Розподілене виробництво енергії

В даний час промислово розвинені країни виробляють основну частину електроенергії централізовано, на великих електростанціях, таких як теплові електростанції, атомні електростанції, гідроелектростанції. Потужні електростанції завдяки «ефекту масштабу» мають чудові економічні показники і зазвичай передають електроенергію на великі відстані. Місце будівництва більшості з них зумовлено безліччю економічних, екологічних, географічних і геологічних факторів, а також вимогами безпеки та охорони навколишнього середовища. Наприклад, вугільні станції будуються далеко від міст для запобігання сильного забруднення повітря, що впливає на жителів. Деякі з них будуються поблизу вугільних родовищ для мінімізації вартості транспортування вугілля. Гідроелектростанції повинні знаходитися в місцях з достатньою енергомісткістю (значний перепад рівнів на витрати води).

Низьке забруднення навколишнього середовища — критичне перевага комбінованих енергостанцій, що працюють на природному газі. Це дозволяє їм перебувати досить близько до міста для централізованого теплопостачання.

Тому в традиційній енергетиці за функціональним призначенням і територіальним розташуванням можна чітко виділити три сегменти:

1. Центри виробництва електроенергії
2. Лінії електропередач великої потужності
3. Зони споживання електроенергії та місцеві розподільні мережі

Атомні і теплові електростанції крім електричної енергії виробляють значну кількість тепла. На відміну від електроенергії, теплову енергію неможливо передавати на великі відстані через різке зростання втрат з ростом відстані. Одночасно, через зазначені вище фактори, багато енергостанцій занадто далеко розташовані, щоб використовувати їх побічне тепло для обігріву громадських і житлових будівель. В результаті, невикористана на самій станції теплова енергія розсіюється в навколишньому середовищі (втрачається без корисного застосування).

Дана концепція передбачає будівництво додаткових джерел електроенергії в безпосередній близькості від споживачів. Потужність таких джерел вибирається виходячи з очікуваної потужності споживача з урахуванням наявних обмежень (технологічних, правових, екологічних і т. д.) і може варіювати в широких межах (від двох-трьох до сотень кіловат). При цьому споживач не відключається від загальної мережі електропостачання.

Як додаткові джерела електроенергії можуть застосовуватися як засоби альтернативної енергетики (сонячні батареї, вітрові генератори, паливні елементи), так і традиційні когенераційні установки (КГУ) малої і середньої потужності, що працюють на природному газі (як на найбільш чистому виді палива). В останньому випадку завдяки розташуванню когенераційних установок безпосередньо у споживачів, стає можливим використання не тільки вироблюваної електроенергії, але і побічної теплової енергії на потреби опалення, гарячого водопостачання або абсорбційного холодопостачання самого власника КГУ або сторонніх споживачів, розташованих поблизу. Це дозволяє добитися високої ефективності використання палива (до 90 % від потенційної енергії).

При цьому в системі «споживач — місцеве джерело енергії» регулярно виникають дисбаланси між виробництвом і споживанням енергії або між потребою в її видах, наприклад:

• Потужність сонячних батарей і вітрогенераторів змінюється в залежності від погодних умов, а споживання електроенергії від погоди може не залежати або змінюватися в протилежний бік.
• У зимовий час споживання теплової енергії залишається постійно високим, а споживання електроенергії змінюється за часом доби.

Наявність підключення до загальної електричної мережі дозволяє компенсувати нестачу електроенергії за рахунок її споживання від загальної мережі, а в разі надлишкового виробництва електроенергії власним джерелом — видавати її до мережі, з отриманням відповідного доходу.

Такий підхід дозволяє:

• Знизити втрати електроенергії при транспортуванні через максимальне наближення електрогенераторів до споживачів електрики, аж до розташування їх в одній будівлі.
• Зменшити число, протяжність і необхідну пропускну здатність магістральних ліній електропередачі.
• Пом'якшити наслідки аварій на центральних електростанціях і головних лініях електропередач за рахунок наявності власних джерел енергії.
• Забезпечити взаємне багаторазове резервування електрогенеруючих потужностей (частково).
• Знизити вплив на навколишнє середовище за рахунок застосування засобів альтернативної енергетики, більш повного використання потенційної енергії викопного палива.

Для реалізації концепції розподіленої енергетики необхідне виконання низки умов, у тому числі:

1. Технічних: наявності систем двостороннього обліку, узгоджена робота місцевих та центральних генераторів, відповідні системи захисту для всіх варіантів роботи місцевих та центральних генераторів, підтримка стабільності напруги і частоти в загальній мережі.
2. Організаційних: має бути налагоджена взаємодія між усіма учасниками, щоб уникнути перевантажень генеруючих потужностей або будівництва зайвих, які будуть простоювати.
3. Правових та економічних: повинна бути передбачена юридична можливість продажу споживачами надлишків енергії власного виробітку, повинен існувати розвинений ринок електроенергії або встановлено економічно привабливі для всіх учасників тарифи на генерацію, споживання і транзит електроенергії.
4. Технологічних: повинні бути доступні економічно ефективні пристрої для місцевого виробництва енергії (сонячні батареї, вітрогенератори, когенераційні установки).

Поступова відмова від потужних центральних електростанцій і остаточна децентралізація енергосистем можлива за умов впровадження інтелектуальних механізмів управління розподіленими енергетичними ресурсами та їх системної інтеграції. Ще однією важливою умовою є сполучення сектору електроенергетики (англ. sector coupling) з транспортом, теплопостачанням, сферою послуг та промисловими процесами з застосуванням різноманітних технологій перетворення енергії (англ. Power-to-X), які дозволяють ефективно використовувати змінну генерацію від сонячної та вітрової енергетики.

• Енергетика
• Електроенергетика
• Відновлювана енергетика
• Енергозбереження
• Накопичення енергії
• Острівкування
• Мікромережі

• Smart Electric Power Alliance
• United States Combined Heat and Power Association
• World Alliance for Decentralized Energy
• On-Site Power Generation May Be The Next Big Growth Technology
• IEEE P1547 Draft Standard for Interconnecting Distributed Resources with Electric Power Systems
• Decentralized Power as Part of Local and Regional Plans Quote: «…The plan estimates that even with the higher cost of renewable energy, Chicago will save more than $260 million by 2010…»
• Can distributed energy systems really replace the current electricity grid? The new energy revoloution is here, but will it develop fast enough?
• California Distributed Energy Resource Guide