Дурилка картонная, с зеленоватым отливом

В декабре 2018 года вышел доклад Научно-промышленной академии Содружества наций (Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation, CSIRO). Британские на этот раз австралийские учёные обсуждали снижение стоимости возобновляемых источников энергии с одновременным повышением стоимости ископаемого топлива.

Сначала перейдём на личности уважаемых авторов доклада:

• Пол Грахам — экономист, после университета трудился в ABARES (Австралийское бюро сельского хозяйства и ресурсов), далее перешёл в CSIRO.
• Дженни Хайвард – математик, работает в CSIRO со времени окончания университета в 2008 г.
• Дженни Фостер – имеет PhD по химии, но химиком не работала. Четыре года была менеджером химлаборатории в университете Мельбурна, а с января 1994 – карьерная пиарщица.
• Лиза Хавас – экономист-эколог. До CSIRO работала в Центре ВИЭ при университете Дарвина.
• Оливер Стори – выступал представителем заказчика. Он трудится директором по стратегии в Австралийском агентстве ВИЭ (ARENA). Карьерный бюрократ: руководил Отделом по изучению спроса на энергоресурсы (при Департаменте по ресурсам, энергии и туризму), затем Отделом по энергоэффективности (при Департаменте промышленности), затем служил советником при Департаменте Кабинета Австралии. Все должности послужного списка – в федеральном правительстве.

Инженеров и физиков в команде не было, и это сказывается.

Доклад я начал читать не без интереса. В предисловии там обещалось продолжение доклада APGT-2015, содержавшего массу информации: http://earthsci.org/mineral/energy/coal/LCOE_Report_final_web.pdf . Этот доклад, в отличие от нашего сегодняшнего пациента, экономисты писали совместно с инженерами. Технический уровень, конечно, никакой, так как рассчитано на образование политика или восьмиклассника, но статистика – довольно полезная, как и ссылки на реальные исследования.

Ну вот типа новый доклад CSIRO. Ну чо, типа такой читаю. Извините.

Внезапно на странице 11 обнаруживается интере-е-еснейшая картинка:

Так авторы доклада представляют себе «пилу потребления». Чёрная линия – спрос на электроэнергию с пиком в районе полудня (кондиционеры) и небольшим отскоком в районе 17 часов – люди вернулись с работы. Секундочку! А что это у нас по оси Y? От -200'000 до +1'200'000 мегаватт, то есть до 1.2 Тераватта мгновенной мощности.

Беру мою вундервафлю – дигитайзер. Средний (вполне удовлетворённый) спрос оказывается 778 ГВт. В статистическом году у нас 8'766 часа, значит выработка в таком режиме в год – 0.778·8'766=6'820 TВт·ч. В 2017 году вся планетка Земля (с пригородами) выработала 25'551 TВт·ч. Значит, речь на графике идёт о стране ну очень мощной, например США или КНР. Первые выработали в 2017 году 4'282, вторая – 6'495 TВт·ч. Весь континент «Северная Америка» (Great Again) – 5'290 TВт·ч. Допустим, на графике описка: вместо «мегаватт» (MW) следует читать «киловатт»(kW). Тогда речь может о четырёх странах идти: Кипр, Латвия, Литва, Македония. Вот только у них ядерной энергетики ещё/уже нету, а на графике – есть. Ну либо речь не о стране, а о каком-то регионе. Ладно, пусть мегаватты будут, кому какая разница?

Дигитизируем далее. В нашей стране есть производство электроэнергии из биомассы: 8.8 ГВт, мощность от времени не меняется. Есть «чёрный» уголь удивительно зелёного цвета: 64.7 ГВт неманевренной мощности (бурого угля нет, что автоматически исключает Китай и Америку). Природный газ с секвестрацией (закачкой под землю) получившейся углекислоты: 126.5 ГВт почему-то практически неманевреной мощности (маневр всего лишь 3 ГВт). Серо-стальные ядрёные реакторы нашей чудесной страны, тихо шелестя быстрыми нейтронами, вырабатывают стабильные 112 ГВт. Гидростанции (вода там говнистого коричневого оттенка) качают 88 ГВт, маневр мощностью тоже удивительно низкий: от 6 ГВт. Чтобы убедить читателя, что я проделал эту работу, вот мой график. Похоже?

 

Так кто же обеспечивает маневр мощности в нашей системе? Чья это широкая улыбка светится? А, здравствуйте, Илон Давыдыч! Давненько вас видно не было! Всё покуриваете?

