• РЕГИСТРАЦИЯ

Кто спасёт возобновляемую энергетику? Истина в модели

Celado
Авторские статьи по геополитике, энергетике, экономике, социологии
21 марта 2017 г. 11:56 26 3172

Человечеству хочется всего, побольше и аппетит растёт экспоненциально. А любые потребности подразумевают и энергию: если 100 лет назад человечество потребляло 50 эксаджоулей в год, сегодня 500 ЭДж, то где достать 5000 ЭДж к концу века и так далее? Перефразируя классика: “Бесконечность энергии лучше конечности наличием бесконечности”. На данный момент существует несколько решений и одно из них это Возобновляемые Источники Энергии (ВИЭ).

Электрогенерация эпохи ХХ века имеет фундаментальные недостатки, требующие современного решения: где-то в связи с глобальным потеплением дневные температуры поднимутся до +60, кого-то затопит поднявшимся океаном. России это касается мало, но наши соотечественники гибнут в угольных шахтах, сокращается продолжительность жизни населения из-за выбросов тепловых электростанций и так далее. Иными словами, обсуждаемый вопрос для всех важен и холиварен, и мы постараемся пролить немного точности и конкретных цифирок на него.

Эксперименты с ВИЭ - есть результаты

Например, Дания удовлетворяет уже почти половину своего годового электропотребления за счёт ветряной энергии. Единственную проблему ВИЭ - непостоянство генерации - страна решает импортом электроэнергии у соседей, которым больше повезло в этот момент с ветром, солнцем или ещё чем-нибудь. Таким образом, для светлого возобновляемого будущего родилась и нашла частичное подтверждение концепция перетоков, когда одна страна Европы протягивает руку “ветра” или “солнца” другой стране и вроде все счастливы, да ещё и с ВИЭ. Концепция перетоков может работать только в случае ветряной энергии, так как солнце ночью “выключается” над достаточно большой территорией. Но помимо перетоков электроэнергию (э/э) можно аккумулировать.

На словах концепции перетоков и аккумуляции хороши, а что будет на практике в случае, например, Германии? Если для маленькой Дании у соседей всегда найдётся лишний гигаватт, то найдутся ли у соседей лишние 60 гигаватт для Германии? А сколько нужно аккумуляции? Гипотезы проверяются экспериментом, для чего нам понадобилась бы вторая Европа с альтернативной энергосистемой. Поэтому мы решили смоделировать всё описанное выше: перетоки ветряной энергии между европейскими странами и аккумуляцию в условиях реальной ветряной и солнечной генерации.

Перетоки между странами

Представим себе, что ветряки и солнечные батареи равномерно стоят по всей Европе и вся территория окутана многочисленными линиями электропередач, позволяющими перебрасывать электроэнергию с одного конца Европы на другой. При штиле в Германии крутится ветряк в Англии, а если безветрие и там, то выручает Испания. Или Греция. Мы взяли реальные данные генерации с ветряков по нескольким европейским странам за 2015-й год, нормировали их на одинаковую мощность и выровняли между странами - получилась более ровная генерация, эмулирующая перетоки между странами. Например, январь:


Генерация с ветряков выровнялась, но эффект умеренный: различия между соседними минимальными и максимальными уровнями трёхкратны. При этом, потребление электроэнергии тоже неравномерно и совместно с неравномерностями “ветра” образуются ещё большие дисбалансы. Для построения же “ветряной Европы” выровненную генерацию нужно увеличить и дисбалансы будут очень существенны. Ниже график разных увеличений генерации, где за единицу принят выровненный и нормализованный ветер по европейским странам:


Шестикратный “ветер” в целом чуть ниже потребления и образуются провалы, когда ветряная генерация обеспечивает только 30% от нужд. Если же попытаться закрыть эти провалы девятикратным “ветром”, то всё равно будут дыры в 100 ГВт, а избыток генерации составит 20%. Первые нужно чем-то крыть, а вторые это просто потерянная энергия, увеличивающая себестоимость. То есть, концепция “перетоков” сама по себе не решает.

