Двадцять років тому альтернативна енергетика була блакитною мрією - про чисте повітря і нескінченних ресурсах. Сьогодні - і зовсім непомітно для нас, що живуть в Росії, де, окрім гідроелектростанцій, частка відновлюваних джерел енергії становить менше одного відсотка в загальному виробітку, - мрія перетворилася в реальність і ... головний біль! Ні, вітряки не стали раптом генерувати вуглекислоту, і для сонячних батарей і раніше більш ніж достатньо місця. Але спливли інші проблеми - в основному, скажімо так, перехідного віку. У наступні десять-двадцять років миру має бути не тільки значно послабити залежність від викопного палива, але, що важливіше, м'яко, без наслідків, замістити його енергією (перш за все) сонця і вітру.

В останні кілька років, відразу і якось раптом, стало зрозуміло, що ніхто не замислювався всерйоз над тим, наскільки важким виявиться перше зіткнення нової «чистої» і класичної «брудної» (заснованої головним чином на спалюванні - вугілля чи, газу, похідних нафти) енергетики. Проблеми, породжені цим зіткненням, вже не паперові, не теоретичні, а самі що ні на є життєві. Наприклад, близько місяця тому німецький енергогігант RWE AG (номер перший за обсягами генерації в Німеччині, який грає і помітну роль в Європі) попередив , Що має намір скоротити свої генеруючі потужності (газові і в меншій мірі вугільні) на 6% - у відповідь на скорочення попиту на електроенергію і сильне її здешевлення (ціни на електрику в Німеччині впали до мінімального рівня з 2004 року, і - привіт з 2016- го! - тепер вони навіть йдуть в негативну зону!).

Причиною ж обох факторів стала частково хвора економіка, але в більшій мірі конкуренція з боку компаній, що експлуатують вітряні і сонячні інсталяції. У RWE говорять так: багато звичайних електростанції в Європі тепер збиткові - і винна в цьому насамперед сонячна енергія! Схожі труднощі відчуває і головний конкурент RWE, гігант E.ON.

Хтось скаже: чудово! І європейські законодавці з цим в загальному згодні і продовжують субсидіювати «чисту» генерацію і підштовхувати до закриття найбільш шкідливих для навколишнього середовища звичайних електростанцій. Однак в тій же Німеччині, яка за обсягами альтернативної вироблення йде мало не попереду планети всієї (20% її електроспоживання сьогодні задовольняється вітром, сонцем і їм подібними) вже намітилася зворотна тенденція: субсидії альтернативщикам планується урізати. Чому? Уряд Меркель хвилює не стільки доля «бідних» енергогігантів, скільки ситуація з енергобезпекою країни. Але чому ж погані сонячні батареї і вітряки? Адже сонце чи згасне, а вітри - перестануть дути. Ні, не згасне і не вщухнуть, але у «чистої» енергії є специфічні особливості, до яких потрібно пристосуватися. А до тих пір, зменшуючи класичну генеруючу базу, Німеччина (та й будь-який інший регіон) позбавляє себе резервних потужностей, які можна буде задіяти в разі виникнення непередбачених ситуацій. І це тільки частина проблеми.

Щоб уявити складність завдання, що стоїть перед енергетиками, уявіть мережу з сотень вузлів: одні споживають електрику, інші його видають. Кожен вузол хоч і пов'язаний тільки з найближчими сусідами, звичайно, в деякій мірі залежить і від функціонування навіть найвіддаленіших вузлів мережі: адже якщо десь рветься лінія, виходить з ладу генератор, то навантаження на інші лінії і вузли моментально змінюється - і де -то може банально не вистачити товщини проводів, десь виявляться недостатньо потужні трансформатори на районних підстанціях, десь електростанції не зможуть покрити локальних потреб. Завдання це настільки складна і багаторівнева, що енергетики зводять її до горезвісного «сферичного тіла в вакуумі»: вузли представляють точками, лінії - графами, у кожного елемента свій набір параметрів - і виходить матриця чисел, обраховувати на комп'ютері. (Цікаво? Електротехнічні факультети чекають вас!)

Але поява значного обсягу альтернативних генеруючих потужностей ускладнює завдання ще на порядок. І в США , І в Європі Зараз запущені великі державні програми вивчення тих ефектів, які виникнуть в енергомережах при розширенні частки альтернативної генерації хоча б до однієї третини. Кінцева мета - гарантувати, по-перше, що споживачі не залишаться без електроенергії, а по-друге - що звичайні електростанції зможуть працювати і будуть зацікавлені в цьому. Таким чином, завдання розбивається на дві - і обидві в значній мірі лягають на плечі комп'ютерних систем і айтішників.

