Невада, один з найбільш сонячних штатів США, як не дивно щоліта стикається з критичними проблемами енергопостачання. Високі температури призводять до екстремальних пікових навантажень, які спрямовуються на охолодження, а залежність від імпорту електроенергії робить систему вразливою. Український інженер-енергетик Іван Ткачук провів детальний аналіз можливостей інтеграції сонячних електростанцій та акумуляційних систем для підвищення енергетичної стійкості штату.
Його дослідження базується на даних NV Energy, U.S. Energy Information Administration, Національної лабораторії відновлюваної енергії та Департаменту енергетики США. Результати показують потенціал скорочення імпорту енергії на $150-200 мільйонів щороку та зниження тарифів на 5-12% протягом десяти років.
В ексклюзивному для today.ua інтерв'ю інженер розповів, чому Невада з її сонячним потенціалом досі залежить від сусідніх штатів, які технічні рішення можуть змінити ситуацію, та як досвід штату може бути корисним для України.
— Іване, чому ви зайнялися саме цією темою? Невада ж і так один з лідерів по відновлюваній енергетиці в США.
— Невада має один з найвищих рівнів сонячної інсоляції в США. Це створює величезний потенціал для розвитку сонячної енергетики, але без систем акумулювання ця енергія не може бути ефективно використана. Я проживаю в Лас-Вегасі, тому бачу проблему зсередини — влітку температура досягає 40-45 градусів, кондиціонери працюють на повну, і мережа ледве витримує навантаження.
— Які конкретно проблеми має енергосистема штату зараз?
— Їх декілька. Першою проблемою є нестабільність генерації від сонячних електростанцій. Виробництво залежить від часу доби та погоди. Вночі сонячні панелі взагалі не працюють, а саме ввечері, коли люди повертаються додому, попит на електроенергію зростає.
Другою — обмежена здатність до балансування навантажень. Традиційні газові та вугільні станції не можуть швидко реагувати на раптові зміни в генерації, бо це створює ризики перевантажень та відключень.
А третя — залежність від імпорту. Під час пікових навантажень Невада змушена отримувати електроенергію у сусідніх штатів. Влітку така закупівля може становити до 20-25% загального споживання.
— Скільки відновлюваної енергії зараз у Неваді?
— Невада вже генерує 28-30% електроенергії з відновлюваних джерел, більшість — сонячна. Це непоганий показник, але проблема в тому, що ця енергія не завжди доступна тоді, коли вона потрібна.
— І як це можна вирішити?
— Моя основна ідея полягає в тому, щоб накопичувати надлишкову сонячну енергію вдень та використовувати її ввечері, коли попит зростає, а сонця вже немає. Для цього потрібна інтеграція PV-систем з акумуляторами.
— Розкажіть детальніше про технічні рішення, які ви пропонуєте.
— Я рекомендую PV-системи різної потужності залежно від застосування. Для комерційних об'єктів — від 5 до 20 мегават. Для регіональних кластерів — від 100 до 500 мегават. Обладнання має включати монокристалічні панелі з ефективністю понад 20%, інвертори з функцією grid-forming та системи SCADA для моніторингу.
Важливим моментом є специфіка пустельного клімату Невади. Температури регулярно сягають 40-45 градусів, часто бувають пилові бурі. Тому обладнання потребує термостійких корпусів, систем активного охолодження та фільтрації повітря. Це необхідність для довговічності інвестицій.
Критично важливі — акумуляційні системи. Зараз оптимальним рішенням є літій-іонні батареї за співвідношенням ціна-ефективність. Вони швидко реагують на зміни навантаження. Для тривалішого зберігання можна використовувати flow batteries на 4-12 годин.
— Яка потужність акумулювання потрібна для всієї Невади?
— Моя рекомендація — від 1 до 2 гігават-годин. Це забезпечить автономність від 4 до 6 годин для критичних навантажень та дозволить зберігати надлишкову енергію, згенеровану вдень.
— А які технічні виклики виникають при інтеграції такої системи?
— Основні три виклики: стабільність мережі (grid stability), інтерференція з існуючими енергосистемами та деградація акумуляторів.
Щоб їх вирішити, я пропоную використовувати AI-оптимізацію для прогнозування навантажень та модульну архітектуру систем. Штучний інтелект може передбачити пікові навантаження на основі погодних даних, історичного споживання та поведінки користувачів. Це дозволяє заздалегідь підготувати систему до стрибків попиту.
