Где дует ветер
Мы не всегда получаем энергию ветра, когда хотим, и мы реже получаем его там, где хотим. В Соединенных Штатах самые сильные ветры дуют у берега. Сильнейшие земные порывы дуют в полосе, простирающейся от северной окраины Техаса до Дакот - прямо там, где почти никто не живет. Доставить ветровой урожай в города будет технически сложно и дорого.
Как шутит директор Центра энергетических и экологических ресурсов Северной Дакоты: «Мы производим урожай, но не можем доставить его на элеватор». Разработчики энергосистем также столкнутся с проблемами полосы отвода, поскольку большинство жителей не одобряют линии электропередач так как ветряные турбины. Sierra Club активно противодействует расширению сети за счет национальных лесов, отмечая, что угольная промышленность готова наброситься на зеленые сети.
Американцы не могут рассчитывать на комплексную интеллектуальную сеть в ближайшее время, но прогнозируемая стоимость находится в разумных пределах, и модернизированная сеть принесет многочисленные выгоды. В частности, комплексная интеллектуальная электросеть перевернет устоявшиеся правила эксплуатации энергоснабжения. Вместо того, чтобы коммунальные предприятия регулировали свою мощность для удовлетворения спроса, интеллектуальная сеть позволила бы домам и предприятиям автоматически регулировать потребление электроэнергии в зависимости от наличия электроэнергии.
Это связано с тем, что интеллектуальная сеть координирует электрические датчики и счетчики с базовыми информационными технологиями и сетью связи, подобной Интернету, которая может превратить тупые линии электропередач в гибкую и быстро реагирующую систему передачи.
Когда дует порыв ветра, включаются десятки тысяч холодильников, чтобы поглотить дополнительную мощность, а когда ветер стихнет, они немедленно выключатся. Конечно, не каждый бытовой и промышленный прибор поддается такому гибкому контролю - например, респиратор в больнице - но более умная сеть, тем не менее, минимизирует потребность в дорогостоящих пиковых электростанциях и вращающемся резерве (например, электростанциях на холостом ходу).
При наличии стимулов потребители могут снизить пиковое потребление электроэнергии на 15 процентов и более, сэкономив при этом сотни миллиардов долларов. 22 Интеллектуальные сети менее уязвимы для утечек электроэнергии и хищений электроэнергии - две большие дыры в существующей национальной сети.
Кроме того, интеллектуальные сети с меньшей вероятностью будут испытывать перебои в подаче электроэнергии, которые обходятся американцам примерно в 150 миллиардов долларов каждый год и требуют грязных резервных дизельных генераторов для заполнения пробелов в обслуживании. 23
Просто устраняя утечки и избегая ненужных потерь, общенациональная интеллектуальная сеть позволит сэкономить поток энергии, эквивалентный исходной мощности тридцати пяти тысяч больших ветряных турбин. Экономия энергии, которую обеспечивают интеллектуальные сети, будет еще больше - возможно, во много раз больше.
И в отличие от безумно оптимистических предположений, поддерживающих политику в области альтернативной энергетики, оценки умных сетей вполне обоснованы; многие другие страны уже с большим успехом развернули аналогичные обновления. Швеция, например, довольно давно установила умные счетчики по всей стране. Чтобы Соединенные Штаты когда-либо смогли добиться аналогичных успехов, предстоит еще много работы.
Регулирующим органам придется согласовывать стандарты и договариваться о распределении затрат и выгод между тремястами коммунальными предприятиями страны, пятью сотнями владельцев линий электропередач и сотнями миллионов потребителей.
Кроме того, подключенная интеллектуальная сеть потребует иной формы безопасности, чем современные сравнительно глупые сети. К сожалению, от этих ответственных задач слишком легко отказаться, когда волшебная приманка солнечных батарей и ветряных турбин так настойчиво воздействует на воображение политиков, защитников окружающей среды и средств массовой информации.
Производительность и производство
Знаете ли вы максимальную скорость вашего автомобиля? Можно с уверенностью предположить, что большинство водитель этого не делают, за исключением, возможно, немецких автобанеров, поскольку они редко, если вообще когда-либо, достигают максимальной скорости. То же самое и с электростанциями - они могут работать быстрее, чем сейчас. Максимальная производительность предприятия называется «паспортной мощностью», в то время как фактический объем производства с течением времени называется «текущим производством».
Разница проста, но эти два показателя путают, смешивают и меняют местами журналисты, политики и т. Д. и даже знатоки. «Коэффициент мощности» показывает, какой процент от максимальной мощности, указанной на паспортной табличке, электростанция фактически вырабатывает с течением времени.
На традиционных заводах операторы контролируют производство с помощью дроссельной заслонки. Небольшая угольная электростанция мощностью сто мегаватт будет производить в среднем только 74 процента от этого количества, или семьдесят четыре мегаватта. 24
Что касается ветра и солнца, как мы уже видели, за дросселем следят маленькие гремлины матери-природы. Большая ветряная электростанция с паспортной мощностью в сто мегаватт будет производить в среднем всего двадцать четыре мегаватта, поскольку ветер дует с разной силой, а иногда и совсем не дует. 25
Таким образом, каждый механизм выработки подобен мешку с картофельными чипсами - только частично заполненным - как показано на рисунке 5. Для того, чтобы совместить производство большой угольной электростанции мощностью 1000 мегаватт с ветряной электростанцией мощностью 1,000 мегаватт ветряных турбин мало.
Для равномерного обмена нам потребуется мощность ветра более чем в три раза, около 3100 мегаватт. Как угольная электростанция мощностью 1000 мегаватт, производящая в среднем 74 процента мощности, так и ветряная электростанция мощностью 3100 мегаватт, производящая в среднем 24 процента мощности, со временем будут давать примерно одинаковую мощность.
Конечно, это гипотетическое сравнение все еще неадекватно для сравнений в реальном мире, учитывая непоследовательность ветроэнергетики. Поэтому энергетические аналитики используют коэффициент надежности для измерения минимального процента ветровой энергии, которую турбины могут выдавать в 90% случаев.
Принимая это во внимание, нам потребуется до 18000 мегаватт энергии ветра, чтобы компенсировать 1000 мегаватт на ископаемом топливе или атомной электростанции в 90% случаев. Как Ли Гловер, научный сотрудник Центра энергетической и экологической политики при Университете Делавэра резюмирует: «Когда будут завершены базовые расчеты количества ветряных турбин или фотоэлементов, необходимых для замены мировых угольных электростанций, итоговые сценарии будут не менее, чем странны ».
Рисунок 5: Коэффициенты мощности в США по источникам. Фактор мощности - это процент от максимальной мощности, указанной на паспортной табличке, которую электростанция фактически производит с течением времени. При полной нагрузке электростанции на ископаемом топливе, гидроэлектростанциях и атомных электростанциях достигают почти 100 процентов максимальной мощности, но из-за снижения спроса и разницы в стоимости они производят меньше. Природный газ дороже угля, поэтому энергетические компании первыми отключают газовые установки, когда спрос падает. Переменные погоды определяют факторы ветра и фотоэлектрической мощности. (Данные из США Министерство энергетики)
Фактически, рост ветроэнергетики в Соединенных Штатах, к сожалению, не остановил ни одной угольной электростанции.28 Так почему же мы можем думать, что создание большего количества турбин волшебным образом послужит нам лучше? Что ж, вероятно, потому, что сюжетные линии, связанные с ветроэнергетикой, настолько убедительны. Так уж получилось, что часть этой магии была сфабрикована.