A flexible bridge to the future: natural gas

Зміст лекції

1. Вступ
2. Класифікація генерації
3. Чому немає «ідеальної» генерації
4. Чим унікальний природний газ
5. Газ і сезонність
6. Гнучке споживання і ринок
7. Нові поняття
8. Що показує практика
9. Висновки

1. Вступ

Коли ми говоримо «енергосистема», зазвичай думаємо про великі масштаби — Україна, Європа, ENTSO-E. Але енергетика — це ще й рівень громади та навіть домогосподарства. І от саме там стає зрозуміло, наскільки важливим є природний газ. Він часто виступає тим самим «буфером», який тримає систему стабільною, коли інші джерела підводять.

2. Класифікація генерації

Щоб зрозуміти, чому газ такий особливий, давайте нагадаю кілька класифікацій.

1. За режимом роботи:

• базова (6500–7500 годин на рік)
• напівпікова (3500–5000)
• пікова (1500–2000)
• ультрапікова (<1000)

2. За рівнем напруги:

• висока (ОСП),
• середня (ОСР),
• низька (мережі споживача).

3. За надійністю:

• гарантована (вугілля, газ, атом),
• негарантована (сонце, вітер).

4. За диспетчеризацією:

• централізоване управління,
• диспетчеризація споживачем,
• робота «поза системою».

5. За технологією:

• ТЕС,
• АЕС,
• когенерація (переважно на газі),
• СЕС, ВЕС,
• ГЕС, ГАЕС.

3. Чому немає «ідеальної» генерації

Жоден вид генерації, окрім, можливо, природного газу, не здатен одночасно відповідати на всі потреби. Але й газ сьогодні залишається дуже дорогим ресурсом. Тому навіть на рівні одного населеного пункту оптимальною є система, що складається з кількох різних джерел генерації.

Візьмемо приклад сонячної електростанції. Її коефіцієнт використання встановленої потужності становить у середньому 15–17%. Це означає, що лише близько 16% часу станція працює на повну потужність, а решту енергії доводиться покривати з інших джерел. Взимку, у періоди хмарності та коротшого світлового дня, виробіток сонячної генерації зменшується у чотири рази.

Навіть за наявності систем накопичення побудувати повністю автономне енергозабезпечення виключно на основі СЕС практично неможливо. Досвід реалізованих в Україні проєктів показує, що якщо не виходити на ринок, то реально сонячними панелями можна закрити близько 20% власного споживання.

Рівень споживання завжди визначає рівень генерації. Якщо немає систем накопичення, то електроенергія виробляється рівно стільки, скільки потрібно тут і зараз. Зростає споживання — генерація має негайно закривати цю потребу за рахунок різних джерел.

На побутовому рівні частину потреби можна покрити сонячними панелями. У громаді — додати, наприклад, мікроГЕС чи невелику систему накопичення. Але ключовим буфером у балансі залишається природний газ.

4. Чим унікальний природний газ

Чому саме газ? Бо це унікальне паливо з низкою властивостей:

• можливість сезонного накопичення — газ можна закачати в сховище влітку й використати взимку;
• універсальність застосування — працює в дуже широкому спектрі обладнання;
• чистіше згоряння — без пилу, без золи, з меншими викидами забруднювачів;
• автоматизація — газові установки легко переводяться на автоматику;
• маневровість — газові ТЕС і ТЕЦ здатні швидко реагувати на зміни навантаження.

Саме завдяки цим перевагам природний газ ще десятиліттями залишатиметься важливою складовою енергетики Європи й світу. Заміна його «зеленим» воднем у промислових масштабах очікується не раніше ніж через 15–20 років.

Але є й слабкі сторони: видобуток газу зі свердловин відносно рівномірний, транспортувати його на великі відстані складно, а сховищ бракує. Тому ситуація у світі нерівномірна: в одних країнах газу надлишок, в інших — відчутний дефіцит.

5. Газ і сезонність

Споживання природного газу протягом року дуже нерівномірне. Влітку воно відносно невелике, а взимку різко зростає через роботу теплокомуненерго, потреби населення та генерацію електроенергії.

Що робимо в таких умовах? В опалювальний сезон, коли попит піковий, газ відбирається із підземних сховищ. А влітку, коли споживання низьке, надлишок видобутого чи імпортованого газу туди закачується.

Це дуже важлива властивість природного газу — можливість накопичення і гнучкого використання. Вона дозволяє вирівнювати сезонні та навіть добові коливання попиту. Для енергетики це справжня перевага: газ можна використовувати тоді, коли він найбільше потрібен, і це робить систему набагато стійкішою.

6. Гнучке споживання і ринок

У радянські часи усе було просто: ціна на електроенергію була фіксована. Для сільської місцевості діяв свій коефіцієнт, для промисловості — нічний коефіцієнт, але загалом ринок не працював, бо ціна була задана «згори».

Сьогодні ситуація інша. У нас діє ринок електроенергії, і ціни формуються погодинно. Є баланс між попитом і пропозицією, а також різні технології генерації, які впливають на цей баланс.

На слайді ви бачите картинку з РДН — ринку «на добу наперед»: погодинні ціни і відповідні обсяги електроенергії.

Звідси практичний висновок для будь-якого споживача: якщо ви хочете зменшити свої витрати на електроенергію, вигідніше планувати більше споживання вночі. Саме в ці години електрика дешевша, бо попит падає.

7. Нові поняття

Сьогодні ми поговоримо про кілька нових понять, які все частіше звучать в енергетиці.

Управління попитом – це такий всеохоплюючий підхід, який дозволяє впливати на те, скільки електроенергії і коли ми споживаємо. Головна мета проста: зменшити загальне споживання первинної енергії та згладити піки навантажень, коли система працює «на межі».