Аккумуляция и модель

Второй способ обеспечить постоянство ВИЭ это аккумуляция электроэнергии в периоды высокой генерации и разрядка при низкой. На словах, опять же, звучит здраво, но судья гипотезе - эксперимент. Предлагаемая модель работает просто: если генерация с выровненного и нормализованного “ветра” и “солнца” больше чем потребление электроэнергии, то идёт зарядка аккумуляторов. Если меньше, то разрядка. Потребление и солнечная генерация тоже взяты с реальных почасовых данных европейских стран за 2015-й год.

Если сумма не дотягивает до потребления, а аккумуляторы пусты, то включается газовая генерация - без неё никак, не помирать же. Газовые ТЭС - друг ВИЭ и в отличие от угольных электростанций они встречаются в любой модели, посвещённой будущим энергосистемам. Во-первых, они могут окупаться, работая лишь пару недель в году - угольные так не могут из-за неподходящей структуры себестоимости (высокая доля капитальных расходов). Во-вторых, у газовых ТЭС гораздо меньше вредных выбросов.

Играясь с моделью можно увидеть, что полностью перевести электрогенерацию на ВИЭ крайне сложно. Перебрав 30000 комбинаций кратности “ветра”, “солнца” и объёма аккумуляции, мы нашли наиболее дешёвую для полного удовлетворения электропотребления за счёт ВИЭ. А именно: 12-кратный “ветер” (1230 ГВт), 7-кратное “солнце” (385 ГВт) и 3000 ГВт*ч аккумуляции (⅔ среднесуточного потребления). Для февраля, одного из самых неудобных месяцев, всё выглядит так:


Что бросается в глаза при данном сценарии:

1. Генерация с ветряков почти постоянно превышает потребление. Это потребовалось для закрытия редких провалов, когда ветер ослабевает по всей Европе (11-12 февраля). В теории, провалы можно закрывать с помощью увеличенной солнечной генерации или большей аккумуляции, но получится дороже. Поэтому в данном раскладе теряется 44% электроэнергии, которая не влезла ни в потребление, ни в аккумуляцию.

2. Аккумуляторы простаивают без дела: постоянно забиты и за год только 8,5 циклов зарядки/разрядки (1% от всего потребления электроэнергии). Раз простаивают, значит вложения сложно окупить и с аккумуляторов электроэнергию придётся продавать в 25 раз дороже.

3. Главную роль играет “ветер” (подобие базовой генерации), а солнце на подмоге. Если считать по установленной мощности (ГВт), то “ветра” в 3 раза больше, если по генерации электроэнергии (ГВт*ч), что корректнее, то “ветра” в 6 раз больше.

4. Из-за первых двух факторов себестоимость электроэнергии выросла с идеальных $77 за МВт*ч (заложенных в модель как нечто среднее по реальной себестоимости) до $205. Стоимость инфраструктуры для выравнивания играет небольшую роль, так как меркнет на фоне нескольких триллионов долларов на “ветер”, “солнце” и аккумуляцию - именно во столько это обойдётся при текущих ценах. И десятки лет на производство, если забыть об остальных покупателях.

По размеру и сложности описанная энергосистема (целиком на ВИЭ) больше подойдёт даже не середине ХХI века, а концу, и, скорее всего, наше поколение будет лицезреть соседство квантовых компьютеров, искусственного интеллекта и “кипятильников” на угольных и газовых электростанциях.


Таким образом, как и упоминалось в наших прежних публикациях и концепции “Мира на пике”, человечеству придётся ещё много десятилетий выжимать последние соки из традиционных источников энергии. К слову, текущий ориентир передовой Германии по доле ВИЭ в 2050 году это 80%.

Нет худа без добра

Но есть и положительные моменты. Сложность энергосистемы с ростом доли ВИЭ растёт нелинейно и переход от текущей доли в модели в 16% к тем же 80% проще, чем от 80% к 100%. Прогон по комбинациям с долей ВИЭ в 80% дал такие результаты оптимального сочетания: 615 ГВт “ветра” (6х), 165 ГВт “солнца” (3х), 193 ГВт газовой генерации и отсутствие аккумуляции. Тот же февраль:


Потери составляют относительно скромные 6%, а себестоимость электроэнергии - $102,5 за МВт*ч. Превышение над идеалом составляет $25 за МВт*ч, куда входят потери и выравнивание, а также установка и использование газовой генерации.

