Александр Ескендиров Согласно новому исследованию, опубликованному в научном журнале Nature Water, ветровая и солнечная энергетика может служить надежным резервом для гидроэлектростанций в периоды сильных засух. Ученые проанализировали уязвимость мировых энергосистем, в которых доминирует водная генерация, и пришли к выводу, что интеграция возобновляемых источников способна предотвратить массовые отключения электричества без использования ископаемого топлива.
Гидроэнергетика остается основой глобального энергетического перехода. На сегодняшний день она является крупнейшим возобновляемым источником, обеспечивая около четырнадцати процентов всей производимой в мире электроэнергии. В более чем пятидесяти странах гидроэлектростанции покрывают свыше четверти национальных потребностей. Помимо прямой генерации, водохранилища обеспечивают критически важную гибкость энергосистем, сглаживая колебания от изменчивых источников на протяжении суток и целых сезонов.
Однако эта стабильность все чаще оказывается под угрозой из-за климатических изменений. Усиливающиеся засухи снижают надежность энергосистем. В 2021 году сильная засуха привела к падению выработки гидроэнергии в Калифорнии почти наполовину по сравнению со средними показателями предыдущего десятилетия. Следующим летом рекордная засуха на юго-западе Китая сократила производство гидроэнергии примерно на пятьдесят процентов. Многолетние засушливые периоды опустошают водохранилища до минимальных уровней сработки, что напрямую ставит под угрозу всю систему электроснабжения.
Традиционные методы повышения устойчивости энергосетей предполагают использование резервных тепловых станций на угле или газе, а также расширение линий электропередачи. Эти решения эффективны, но требуют высоких затрат и ведут к значительным выбросам углекислого газа. Солнечные и ветровые электростанции ранее редко рассматривались в качестве надежного резерва – из-за их прямой зависимости от погодных условий. В профессиональной среде они считаются недиспетчеризируемыми, то есть их нельзя включить по прямому требованию оператора. По этой причине исследования в основном фокусировались на средних показателях, упуская из виду потенциал взаимодействия источников в экстремальных условиях.
Группа исследователей предложила концепцию «синергии экстремального года». Для доказательства своей теории они детально изучили энергетический кризис 2023–2024 годов в Эквадоре. Энергосистема этой страны на семьдесят процентов зависит от гидроэлектростанций. Из-за двух подряд неудачных сезонов дождей водохранилища критически обмелели, что вынудило правительство вводить общенациональные отключения света длительностью до двенадцати часов в сутки на протяжении большей части 2024 года.
Анализ данных показал неочевидную закономерность. В обычные годы пик выработки солнечной и ветровой энергии в Эквадоре совпадает с пиком гидроэнергетики, что делает их одновременное использование нерациональным. Однако ученые сместили фокус и проверили, как ведут себя солнце и ветер не по отношению к абсолютным объемам воды, а по отношению к ее дефициту. Выяснилось, что в период засухи 2024 года провалы в гидроэнергетике пришлись ровно на те месяцы, когда генерация альтернативной энергии оставалась на высоком уровне. Эта скрытая обратная корреляция становится очевидной только в экстремально засушливые годы.
Исследователи смоделировали работу эквадорской энергосети при различных сценариях. Если в обычные годы намеренно ограничивать излишки ветровой и солнечной энергии, сохраняя воду в резервуарах как стратегический запас, то в засушливые годы эта сэкономленная вода компенсирует нехватку электричества. Такой подход позволяет водохранилищам быстрее наполняться и сохранять ресурсы для наиболее критических моментов. Фактически за счет грамотного управления водохранилищами изменчивые источники превращаются в управляемый диспетчерами резерв.
Специалисты отмечают, что данный механизм работает на трех взаимосвязанных временных отрезках. В течение суток лидирует солнечная энергия: ее дневной всплеск позволяет гидроэлектростанциям снизить выработку и обеспечить суточное микровосстановление уровня воды. На сезонном уровне подключается ветер, который берет на себя нагрузку в периоды, совпадающие с максимальным дефицитом осадков. В многолетнем масштабе вода экономится в течение одного засушливого года, что позволяет энергосистеме войти в следующий год с большими запасами, предотвращая блэкауты.
Авторы научной работы вводят понятие «косвенного» или «виртуального» кредита мощности. В условиях сильной засухи интегрированная система наделяет солнце и ветер эффективным кредитом мощности на уровне от пятидесяти до шестидесяти пяти процентов. Отказ от резервных тепловых станций в пользу такой синергии снижает долгосрочные углеродные выбросы, экономит топливо в период кризисов и сокращает общие затраты на содержание энергосистемы.
Для повсеместного внедрения этой модели потребуются дополнительные исследования. Эффективность подхода зависит от того, насколько стабилен потенциал солнца и ветра в конкретном регионе во время засухи. Тем не менее в условиях глобального потепления предложенный метод дает странам, зависящим от гидроэнергетики, экологичную альтернативу дорогостоящему сжиганию ископаемого топлива.