Що стосується першої, то вона виникає тому, що альтернативні генератори виробляють електроенергію в залежності не від поточних потреб (як вугільні або газові станції), а від примх погоди і часу доби. Крім того, навіть місця установки «чистих» електростанцій складно пов'язати з потребами споживачів (зрозуміло: вітру і сонцю немає діла до того, як багато електрики потрібно жителям даного району). Все це вимагає передачі електроенергії порівняно далі і, відповідно, перерахунку / перебудови існуючих ліній електропередач. Але це вимагає і більш точного контролю стану електромереж в кожен окремий момент.

Уявіть, у що перетвориться вищезгадана матриця, якщо в мережі з'явиться значна кількість альтернативних джерел електроенергії. Кожен будинок зможе переходити від споживання до генерації, віддаючи надлишки електрики в мережу. І якщо раніше генерація йшла тільки в окремих вузлах (власне на електростанціях), то тут сплески потужностей будуть непередбачувані ні в часі, ні географічно! Так що мало спроектувати електромережу, яка витримає такі навантаження, потрібно ще навчитися перетіканнями енергії управляти, а це вимагає дуже швидкої реакції.

Сьогодні, як кажуть фахівці, контроль електричних мереж реалізований на техніці і технологіях з невисокою частотою дискретизації. Як диспетчери, керівники перетіканнями енергії в мережах, контролюють їх стан? За допомогою так званих SCADA-систем - просто безлічі датчиків, розкиданих по лініях і підстанцій, інформація з яких передається на загальний пульт моніторингу, де наочно візуалізується комп'ютерами. Однак (сильно спрощуючи) існуючі SCADA-системи не здатні працювати з подіями коротше декількох секунд. Щоб наділити мережу такою здатністю, її необхідно наситити сенсорами і технікою, працюють дуже швидко і без участі людини, - в загальному, зробити «розумної» (є такий поширений термін: smart grid). Тут електроенергетика перетинається з областю завдань big data.

Як ви розумієте, навіть якщо все вийде порахувати, то перебудувати існуючі електромережі в «розумну» мережу за короткий проміжок часу не вдасться: це фантастично дорого. Уявіть, у що встане модифікація структури, яка залишається в загальному незмінною останні сто років! Тим часом часу на роздуми немає: поки Росія перебуває в нафтовому забуття, альтернативна енергетика в Європі і Сполучених Штатах розвивається темпами, набагато перевищують плани. І навіть по обов'язковому планом , Затвердженим членами Євросоюзу, більшість європейських держав через сім років повинні будуть покривати свої потреби в електриці «чистої» енергії мінімум на чверть! Тут-то і спливає неприємний нюанс: в існуючому вигляді електроенергетичні системи не зможуть без шкоди для себе витримати збільшення частки «чистих» джерел вище однієї п'ятої від загального обсягу генерованої потужності.

На щастя, рішення є. Сильно спрощуючи, ідея зводиться до того, щоб оперативно управляти звичайними електростанціями в залежності від потреб в конкретний момент в конкретному районі. Тобто, наприклад, сонячним літнім вечором, коли споживачі задовольняють свої потреби в електриці самі, газові електростанції потрібно тимчасово «вимкнути» (насправді - перевести в «холостий» режим), а коли сонце сховається, включити знову. Велике питання до останнього часу полягав в тому, що не перекриють виникають додаткові витрати (частина часу паливо витрачається даремно, прискорюється знос генераторів і т. П.) Вигод від економії, що надаються «чистої» енергії. Минулого тижня Міненерго США опублікувало звіт про серію досліджень, присвячених цьому питанню, із загальним оптимістичним висновком: не перекриють! Незважаючи на те що кожен мегават буде в середньому на долар дорожче, економія більше в десятки разів.

Таким чином, дано теоретичне «добро» на розширення частки альтернативної генерації до 35%. Це, в свою чергу, означає, що і США, і Європа зможуть розвиватися, не замислюючись про кардинальної перебудови електромереж, до 2020 року. Після цього в повний зріст постане проблема модифікації застарілих систем: знадобляться нові ЛЕП, станції акумуляції електроенергії, точне прогнозування погоди хоча б на добу вперед, залучення альтернативних генеруючих потужностей в процес регульованої генерації (не вічне газовим і вугільним станціям за всіх віддуватися!) І ... субсидування вже класичних електростанцій, які теж повинні будуть перебудуватися. Найважливішим якістю звичайних електростанцій нової епохи стане здатність оперативно виходити з нульовою потужності на повну, щоб покрити потреби мережі, що залишилася раптом без такої екологічної, дешевої, але такій непередбачуваній «чистої» енергії.