Этот сценарий проливает свет и на необходимость резервировать ВИЭ традиционной генерацией, в нашем случае - газовой. Максимальное потребление в модели составляет 267 ГВт, а газа придётся установить под 200 ГВт. То есть, несмотря на идеальное выравнивание и доли ВИЭ в 80%, почти всю энергосистему придётся резервировать традиционной генерацией.

Касательно отсутствия аккумуляции: на данный момент это банально очень дорого (в модель заложена цена в $250 за кВт*ч). Во-вторых, “ветер” плохо дружит с аккумуляцией: периоды сильного и слабого ветра длятся днями, соответственно и объём аккумуляторов нужен на несколько дней потребления (10’000-20’000 ГВт*ч). Для сравнения - современные мировые производственные мощности составляют около 100 ГВт*ч в год. Такой объём будет редко и мало использоваться, а значит будет сложно окупить. Лучше с аккумуляцией дружит “солнце”, которое будет заряжать и разряжать аккумы каждый день, но из-за низкой зимней инсоляции их придётся ставить слишком много и летом энергия будет теряться, увеличивая себестоимость.

Конечно, данная модель много чего не учитывает и вряд ли вся Европа будет окутана интерконнекторами на десятки ГВт - нас интересовали концепции на принципиальном уровне и общая ситуация.

Итак, кто же спасёт возобновляемую энергетику? При очень большом желании действительно можно построить энергосистему полностью на ВИЭ, спустив на “спасение” концепции несколько триллионов долларов (в текущих ценах) и в результате поиметь заоблачные цены на электроэнергию. При долях меньше 100% спасти ВИЭ может тотальное резервирование газовой генерацией.

Вячеслав Лактюшкин, специально для celado.ru

Авторские статьи по геополитике, энергетике, экономике, социологии

Россия с нуля строит новый город на 60 000 жителей на границе с Европой

И, главное, как-то тихо это все происходит. Такое ощущение, что СМИ специально отвлекают народ различным информационным мусором, а вот то, что на северо-западных рубежах нашей страны происходит настоя...

МОЛНИЯ! Грета Тунберг потребовала запретить добычу углеводородов и объявила войну патриархату

✔ 16-летняя эко-активистка из Швеции Грета Тунберг потребовала от правительств Норвегии и Канады свернуть добычу нефти и газа – этот род промышленной деятельности в перечисленных страна...

Девушка из Южной Кореи прокатилась автостопом по Сибири (осталась в легком шоке от нашей страны)
  • sam88
  • 11 декабря 09:46
  • В топе

Продолжаю рассказывать о своих приключениях с Joohee (Джухи) – девушкой из Южной Кореи, с которой мы проехали автостопом несколько тысяч километров по Сибири.Собственно, сейчас я расскажу про наш перв...

Ваш комментарий сохранен и будет опубликован сразу после вашей авторизации.

0 новых комментариев

    Celado 15 января 16:26

    Звёздные Врата. По образу и подобию. Пролог

    Да, это книга о Мире Звёздных Врат, об огромных кольцах, связывающих планеты Галактики Млечный Путь. О целой сети межзвёздных дорог, построенных миллионы лет назад расой древних, ...нет, не о них, эта книга просто о существах разумных - и тех, кто себя таковыми считают.Это не "фанфик" о "Вселенной З.В." в обычном смысле этого слова. В нём нет почти никого из персонаже...
    5718
    Celado 5 июля 2018 г. 13:20

    ПОВЕСТЬ О БРАТСТВЕ И НЕБРАТСТВЕ

    Новая книга историка и политолога Льва Вершинина "Повесть о братстве и небратстве". Автор этого двухтомного публицистического повествования - писатель, историк и политолог Лев Вершинин – ставит перед собой непростую задачу разобраться, как в действительности складывались на протяжении двух минувших веков отношения по сути братских славянских стран – Болгарии и России....
    7689
    Celado 28 июня 2018 г. 16:16

    Россия возвращается в Африку

    В рамках международного экономического форума (ПМЭФ) Россия ведет активные переговоры со странами Африки о двустороннем сотрудничестве в экономической, политической и гуманитарной сферах. Россия планирует вложить в Египте $190 млн.Россия собирается вложить в первичную инфраструктуру своей промзоны в Египте порядка $190 млн. Об этом министр промышленности...
    8251
    Celado 23 марта 2018 г. 13:43