Модульна архітектура означає, що систему можна нарощувати поетапно без великих одномоментних витрат, плюс легше проводити технічне обслуговування.
— Це ж величезні інвестиції. Скільки буде коштувати таке впровадження?
— Вартість оцінюється в $1.2-1.5 мільярда доларів. Так, це чимало, але окупність прогнозується за 6-9 років. Для енергетичних проектів такого масштабу це привабливий показник.
— А який економічний ефект це принесе штату?
— Економія для штату може становити $150-200 мільйонів щороку. Ця сума складається зі зменшення витрат на імпорт електроенергії, зниження штрафів за нестабільність мережі та уникнення витрат на будівництво додаткових пікових станцій.
Надійність енергопостачання зросте на 15-25%. Зменшення пікових навантажень може досягти 30%. Акумулятори забезпечать резервне живлення до 6 годин для житлових кластерів під час аварій.
Зниження тарифів для споживачів — 5-12% протягом 10 років. Плюс це може вплинути на екологічну ситуацію, а саме зменшення викидів CO₂ до 1.5 мільйона тонн на рік.
— Це ще й створить робочі місця?
— Так, від 4000 до 6000. Будівництво, встановлення, підтримка — все це потребує людей. І не тільки тимчасових будівельників, а й постійного персоналу для технічного обслуговування.
— Як це має впроваджуватися? Все одразу чи поетапно?
— Обов'язково поетапно. Перший етап — пілотні проєкти на 1-2 роки. Потрібно впровадити кілька локальних систем по 5-20 МВт у різних регіонах для збору даних та виявлення проблем.
Другий етап — масштабування протягом 3-5 років. Будівництво регіональних кластерів по 100-500 МВт плюс модернізація інфраструктури мереж.
Третій — повна інтеграція до 2032 року. Створення комплексної системи з потужністю акумулювання 1-2 гігават-години.
— Ви вивчали досвід інших штатів?
— Так, я аналізував успішні кейси Каліфорнії, Арізони та Техасу. Звідти адаптував моделі віртуальних електростанцій (VPP), тарифні стимули та технічні стандарти. Наприклад, Каліфорнія показала ефективність grid-scale батарей для балансування мережі, а Арізона — важливість термозахисту обладнання в умовах спеки.
— А що з регуляторними змінами? Чи потрібна підтримка держави?
— Безумовно, оскільки для реалізації потрібні оновлення стандартів NERC (Північноамериканської корпорації електричної надійності), підтримка net metering — коли домогосподарства можуть продавати надлишкову енергію в мережу, та субсидії на системи акумулювання.
Це добре вписується в політику штату щодо декарбонізації до 2050 року, яка вже прийнята на державному рівні.
— На яких даних базується ваш аналіз?
— Я використовував дані NV Energy — це основний енергопостачальник штату. Плюс статистика від U.S. Energy Information Administration, дослідження Національної лабораторії відновлюваної енергії та Департаменту енергетики. Також проводив власні польові спостереження пікових навантажень тут, у Лас-Вегасі.
— Ваш аналіз готується до публікації?
— Так, планую видати його у форматі white paper з детальними технічними специфікаціями, економічними розрахунками та рекомендаціями для впровадження.
— Чи можна застосувати цей досвід в Україні?
— Методологія аналізу та технічні рішення, розроблені для Невади, у інших країнах можуть бути застосовані з урахуванням місцевих особливостей та клімату. Принципи залишаються однаковими: підвищення стійкості через диверсифікацію джерел та акумулювання енергії.
Руйнування енерго інфраструктури внаслідок російських атак створює потребу в децентралізованих та стійких енергосистемах. Сонячний потенціал України, особливо на півдні, можна охарактеризувати як значний. Інтеграція PV-систем з акумуляторами може підвищити енергетичну незалежність та зменшити вразливість до атак на великі централізовані об'єкти.
— Що найважливіше у всьому цьому проекті?
— Головний висновок полягає в тому, що відновлювана енергетика потребує обов'язкового акумулювання. Сонячні панелі генерують електроенергію лише 6-8 годин на добу в піковому режимі, вітрові турбіни залежать від нестабільних вітрових умов. Акумуляторні системи дозволяють зберігати надлишок енергії вдень та використовувати її ввечері під час пікового споживання. Без накопичувачів енергії Невада й надалі залишатиметься залежною від імпорту електроенергії та викопних джерел під час пікових навантажень.
