «выключено»

Простое отключение крупной угольной станции и прекращение выбросов звучит привлекательно. Однако для крупных станций, связанных с алюминиевыми заводами, ситуация гораздо сложнее. Модернизация устаревшей угольной станции может показаться временным решением, но переходные процессы часто бывают сложными. Важно использовать имеющиеся активы с умом, сохраняя их полезные элементы и отказываясь от нежелательных – сжигания угля.

Хранение энергии в виде тепла менее эффективно, чем в аккумуляторах, но эффективность – не единственный критерий. Система должна быть работоспособной в переходный период. Тепловые накопители имеют срок службы более 30 лет, даже при ежедневном использовании. Рабочие могут применить свои навыки на новых объектах. В случае энергетической чрезвычайной ситуации или длительного снижения выработки возобновляемой энергии, старую угольную станцию можно будет использовать в качестве резервного генератора.

Добавление тепловых накопителей к станции в Гладстоне может помочь всей энергосистеме штата осуществить переход от угля и газа к возобновляемым источникам энергии и системам хранения.