Континент Европа: энергетическая трансформация

Многие наслышаны о “зелёном безумии” наступившем в Европе. Огромные субсидии вливаются в производство энергии с помощью ветра, солнца и биомассы. Также в информационном пространстве циркулируют небезосновательные высказывания о том какие это проблемы влечёт: повышение тарифов на электроэнергию, неравномерные и порой высокие пиковые нагрузки на электрические сети и прочие проблемы сопутствующие энергетической трансформации.

Хочу обратить внимание - намерения Европы очень серьёзные по поводу трансформации энергосистемы и долгосрочные планы так или иначе выполняются, промежуточные результаты достигаются (ниже будут данные), законы по этому поводу приняты и принимаются.

Итак, взглянем, на примере Германии, как они себе представляют часть своей энергетической системы связанной с фотовольтаикой и ветром ([1] - стр. 73):

На изображении показаны солнечные батареи, но всё это справедливо и для ветра. Пунктиром выделены не реализованные элементы энергосистемы.

Проблему неравномерной выработки электроэнергии от солнца и ветра предполагается сглаживать с помощью:

1. Стационарных аккумуляторов (КПД – 90%) - не реализовано

Сейчас малые (rooftop – установленные на крышах) и большие солнечные электростанции а также ветрогенераторы в основном подключены к сети через инверторы. Т.е. вся выработанная электроэнергия от станций передаётся в сеть. Но стимулы к установке аккумуляторов уже появляются, т.к. feed-in тариф в Германии, по которому закупается электроэнергия солнца и ветра, уже стал меньше стоимости электроэнергии для населения ([2] – стр. 37):

Т.е. выгоднее самим пользоваться этой энергией, чем продавать по меньшей цене, а закупать по большей. Но с учётом стоимости аккумуляторов и контроллеров заряда выгода от установки аккумуляторов, конечно, уменьшается.

2. Второй способ сохранения энергии это технология Power to Gas – P2G. Первые проекты уже запущены.

С помощью электролиза воды получается водород (КПД = 81%), который или сразу закачивается в хранилища с природный газом (смешиваясь с ним) или хранится отдельно или же преобразуется в метан (КПД = 85%) и уже после этого закачивается в хранилища.

Из хранилищ газ используется на станциях (КПД = 90%), которые генерируют одновременно тепло (КПД = 40%) и электроэнергию (КПД = 50%). Электроэнергия подаётся в сеть, а тепло потребителям (отопление, горячее водоснабжение)

Теперь посмотрим как развивается данный способ.

В августе 2013 года в Германии запущен 2 МВт проект P2G в Фалькенхагене. Установки производят 360 кубов водорода в час и закачивают в местную газотранспортную систему. http://www.eon.com/en/media/news/press-releases/2013/8/28/eon-inaugurates-power-to-gas-unit-in-falkenhagen-in-eastern-germany.html

Идёт монтаж 6 МВт проекта в Германии: http://energiepark-mainz.de/news/

Больше примеров здесь: https://en.wikipedia.org/wiki/Power_to_gas

Водород и метан может использоваться как топливо для автомобилей, но это не очень рационально (как видно из схемы), особенно для метана. Если использовать метан в качестве топлива для автомобилей, то только 21% от изначальной электроэнергии преобразуется в полезную работу. Для водорода этот показатель лучше – суммарный КПД преобразования изначальной электроэнергии через водород в полезную работу 31%.

Поэтому:

3. Третий способ сохранения электроэнергии и сглаживания пиков выработки – электромобили. Проект пока только на начальной стадии реализации. В этом случае КПД составляет 80% (КПД батарей умножить на КПД электромотора).

Чтобы помогать сети, в будущем, возможно, придётся оборудовать крупные потребители электроэнергии (коими являются и батареи автомобилей в режиме зарядки) “мозгами”, чтобы они работали в режиме балансировки электрической сети. Задача непростая, но и не невозможная.

4. Четвёртый способ – это старые добрые гидроаккумулирующие электростанции ГАЭС (КПД сохранения электроэнергии 80%). Способ частично реализован.

Ёмкость составляет 40 ГВт*ч, мощность 7 ГВт.

5. Пятый способ сглаживания пиков – сохранение энергии в сжатом воздухе. На схеме он обозначен как CAES - Compressed air energy storage

Подобные решения (КПД = 42%) уже присутствуют в Германии:

1978 – The first utility-scale compressed air energy storage project was the 290 megawatt Huntorf plant in Germany using a salt dome.

Сейчас же разрабатываются новые решения с КПД = 70%. Таким проектом является немецкий ADELE. Ёмкость станции 360 МВт*ч, выход электроэнергии мощностью 90 МВт. Планируется запустить в 2019 году.

Презентация: http://www.youtube.com/watch?v=K4yJx5yTzO4

Описание: http://www.energyacademy.org/article/356/caes-low-cost-solution-for-energy-storage

6. Шестой способ сглаживания пиков – Power to Heat

Избыточная электроэнергия преобразуется с помощью тепловых насосов (холодильник наоборот) со средним условным КПД = 300% (это не описка :-)) и сохраняется с помощью тепловых аккумуляторов (КПД = 90%) из которых, по мере необходимости тепло поступает к потребителю (отопление, горячее водоснабжение)

Итак, видно, что Европа не только имеет план энергетического перехода, но уже приступила в той или иной мере к его реализации.

К 2020 года Европа планировала получать 20% первичной энергии из возобновляемых источников.

~14% первичной энергии EU-28 вырабатывается (в 2012 г.) из возобновляемых источников энергии. Т.е. идут хорошими темпами.

Figure 1: Share of energy from renewable sources in gross final consumption of energy, EU-28, 2004-2012
Source: (nrg_ind_335a)

Figure 2: Primary production of energy from renewable sources, EU-28, 1990-2012
Source: Eurostat (nrg_107a)

~24% электроэнергии EU-28 вырабатывается (в 2012 г.) из возобновляемых источников энергии.

Figure 3: Electricity generated from renewable energy sources, EU-28, 2002–12 - Source: Eurostat (nrg_105a) and (tsdcc330)

Плюс некоторые новые данные:

В 2013 году уже 8% электроэнергии EU вырабатывалось с помощью ветра. ([3] - стр. 22)

Глядя на всё это начинаешь задумываться: не такие уж они и дурачки, как их некоторые пытаются представить.

[1] Recent Facts about Photovoltaics in Germany – Fraunhofer ISE

[2] Photovoltaics Report – Fraunhofer ISE

[3] Global Wind Report 2013 - GWEC