Netikėtą kainų šuolį lėmė dėl ypač šaltų orų išaugusi elektros energijos paklausa Šiaurės šalyse, kai tuo pačiu metu elektros generacija vėjo ir saulės elektrinėse buvo itin maža. Šis fenomenas vadinamas Dunkelflaute ir tai yra vienas iš esminių ateities energetikos iššūkių. Kaip jį spręsti ir kaip suvaldyti amerikietiškus kalnelius, kai elektra taps klimatui neutralios ekonomikos šerdimi?
Nuo oro sąlygų priklausančios energetikos sistemos
Pereidami prie klimatui neutralios ekonomikos, privalome iš esmės transformuoti savo energetikos sistemą – iškastinį kurą pakeisti atsinaujinančiais šaltiniais. Šis pokytis privalo įvykti ne tik elektros gamyboje, tačiau ir šildymo, transporto ar pramonės srityse. 2022 metais elektros energija visame Lietuvos galutiniame energijos balanse sudarė tik apie 14 proc., o iki 2050 m. dekarbonizavus ekonomiką ši dalis augs iki 46 proc. Likusią balanso dalį sudarys energija iš šilumos ir žaliųjų dujų, kurių pasiūla taip pat didele dalimi priklausys nuo elektros gamybos bei biomasės.
Elektrą naudosime tiek prekių pervežimui sunkvežimiais, tiek ir šildydami namus ar miestus šilumos siurbliais. Pavyzdžiui, Helsinkis, siekdamas dekarbonizuoti miesto šildymo sistemą, pasitelkia šilumos siurblius, leidžiančius surinkti ir panaudoti duomenų centrų, ledo čiuožyklų ir net Baltijos jūros išskiriamą šilumą. Pirmuosius šildymo sektoriaus elektrifikacijos žingsnius žengia ir Vilnius – šiuo metu statomas didžiausias Baltijos šalyse šilumos siurblys biokuro katilų atliekinei šilumai surinkti. Analogiški projektai ir kitose šiaurės Europos šalyse pasižymi vienu bendru rodikliu – ateityje šildymo sistemos ir jų patiriamos sąnaudos vis labiau bus priklausomos nuo elektros energijos tiekimo.
Dekarbonizavus pačią elektros energijos gamybą, vien saulės ir vėjo elektrinių generacija sudarys 76 proc. visos Lietuvoje pagamintos elektros energijos. Analogiškos tendencijos stebimos visoje Europoje. Tai reiškia, kad ateityje turėsime nuo oro sąlygų priklausomą energetikos sistemą.
Pučiant stipriam vėjui ar šviečiant saulei, susidursime su itin žemomis elektros kainomis ir perteklinės energijos eksportu, o kai vėjo ir saulės nėra – su Dunkelflaute: aukštomis kainomis, dideliais importo kiekiais ir aktyvuotais brangiais rezerviniais energijos generacijos pajėgumais. Elektros kaina taip pat reaguos į oro temperatūros pokyčius, ypač šildymo ar vėsinimo sezonais. Tad galime tikėtis, kad ateities sistemoje elektros kainos svyravimai, primenantys pasivažinėjimą amerikietiškais kalneliais, dažnės, jų amplitudės didės. Aktyvūs vartotojai galės išnaudoti šiuos svyravimus savo naudai, o elektrifikacijai įsivažiuojant, kainų pokyčius jusime ne tik elektros, tačiau ir transporto ar šildymo sektoriuose.
Elektros energijos kaina priklauso ne tik nuo paklausos, tačiau ir nuo pasiūlos. Tad natūraliai kyla klausimas: kokią ateities energetikos sistemą turime sukurti, kad nesusidurtume su energijos tiekimo problemomis, kai nešvies saulė ir nepūs vėjas kelias dienas iš eilės, o už lango spaus kaustantis šaltis? Geros žinios, kad Dunkelflaute nėra visiškai netikėtas reiškinys. Šiuo metu atliekami tyrimai ir kuriamos priemonės, padėsiančios ateityje būti pasirengusiems tikėtam netikėtumui.
Dunkelflaute iš arčiau
Naujausi Baltijos ir Šiaurės jūrų regionų meteorologiniai ir energijos gamybos tyrimai rodo, kad per metus mūsų regione Dunkelflaute įvykių galima tikėtis nuo 2 iki 10 kartų, o didžioji jų dalis įvyksta lapkričio, gruodžio arba sausio mėnesiais. Vienas įvykis vidutiniškai trunka nuo 50 iki 100 valandų, ir tik retais atvejais gali tęstis iki penkių dienų. Nors dviejose kaimyninėse valstybėse Dunkelflaute įvykio atsiradimo tikimybė vienu metu yra didelė, toks įvykis, dengiantis visą regioną vienu metu, sunkiai tikėtinas.