    СОВЕТСКИЙ УЧЕБНИК "ЛОГИКА" 1954 ГОДА

    Книга, которая напомнит о качественном образовании Советского Союза и идеально дополнит книжные полки - "Логика. Учебник для средней школы" Виноградов С.Н., Кузьмин А.Ф., издание, восстановленное с оригинала 1954 года, утвержденное Министерством просвещения РФСР.  В труде и в быту, в учебной и общественной работе, в научном трактате и в школьном соч...
    19130
    Celado 26 февраля 2018 г. 17:30

    Кто такой Срджа Попович?

    8 сентября прошлого года уже имеющий опыт создания «революций снизу» Срджа Попович приехал в Будапешт и присоединился к оппозиционным группам против премьер-министра Венгрии Виктора Орбана. Стоит, кстати, отметить, что ранее Попович продвигал свою книгу о ненасильственной смене режима, не будучи в самой Венгрии, с целью оказания помощи оппозиционным группировкам ...
    3270
    Celado 14 февраля 2018 г. 16:13

    Рубль, юань и долларовая система

    В официальном заявлении, размещённом на сайте Китайской валютной торговой системы (CFETS), содержится чрезвычайно важное замечание о том, что CFETS планирует ввести аналогичные PVP-системы для платежей в других валютах, основываясь на инициативе Китая «Один пояс, один путь».Это подтверждает мой тезис, что важнейшим элементом грандиозного замысла, стояще...
    7849
    Celado 7 февраля 2018 г. 15:38

    Современная российская нефтяная политика

    Россия в эпоху Путина всегда использовала свою ведущую роль в качестве поставщика природного газа - жизненно важной части своей геополитической дипломатии. Подводные магистральные газопроводы «Северный поток» и «Северный поток II», проходящие прямо из России по дну Балтийского моря, являются экспортными газопроводами из России в Европу. Они напрямую свя...
    3539
    Celado 31 января 2018 г. 14:36

    Предисловие к книге «Невидимая рука…банков» Уильма Ф. Энгдаля

    К книге «Невидимая рука…банков», к которой написано данное предисловие, я питаю столько же надежд, сколько и страхов, сравнимых, разве что, с чувствами людей во всем мире, во время победы Дональда Трампа на выборах, когда не было еще толком ясно, что это может значить для всего мира. Надежды, питаемые, в основном, в российском обществе, связаны с предвыборными обещани...
    5253
    Celado 6 сентября 2017 г. 10:54

    Нефть укрепляется в ХХI веке благодаря низким ценам

    Три года назад обвалились цены на нефть и ожидалось, что это ненадолго. Но с тех пор странности в нефтянке затянулись и всё напоминает приключенческую игру: кто-то собирается в клан и продвигает свои правила, некоторые отшельники ведут себя тихо и медленно наращивают добычу. А кому-то не повезло и их локации исчерпали запасы чёрного золота. Параллельно в игровое прост...
    2161
    Celado 1 сентября 2017 г. 17:06

    Советский "Букварь" 1952 года

    На фоне постоянных нововведений в школьную программу, в обществе всё сильнее нарастает интерес к советскому опыту образования. Большинство родителей и учителей критикуют современные издания для начальной школы, с благодарностью и теплом вспоминая советские учебники. Рады представить вашему вниманию переиздание «Букваря» 1952 года знаменитого советского п...
    19931
    Celado 16 августа 2017 г. 09:43

    Новая промышленная революция проходит незамеченной

    Оглядываясь на века назад можно увидеть как стремительно менялся мир. Полвека туда, полвека сюда и вот уже пролетела первая промышленная революция! А потом и вторая. Но для современников всё происходило медленно, сменилось несколько поколений и оценить переломный момент было непросто. Возможно, через несколько десятилетий кто-то адекватно укажет и на очередную промышл...
    6971
    Celado 11 июля 2017 г. 13:29

    Пик населения: кто будет колонизировать солнечную систему?

