Уже более 20 лет продолжается внедрение возобновляемой альтернативной энергетики в мировой энергобаланс.
Одни эксперты видят в этом спасение всего человечества от глобального потепления, другие же эксперты видят в этом только вред как для стабильности энергобаланса нашей цивилизации, так и не меньший вред для экологии.
Разобраться, чья позиция истинная, не так-то просто.
Но мы попробуем.
- Если взять информацию из интернет-ресурсов, посвящённых развитию возобновляемых источников энергии (ВИЭ), то там всегда всё прекрасно, а ВИЭ - это вообще будущее энергетики и без них уже никак не обойтись.
- Если же взять информацию из тех интернет-ресурсов, где разбирают проблемы возобновляемой энергетики, то там всегда всё плохо: ВИЭ невыгодны, неэффективны; и вообще, это всего лишь инструмент, созданный для «распила финансовых ресурсов».
Однако оба подхода - неверные, так сторонники ВИЭ часто мухлюют с данными и, бывает, прибегают к подмену понятий и откровенному обману, говоря, например, что энергия, выработанная с помощью ВИЭ, дешевле той, что получают при газовой генерации; или даже бесплатная, а то и вообще с отрицательными ценами. И это, якобы, хорошо.
Но нет, это очень плохо.
Противники ВИЭ тоже необъективны в своих суждениях, ведь они занижают энергетические характеристики, не закладывая в свои прогнозы дальнейший рост потребления электроэнергии.
Так что же такое энергетика на основе ВИЭ?
Условимся, что под ВИЭ мы понимаем исключительно Ветроэнергетику и Солнечную энергетику (легковозводимые в любой местности источники возобновляемой энергии).
В первую очередь, нужно сказать, что электроэнергия – это самый дорогой вид энергии, который мы используем сегодня. Электроэнергию просто так не откопать в пластах земли, для этого требуется преобразовать какой-либо иной вид энергии в электричество. А это всегда дополнительные затраты и потери. Более того, электроэнергию сегодня практически невозможно сохранить в "чистом виде", каждый ватт произведённой электроэнергии должен быть тут же потреблён.
Электроэнергию в "чистом виде" условно можно хранить в сверхпроводящих соленоидах. Но это очень дорогая технология. Однако, если будут созданы сверхпроводники, работающие в нормальных условиях, то вопрос хранения электроэнергии в чистом виде можно будет частично решить. Но пока решение этого вопроса отложено на поколения учёных далёкого будущего.
Ведутся работы по улучшению характеристик ионисторов, но несмотря на весь прогресс, плотность энергии серийных образцов недотягивает даже до свинцовых батарей 150 летней давности.
У ВИЭ нет, как такового, понятия топливной эффективности. Им не требуется добывать топливо и прочие подобные ресурсы для генерации электроэнергии, что существенно удешевляет дальнейшую их эксплуатацию. Однако подобное преимущество нивелируется огромной проблемой – малым коэффициентом использования установленной мощности (КИУМ).
В лучшем случае КИУМ равен 25% от запроектированной мощности солнечной или ветряной электростанции.
Более только, КИУМ в 25% - это среднегодовой показатель, поэтому в одни день КИУМ ветроэнергетики может достигать 100%, а в другой - 0%. Всё зависит от метеоусловий, которые не поддаются прогнозу даже в среднесрочной перспективе.
Да что там говорить, даже прогноз на один день часто достаточно неточный, в течение суток параметры погоды сильно варьируются.
Это создаёт серьёзные сложности в поддержании стабильности всей энергосистемы из-за возникновения так называемой «пилы генерации» – множества пиковых и минимальных значений мощности энергосистемы за короткий промежуток времени. Такую рваную генерацию выравнивают с помочью других источников энергии - в основном, за счёт сжигания углеводородов (газ, уголь).
И тут противники ВИЭ часто преувеличивают стоимость выравнивания этой "пилы генерации". Говорят, что это вообще на порядок дороже получается.
Чтобы выровнять пилу генерации ВИЭ, требуется увеличить, например, мощность газовой турбины, а для этого придётся сжечь больше топлива (в данном случае - газа). Однако, в связи с глобально происходящей экономией углеводородных ресурсов, не стоит злоупотреблять данной возможностью, ведь иначе теряется смысл ВИЭ, для которых топливо не требуется. И процент экономии углеводородного топлива примерно равен процентной доли выработки электроэнергии ВИЭ в общем энергобалансе.
Газ, уголь, нефть мы прекрасно можем хранить в промышленных масштабах, в отличие от водорода и электроэнергии.
Выравнивание пилы генерации вкупе с невозможностью прогнозировать выработку электроэнергии - узкое место (недостаток) в ВИЭ.
"Пила генерации" достаточно сильно сдерживает развитие ВИЭ. Подсчитано, что при 30%-ном замещении генерации ВИЭ традиционными мощностями в общем энергобалансе происходит дестабилизация энергосистемы, и уже даже выравнивание с помощью газовой генерации становится менее эффективно.
Эта ситуация показательна на примере лидера по выработке доли электроэнергии с помощью ВИЭ – Германии.
Доля электроэнергии, вырабатываемой ВИЭ в Германии на конец 2019 года, составляет почти 29%.
