Біометан для регулювання енергосистеми України

Опоненти розвитку ВДЕ, як правило, наводять кілька технічних аргументів неможливості досягнення великої частки ВДЕ в енергосистемі: 

• Швидкий розвиток ВДЕ призводить до проблем з балансуванням енергосистеми навіть у деяких країнах ЄС. 

У певні піки споживання маневрена газова генерація не справляється і балансування відбувається за рахунок вугільної генерації, або за рахунок перетоків з сусідніх країн, приводячи до збільшення викидів парникових газів від теплової генерації у цих країнах. В Україні до цього явища застосовують термін "зелено-вугільний парадокс". 

• Країни, які намагається досягти найбільшої частки ВДЕ в генерації можуть створювати небаланси для інших країн і проблеми на їх шляху до енергетичного озеленення.

Якщо коротко, то суть цих аргументів зводиться до тези – високої частки ВДЕ в енергосистемі досягти неможливо, оскільки не вирішене технічне питання за рахунок яких вуглецево нейтральних джерел балансувати такі системи. 

Автори цих думок праві у констатації факту, що без суттєвого нарощування частки вуглецево нейтральних маневрових потужностей і накопичувачів енергії високу частку ВДЕ в енергосистемі досягти практично неможливо. 

Тому створення таких потужностей є вкрай актуальною задачею. Наразі в світі розглядають кілька можливостей вуглецево нейтрального балансування енергосистем з високою часткою ВДЕ. 

Гідроенергетика та гідроакумулюючі потужності

Саме вони зараз виконують основну роль вуглецево нейтрального балансування енергосистем в більшості країн світу, включаючи Україну. На жаль резерв подальшого розвитку гідроенергетики в Україні вже практично вичерпано, а резерв будівництва гідроакумулюючих потужностей суттєво обмежений технічними і екологічними вимогами. 

Маневрена генерація на природному газі

Наразі широко розповсюджений і найбільш технічно готовий тип генерації, проте він не є вуглецево нейтральним. Генерація на природному газі утворює менше викидів парникових газів, ніж генерація на вугіллі, проте значно більше, ніж генерація на ВДЕ. 

Саме тому природний газ розглядається в Європейському зеленому курсі тільки як перехідне паливо, використання якого має бути практично зупинене до 2050 р. 

Розрахунки фінської компанії Wärtsilä, яка прорахувала для України сценарії розвитку електроенергетики до 2050 року, показують, що сценарій, який забезпечує найдешевшу електроенергію, передбачає частку 83% ВДЕ до 2050 року (в основному з сонця і вітру). 

Інші 17% планується отримувати за рахунок маневрених потужностей на природному газі і накопичувачів енергії. 

Накопичувачі енергії

Дуже перспективний напрямок для частотного регулювання, а також перенесення надлишків виробленої електроенергії в межах доби. Зокрема, очікується що такі системи у недалекому майбутньому зможуть накопичувати надлишкову електроенергію від сонячних електростанцій у денний період і віддавати її в систему у вечірній пік споживання. 

Накопичувачі на базі акумуляторів не розглядаються як перспективні для сезонного перенесення надлишків енергії, наприклад, з літнього на зимовий період. 

Зелений водень

Це водень отриманий з відновлюваних джерел – в основному шляхом електролізу води за рахунок сонячної і вітрової електроенергії. Також дуже перспективний напрямок як для внутрішньодобового, так і міжсезонного перенесення енергії. 

Проте на сьогодні він достатньо дорогий і потребує значних інвестицій в модернізацію газової інфраструктури і газового обладнання. Більшість прогнозів широкомасштабного використання зеленого водню передбачають створення окремої нової інфраструктури для зеленого водню (нові воднепроводи та газове обладнання для використання водню). 

Синтетичний метан

Щоб запобігти значних інвестицій в модернізацію газової інфраструктури і газового обладнання багато експертів пропонують метанацію зеленого водню (проведення реакції CO2 + 4H2 = CH4 + 2H2O) з отриманням синтетичного метану. 

Зокрема, оцінки фінської компанії Wärtsilä Corporation демонструють, що з урахуванням вартості модернізації газової інфраструктури під використання водню, більш рентабельним є конвертація зеленого водню у синтетичний метан з використанням існуючої газової інфраструктури. 

Біометан

Це біогаз, доведений до якості природного газу, що містить, як правило, 95-98% метану (СН4). В основному його отримують з біогазу, який отримано шляхом анаеробної ферментації біомаси, за рахунок видалення з нього СО2. 

Основною перевагою біометану є повна готовність газової інфраструктури до його транспортування і енергетичного використання, оскільки біометан є повним аналогом природного газу. 

Залишаються незмінними газопроводи, газові котли та двигуни, газові електростанції, інше енергетичне обладнання, що спроектоване для використання природного газу. 

По друге, вартість біометану є конкурентною до вартості зеленого водню на найближчу перспективу. В таблиці наведені прогнозні розрахунки вартості одиниці енергії в біометані та зеленому водні і їх порівняння. 

Як видно, наразі біометан приблизно втричі дешевше зеленого водню, в 2050 році очікується їх зрівняння по вартості, і лише при зменшенні вартості зеленого водню нижче за 2 $/кг зелений водень може стати дешевшим за біометан. 

Серед інших переваг біометану слід відмітити наступні. Україна має найбільшу в Європі площу сільськогосподарських угідь і, відповідно, один з найбільших в світі потенціалів аграрної сировини для виробництва біометану. 

Україна має розвинену газорозподільчу мережу і потужну газотранспортну систему, що дає можливість виробникам біометану підключитися до газових мереж на більшості території України. 

До цього треба додати можливість альтернативного завантаження української ГТС біометаном після завершення терміну контракту з Росією у 2024 році. Потенціал виробництва біометану в Україні оцінюється у 7,8 млрд м3/рік. 

Комбінація переваг біометану і зеленого водню

Експерти Біоенергетичної асоціації України вбачають найбільші перспективи у комбінації переваг обох відновлюваних газів – біометану та зеленого водню. 

Концепція перетворення зеленого водню у синтетичний метан

Концепція перетворення зеленого водню у синтетичний метан передбачає: 

• Розміщення поряд обладнання для виробництва зеленого водню і біометану; 
• Конвертація зеленого водню у біометан, провівши його реакцію з СО2, який виділяється під час виробництва біометану; 
• Закачування у газопровід біометану плюс синтетичного метану, у який було конвертовано зелений водень. 

Використання такої концепції дозволить додатково до 7,8 млрд м3/рік біометану долучити 5,6 млрд м3/рік синтетичного метану, що буде отриманий з побічного СО2 біометанових заводів і зеленого водню. 

Таким чином, виробництво біометану в Україні дозволяє залучити 7,8 млрд м3/рік біометану, а конверсія зеленого водню у синтетичний метан – ще 5,6 млрд м3/рік синтетичного метану. 

Цього більше ніж достатньо для повного переведення необхідної Україні газової маневреної генерації на біометан. 

Вважаємо декарбонізацію маневрених газових потужностей через використання біометану і синтетичного відновлюваного метану однією з найбільш перспективних опцій для підвищення маневреності енергетичної системи України з високого часткою ВДЕ.