Маневр в системе есть! Его обеспечивают мегабатарейки общей зарядной мощностью до 100 ГВт и пиковым разрядом 165. Общая ёмкость батарей энергосистемы – не менее 1'000 ГВт·ч при КПД «заряд-разряд» не хуже 95%. Ещё на графике есть накачка воды в резервуары (серая линия), но она либо ноль, либо её нарисовать забыли. Скорее ноль, оттого что площадь подграфика разряда батарей (за 72 часа) 2'740 ГВт·ч, а заряда – 2'950 ГВт·ч. Как раз КПД 93% и выходит.

Но мегабатарейки – это ещё не все чудеса нашей чудесной страны. У нас в стране очень чудесные солнце и ветер! Солнышко светит по 14 часов в сутки. Ясное дело, на экваторе страна находиться не может, а скорее тут запечатлено лето в Китайской Народной. Правда, в КНР есть ещё зима, когда солнце светит не 14 часов, а 10, и не так интенсивно, но это мелочи (возражение, что страна протяжённая с запада на восток, оттого и инсоляция длиннее – не принимается. Тогда бы график выработки не был такой красивой синусоидой).

Но солнечная энергия – бог с ним! Поглядите на ветер. Он дует ровно и красиво по 275 ГВт. А когда солнышко садится, то ветерок принимается дуть чуть сильнее (причём как раз тогда, когда у вас вечерний пик потребления). Спасает собрата по ВИЭ. И так – каждый день.

Оценим потребную установленную мощность. «ВР» сообщает нам, что в 2017 году во всём мире было 514.8 ГВт ветряков и 399.6 ГВт солнечных панелей, которые выработали 1122.7 и 442.6 ТВт·ч; утилизация 24.9 и 12.6% соответственно. Средняя мощность за 3 дня в нашей модели – 290 и 95 ГВт, следовательно установленных мощностей надо не менее 1'160 ветровых и 750 ГВт электрических, а всего нестабильной мощности ВИЭ – 1'900 ГВт. Остальные установленные мощности – как в таблице (числа округляются до значимых):

Вид энергии	Средняя мощность в модели	Утилизация в 2017 г по данным «ВР», %	Требуемая установленная мощность в модели
Ветровая	290	24.9	1'160
Солнечная	95	12.6	750
Итого переменной			1'900
ГЭС и ГАЭС	88	36.5	240
Вращающийся резерв газовой	10 (у авторов всего 3)	60	20
Батареи глубокого цикла			165
Итого маневренной			425
АЭС	112	77	145
Природный газ, постоянная генерация	117	59	200
Чёрный уголь	63	56	120
Биомасса и мусор	9	Около 90	10
Итого постоянной			475
Всего установленной мощности			2'800

Просто для масштаба величин, в 2017 году только на угольных (включая лигнит) ТЭС в КНР - 935 ГВт установленной мощности, в США — 279.

Получается, что в нашей энергосистеме из 2'800 ГВт установленной мощности ветер и солнце составляют более 67%, а ещё 5.9% – это батарейки Маска.

Чисто теоретически подобная система кое-как балансируется. В безветренный сезон, пускаем гидростанции на полную мощь 240 ГВт... и за три месяца кончается вода в водохранилищах! Но нам же нужно ещё 200? Выжимаем дополнительные 75 из газовых и 50 из угольных ТЭС! Не хватает. Атомные реакторы говорят: «Ша! Мы – опасные ребята, заигрывать с нами не надо» Но согласившись, дают-таки 20-30 сверху. Всё. Вашей «энергетики» больше нету. За три безветренных месяца. Вывод: в системе надо держать холодный резерв на 300-500 ГВт и к нему запасы топлива хотя бы на зиму.

Ну ладно, можно было бы сказать, что с иллюстрацией авторы доклада просто налажали (доверили кропать табличку практиканту), а в остальном – всё правильно. Читаем дальше. На странице 27 обнаруживается график 4-1 «Оценочный запас накопления энергии, требуемый в штатах [Австралии] от процента установленой переменной мощности». По горизонтали отложены в процентах доли солнечной и ветровой энергии раскладе, а по вертикали – требуемое количество часов в маскобатареях.

Вроде всё по науке, и ссылка есть: Campey, T., Bruce, S., Yankos, T., Hayward, J., Graham, P., Reedman, L., Brinsmead, T., Deverell, J. 2017, Low Emissions Technology Roadmap, CSIRO, Australia, https://www.csiro.au/en/Dobusiness/Futures/Reports/Low-Emissions-Technol...