29% - это показательное число, говорящее нам о том, что установленная мощность ВИЭ, в особенности ВетроЭнергетических Станций (ВЭС), в Германии превысила совокупное потребление электроэнергии по стране. То есть, если бы все ВЭС в Германии начали вырабатывать свою номинальную мощность одновременно, вся страна была бы обеспечена электроэнергией на 100% при помощи одних только ВИЭ. Но КИУМ вносит свой негативный вклад.
Как видно, доля ВИЭ в Германии приблизилась к расчётному значению в 30%, но мы не наблюдаем коллапса энергосети. Всё более-менее стабильно.
Однако эту стабильность постоянно нарушают отрицательные цены на электроэнергию, которые с завидной регулярностью начали проявляться с 2015 года.
Часто можно услышать от сторонников ВИЭ, что это большой плюс. Однако это лукавство чистой воды. Отрицательные цены – это следствие отсутствия буферизации (накопителей энергии) в сетях ВИЭ и невозможности компенсировать их генерацию сторонними источниками.
Отрицательные цены никак не отражаются на экономии в счетах за электричество у населения. Наоборот, такая ситуация наносит серьёзный финансовый ущерб от перепроизводства электроэнергии, который ложится на владельцев компаний, генерирующих электроэнергию. Это приводит только к повышению цен для конечного потребителя, так как убыток вследствие отрицательной цены нужно как-то компенсировать. Законы свободного рынка, ничего личного.
Перепроизводство электроэнергии – это большая проблема. Причём, если в этот период работали, например, ВЭС, то убытков владельцу ветропарка это несёт больше, чем остановленные ВЭС. Поэтому часто в Германии можно наблюдать бездействующие ВЭС.
В Германии самые высокие цены на электроэнергию во всём мире! В марте 2020 года немецкие домохозяйства платили 0,38 доллара США за киловатт-час плюс налог на добавленную стоимость (в России вместе с НДС - всего 0,06 доллара США за киловатт-час).
Вот в чём секрет самой высокой цены за электроэнергию в Германии.
Создание энергетических буферов ВИЭ должно полностью решить эту проблему, сделав производство электроэнергии постоянно прибыльным и прогнозируемым. И дело это уже недалёкого будущего.
То есть постоянная и ровная мощность будет выходить из буфера электроэнергии в центральную сеть, а не от самих ВИЭ напрямую, как это происходит сегодня.
Принципиальная схема буферизации энергии может выглядеть следующим образом:
Я, например, как раз работаю над подобным проектом (описывал его на канале ранее).
Буферизация, конечно, не увеличит КИУМ, но выровняет генерацию электроэнергии, сделав её долгосрочно прогнозируемой и ещё больше сократив потребление углеводородных мощностей для выравнивания "пилы генерации".
Сегодня Германия - активный потребитель угля, ведь именно углём выравнивается значительная часть подобной "пилы генерации" германских ВИЭ.
Однако, несмотря на большой прогресс в развитии ВИЭ, энергобаланс Германии по-прежнему состоит:
- на 34% - из нефти;
- на 26% - из природного газа;
- на 19% - из угля;
- на 9% - из биомассы;
- на 12% - из электроэнергии, в которой, в свою очередь, 29% - доля ВИЭ.
И вот тут кроется весь секрет ВИЭ, как и выгода от них на перспективу.
В общем энергобалансе Германии ВИЭ занимают менее 3,5%. Именно поэтому никакого коллапса энергосистемы не происходит.
Германские даже к 2050 году не смогут достичь и 10% от общего энергобаланса экономики страны, а к этому времени уже будет функционировать буферизация энергии, которая устранит опасность дисбаланса энергосистемы.
В целом, в мире в конце 2019 года на долю Ветряной и Солнечной генерации проходилось 8,5% произведённой электроэнергии, что в общемировом энергетическом балансе составляет всего 0,85%.
Как можно заметить, прежде чем доля ВИЭ приблизится к 30% в общемировом энергобалансе, мы успеем освоить Управляемый Термоядерный Синтез.
На самом деле, мы никогда не достигнем 30% на подобной генерации.
Даже если представить, что уже сегодня вся доступная электроэнергия в мире вырабатывается ВИЭ, это всего 10% от общемирового энергетического баланса. И достижение доли в 30% и более возможно только в том случае, если мы будем сокращать энергопотребление на душу населения, а это уже другая и очень печальная история, которая с вероятностью в 99% приведёт к деградации многих аспектов нашего образа жизни до уровня конца 19 века.
Общий вывод таков: внедрение ВИЭ даже в отдалённой перспективе не сможет оказать пагубное влияние на энергетический баланс мировой экономики; их внедрение будет зависеть только от экономических перспектив генерации электроэнергии и её окупаемости.
Относиться к этому нужно просто как к ещё одной энергетической отрасли, у которой есть свои достоинства и недостатки, и которая не лучше и не хуже традиционной энергетики.
Большой ошибкой является как восхваление ВИЭ, так и отрицание их значимости и перспективности.
Однако для полноты картины необходимо проанализировать экономические показатели с перспективой на 20 лет вперёд, когда распространённость электромобилей поднимет потребление электроэнергии в домашних хозяйствах в десятки раз по сравнению с сегодняшним уровнем потребления.
Но об этом - в следующей статье.
================================================================
С информационными источниками, которые использованы в основе публикации, можно ознакомиться в закреплённом комментарии.