Lietuvos geografinėje zonoje Dunkelflaute susidarymo sąlygos koreliuoja su Švedija ir Lenkija, nežymiai – su Danija, bet iš esmės neturi sisteminės koreliacijos su Suomija ar Vokietija. Minėti rezultatai sutampa ir atskirai tiriant tik sausumos vėjo elektrinių generacijos koreliacijas.
Vaistas Dunkelflaute padariniams mažinti
Sausio 5 dieną, kaip įprasta žiemai, saulės elektrinių generacija visame Baltijos jūros regione nesiekė kelių procentų įrengtųjų galių, o sausumos vėjo elektrinių generacija Lietuvoje vidutiniškai siekė apie 15 proc. viso šiuo metu turimo potencialo. Toks pat bendras vidurkis stebimas Latvijoje, Estijoje ir Lenkijoje. Vidutinė sausumos vėjo elektrinių generacija Suomijoje, Švedijoje ir Norvegijoje siekė 20 proc. Tad maži gamybos pajėgumai buvo nepakankami, norint išvengti kainų šuolio, kai dėl šalčio išaugo paklausa visame regione. Tuo tarpu Vokietijoje ir Danijoje vidutinė sausumos vėjo elektrinių paros generacija siekė 36 proc., o tų pačių šalių jūrinio vėjo elektrinių generacija siekė 63 proc. viso potencialo. Šie duomenys demonstruoja jūrinio vėjo elektrinių svarbą Dunkelflaute įvykių metu.
Sausio 5 dieną pastebime situaciją, kai Danijoje buvo jūrinės vėjo elektrinių generacijos perteklius, tačiau Suomijoje energijos trūko. Ši situacija praktiškai iliustruoja istorinius jūrinio vėjo greičio koreliacijos tyrimų rezultatus. Atliekant esamų ir potencialių jūrinių vėjo elektrinių parkų vėjo greičių tyrimus, nustatyta, kad didėjant atstumui tarp dviejų vėjo elektrinių parkų, jų generacijos koreliacija mažėja. Ši tiesioginė priklausomybė pastebima tiek nagrinėjant jūrinius vėjo parkus Norvegijos pakrantėje, tiek ir parkus Šiaurės ir Baltijos jūrose.
Atitinkamai, panaudojus šiuos duomenis elektros tinklo plėtros modeliavimui stebima, kad išvysčius hibridines jungtis tarp dviejų šalių, t. y. tuo pačiu metu sujungiant jūrinio vėjo elektrinių parkus, nutolusius ne mažiau nei 400 km atstumu, ir valstybines elektros sistemas, Dunkelflaute tikimybė abiejose valstybėse sumažėja bent du kartus. Tai lemia atsiradusi galimybė stabilizuoti elektros energijos tiekimą išnaudojant tarpusavyje mažai koreliuojančių vėjo parkų gamybą.
Lietuvos atveju analogiški atstumai susidarytų vystant hibridines jūrines elektros jungtis šiaurės kryptimi su šiaurės vakarų Estija, Suomija ir šiaurės Švedija arba analogiškai vakarų kryptimi – su Vokietija arba Danija. Vadinamasis 400 km „dekoreliacijos“ koeficientas yra minimalus. Didinant atstumą efektas tik gerėja. Kiekvienai Baltijos jūros regiono valstybei vystant atskiras hibridines jungtis, prarastume galimybę optimizuoti infrastruktūros sąnaudas. Racionalus žingsnis būtų kurti bendrą Baltijos jūros jūrinį elektros perdavimo tinklą, kuriuo sujungtume skirtingų šalių jūrinio vėjo parkų klasterius į vieningą sistemą. Optimizuota infrastruktūros plėtra padėtų ne tik sutaupyti sąnaudų, tačiau ir sumažinti poveikį aplinkai. Tuo pat metu būtų prisidedama prie atsinaujinančios energetikos plėtros ir energijos tiekimo patikimumo didinimo visame regione.
Tad apibendrinant, viena iš Dunkelflaute valdymo priemonių regiono mastu yra sutelkti atsinaujinančių išteklių gamybą iš kuo platesnės teritorijos: sustiprinti elektros jungtis tarp labiau nutolusių Europos regionų bei išnaudoti jų galimybes sujungti nutolusius jūrinio vėjo parkus. Tokiu būdu galime išvengti neigiamų Dunkelflaute įvykio padarinių, tiek mažindami jo tikimybę, tiek ir trukmę ar patį poveikį.
Vis tik svarbu paminėti, kad elektros jungtys nėra vienintelė priemonė kovojant su neigiamomis Dunkelflaute pasekmėmis. Būtina skirtingų priemonių diversifikacija. Lietuva taip pat turi vystyti tvarius ir valdomus energijos gamybos pajėgumus ir jų rezervus, didinti elektros energijos apkrovos valdymo galimybes bei sezonines energijos kaupimo priemones.