    В рамках концепции “Мира на пике” мы обычно говорим об энергоресурсах. Пока во вселенной всё остывает, разрушается и деградирует, человечество, благодаря энергоресурсам, развивается. Но есть вещи более первичные, о которых мы говорили реже чем хотелось бы - сам человек.Возможности человечества зависят от двух факторов - навыков и населения, иными словами, качества и к...
    2203
    Celado 28 июня 2017 г. 06:20

    Электромобили и “пик нефти”. Истина в модели - 3

    После статьи о краткосрочных перспективах “нефтянки” мы продолжаем аналитическое путешествие в будущее в рамках концепции “мира на пике”: когда нефть уйдёт на покой? Чтобы говорить о столь далёком будущем имеет смысл обратиться уже к тому как происходят системные переходы и распространения инноваций.Скорость распространения инновацийВ фильме “Матрица” есть эпизод, где...
    4126
    Celado 19 июня 2017 г. 16:26

    Возобновляемая энергетика: счастье лишь к концу века?

    Возобновляемая энергетика: счастье лишь к концу века? Человечество много раз меняло свою энергетическую парадигму, изначально потребляемая энергия была только в виде пищи: ягоды, фрукты, бизоны и так далее. Затем человек сменил чернику с мамонтами на более удобные и мощные источники энергии: древесина, уголь, нефть, ядерная энергия. Каждый переход длился десятки и сот...
    1812
    Celado 9 июня 2017 г. 17:52

    “Сланцы” и будущее нефтянки. Часть 1 - краткосрочная перспектива

    Нетрадиционная нефть и “сланцевая” в частности бросили тень на нефтяной рынок на годы вперёд. В предыдущей статье мы обновили модель добычи “сланцевой” нефти в США и опубликовали прогнозы при разных сценариях. Добыча растёт и наши тезисы подтверждаются, но сейчас не об этом. В современном скоростном мире понимание ситуации проясняется с каждым новым отч...
    3388
    Celado 8 июня 2017 г. 17:10

    Саудовская Аравия сократит экспорт нефти в США

    По словам министра нефти Саудовской Аравии Халида Аль-Фалиха (Khalid Al-Falih), Эр-Рияд намерен сократить экспорт в Соединённые Штаты, чтобы таким образом вынудить их сокращать собственные крупные запасы, которые препятствуют росту мировых цен на нефть.Всего через день после того как ОПЕК объявила о продлении на девять месяцев своего ноябрьского соглаше...
    2682
    Celado 5 июня 2017 г. 18:10

    Нынешние цены на нефть могут привести к нефтяному шоку в 2020 году.

    Поскольку цены на нефть остаются нестабильными, и решения стран ОПЕК не сходят с первых полос, все сосредоточились на ближайшем будущем нефтедобычи. Так как Саудовская Аравия заявила о том, что намеревается снизить объёмы производства и сделать свою экономику независимой от нефти, многие представители отрасли прогнозируют, что перенасыщенный сегодня рын...
    3608
    Celado 4 апреля 2017 г. 11:41

    Конкурс рецензий на фантастический роман

    Уважаемые читатели! Предлагаем принять участие в конкурсе рецензий на научно-фантастический роман «Гелиос. Жизнь после нас», написанный в жанре планетарной фантастики.Это дебют молодого российского писателя Романа Бубнова и одновременно первая художественная книга в РФ, выпущенная с обложкой дополненной реальности. Книга не лишена недостатков и конечно ...
    4130
    Celado 24 марта 2017 г. 12:45

    Феномен одиночки: будущее семьи под вопросом?

    В статье с "оптимистичным" названием «Вперёд, к одиночеству» в довольно бравурных тонах описывается тенденция современных развитых стран — увеличение так называемых «синглов», или, по нашему говоря, одиночек — людей, так и не создавших устойчивой супружеской пары и не озаботившихся детьми.Ниже позволим себе обширную цитату из текста данной статьи: «Один...
    9425
    Celado 17 марта 2017 г. 19:22

    Нефтяная война только начинается. Истина в модели

    Прогнозы - дело неблагодарное. Но в ряде ситуаций будущее предсказуемо на концептуальном уровне благодаря опережающим индикаторам или инерции процессов. Прогнозировать цены на нефть или состояние нефтяного рынка вряд ли получится до наступления технологической сингулярности, но что-то уловить вполне реально. Мир полон неожиданностей: всего лишь год наза...
    20503
    Служба поддержи

    Яндекс.Метрика