Друге поняття – активний споживач. Це може бути приватне домогосподарство, кооператив чи навіть окремий бізнес. Тобто не просто людина, яка купує електроенергію, а ще й виробляє її для себе, може зберігати її в акумуляторах, продавати надлишки в мережу чи брати участь у заходах з енергоефективності. Важливий момент: це не основна професійна діяльність такого споживача, а додаткова.

Є також механізм самовиробництва. Простими словами, це взаєморозрахунок між тим, скільки ви віддали електроенергії у мережу своїми сонячними панелями чи іншою установкою, і скільки потім відібрали з мережі. При цьому враховується і вартість передачі чи розподілу.

Далі – енергетичні кооперативи. У Європі вони надзвичайно поширені. Люди об’єднуються, будують сонячні чи вітрові станції, і далі ділять вироблену енергію між собою по собівартості. У нас же, згідно із законом, будь-яка електроенергія має продаватися в ринок, і це суттєво відрізняє підхід.

Ще один термін – менеджмент з енергозбереження. Це система управління, спрямована на те, щоб ми всі раціонально використовували енергоресурси. Звучить просто, але це ціла філософія і практика.

І, нарешті, реагування на попит. Це зміна у вашому споживанні електроенергії у відповідь на певні ринкові стимули: наприклад, ціна знижується вночі – ви переносите роботу обладнання саме на цей час. Або отримуєте заохочення за те, що зменшуєте навантаження у пікові години. В Європі це дуже поширена практика, а в Україні тільки починає розвиватися.

8. Що показує практика

Дивіться, є цікава статистика від СІГРЕ. Виявляється, що 98% програм реагування на попит у світі працюють не так, щоб споживачі продавали надлишки електроенергії. Чому? Бо більшість не хоче входити у складні торговельні відносини з енергосистемою. Натомість схема інша: енергосистема дає можливість вам «продавати послугу» — тобто домовитися в договорі, що у певний момент ви або зменшуєте, або збільшуєте своє навантаження за командою. І за це отримуєте оплату.

Тепер що показує практика. 90% усіх заходів з управління попитом насправді зводяться до зміни поведінки. Це коли домогосподарства, громади чи промислові підприємства, які мають системи енергоменеджменту, інтегрують у себе теплові та електричні мережі й налаштовують споживання так, щоб купувати більше в ті години, коли електроенергія дешева.

Ефект? Досить відчутний. Економія у 5–10% від загальних витрат на електроенергію цілком реальна — і це без жодних капітальних інвестицій. Тільки завдяки грамотній організації власного споживання.

А яке ж тоді «типове рішення»? От тут важливий момент: єдиного універсального рецепту не існує. Немає якогось стандартного проєкту чи поради, що підійшла б усім. Кожна громада, кожне підприємство формує свою модель управління попитом під власні умови.

9. Висновки

Коли ми говоримо про впровадження гнучкого споживання енергоносіїв — те, що ще називають управлінням попитом, — то часто постає питання: чи існує якесь універсальне рішення? І відповідь однозначна: ні, єдиного найкращого рішення бути не може.

Чому? Бо системи централізованого теплопостачання всюди різні. Вони відрізняються за:

• умовами роботи самої системи,
• типами теплових установок,
• цілями, які ставлять оператори чи громада,
• звичками у споживанні й поведінці кінцевих користувачів,
• топологією та розмірами мережі.

Крім того, є ще один важливий момент: теплове і електричне споживання змінюються синхронно із погодою. Тобто, коли надворі холодно — зростає попит і на тепло, і на електроенергію. Тому при проектуванні треба враховувати не лише обладнання, а й поведінку споживачів у електроенергетичній системі. І співвідношення теплового та електричного споживання завжди буде унікальним для кожного населеного пункту.

Висновок простий: коли ви проектуєте енергосистему — районну, локальну чи навіть побутову — треба закладати максимальну гнучкість. Основна умова: обладнання, яке вже є, має працювати у різних режимах, мати варіанти роботи.

У 2022–2023 роках робоча група СІГРЕ-Україна аналізувала міжнародний досвід. Ми дивилися на те, як працюють сучасні організаційні схеми й технічні рішення у розвинутих країнах. І зосереджувалися саме на техніці, бо економіка сьогодні дуже нестабільна: рішення, які вигідні зараз, завтра можуть стати збитковими. І навпаки. Українська практика регулювання цін на електроенергію лише додає невизначеності: різні тренди, різні сценарії прогнозування.

Що ж показали дослідження? Світова практика підтвердила, що найбільший потенціал управління попитом відкривається там, де одночасно:

• у ланцюжку є виробництво і споживання тепла (а частково й електроенергії),
• працює два, а ще краще — три і більше джерела енергії (наприклад: природний газ, децентралізоване виробництво з ВДЕ, електроенергія від загальної мережі, спалювання побутових відходів),
• існує інфраструктура, яка може інтегрувати все це в електричну мережу. Ідеальний варіант — це SMART GRID.

Тут важливо підкреслити: у європейському й українському регуляторних полях поняття «мікромережа» трактують по-різному. І це треба враховувати при плануванні.

🔗 Активні посилання

• Закон України «Про ринок природного газу» rada.gov.ua/laws/show/329-VIII
• Закон України «Про ринок електричної енергії» rada.gov.ua/laws/show/2019-19
• Енергетична стратегія України до 2050 року (проект) gov.ua
• ENTSO-E – European Network of Transmission System Operators for Electricity eu
• Європейська директива з енергоефективності (Energy Efficiency Directive 2023/1791/EU) eur-lex.europa.eu
• CIGRÉ – International Council on Large Electric Systems org
• IEA – International Energy Agency, Gas Market Report org/reports/gas-market-report