Чтобы у вас в глазах не зарябило, выделим только точки для Южной Австралии. Оказывается, для Южной Австралии, если доля ветровой и солнечной энергии в генерации менее 72%, то батареи вообще не нужны. Если доля достигает 92%, тогда надо резервироваться на 5 часов, и только если доля ветра и солнца – 95% – потребуется 26 часов резервирования.

Постойте. Южная Австралия. Это там, где Илон Маск построил батарейку на 0.1 ГВт (да, одна десятая гигаватта) всего за 90 лямов австралийских оранжевых. Эксплуатация батарейки будет обходиться бюджету штата в 4-5 лямов ежегодно. https://www.abc.net.au/news/2018-09-27/tesla-battery-cost-revealed-two-years-after-blackout/10310680 Маск обещал закончить постройку за 100 дней, до 1 декабря 2017, а не то отдаст бесплатно. Как всегда, соврал. Тестирование было закончено 20 января 2018, с опозданием ровно на 50 суток. Главный аудитор штата Эндрю Ричардсон должок Маску простил:

Правительство Южной Австралии получило консультацию юриста и решило не судиться с HPR за нанесённый урон.

https://www.abc.net.au/news/2018-11-28/owner-of-elon-musks-big-sa-batter...

http://www.aemo.com.au/-/media/Files/Electricity/NEM/Planning_and_Forecasting/SA_Advisory/2017/South-Australian-Electricity-Report-2017.pdf даёт нам картину выработки электроэнергии в Южной Австралии в 2016-2017 фискальном году:

Категория	Выработка, ГВт·ч	%% в генерации/к общему
Газ	5'596	50.5/40.5
Ветровая	4'343	39.2/31.5
Уголь	0	0/0
Солнечные панели (на крышах)	1'016	9.2/7.4
Дизельные и др. генераторы	122	1.1/0.9
Итого собственная выработка	11'077	100/80.3
Импорт-экспорт	2'889-164	24.6/19.7
Всего:	13'802	124.6/100

Судя по отчёту CSIRO, батарейки Маска в ЮА пока вообще не нужны – доля ветра и солнечной энергии в собственной генерации – 48%, в потреблении – вообще 39%. Так зачем же батарею построили?

А вот зачем. Если три недели не будет ветра, Маск не спасёт: из 100 МВт пиковой мощности разрешается использование 70 МВт, причём нельзя использовать более 10 МВт·ч из общего заряда батареи 129 МВт·ч. Грубо, в случае большой аварии батарейка продержится 8.5 минут и позволит произвести плановое отключение потребителей. Основное предназначение батареи – служить эквивалентом вращающегося резерва мощности и предотвращать броски частоты в сети из-за прерывистой генерации ветряков и солнечных панелей. Так что нужна батарея, нужна. Просто когда Кампи, Брюс и Янкос считали свои симуляции, то у практикующих инженеров электриков мнения не спрашивали. И главное – посчитали правильно! Вращающийся резерв в системе есть – те самые 2'889 ГВт·ч, что приходят по ЛЭП из Виктории, Нового Южного Уэльса и далее из Квинсленда. Только вот никто не задался вопросом: что будет, если на ЛЭП – авария и одновременно ветер дуть перестал?

А вот что пишут озлобленные электрики:

Чистый импорт по ЛЭП в Южную Австралию из других штатов увеличился на 40% с 2015–16 по 2016–17 фискальные гг.: от 1 941 ГВтч до 2725 ГВтч

Южная Австралия подвержена риску несоответствия стандарту надежности с прогнозом 0,0015–0,0025%. аварийного отключения по несоответствию цикла (АОНЦ), в зависимости от скачков спроса.

Вероятность дефицита мощности в Южной Австралии составляет от 26% до 33%. Средний прогнозируемый дефицит вероятно, между 81 МВт и 97 МВт, но может достигать 243 МВт. Если происходит АОНЦ, отключение может длиться от двух до четырёх часов.

Если в летнее время предложение или спрос будут отличаться от прогнозных значений, и окажется, что в Южной Австралии или Виктории одна из крупных тепловых мощностей остановлена на профилактику, ожидается снабжение сети ниже минимального стандарта надёжности.

Возможно, риски удастся снизить после (фискальных) 2017–18 гг. В 2018–1919 гг прогнозируется снижение максимального спроса за счет установки избыточных мощностей солнечной генерации на крышах и других распределённых систем ВИЭ.

Ну и последняя картинка до кучи. Выработка электроэнергии в мире в 2018, 2030, 2050 годах. Напоминаю, что доклад писался в 2018, и издан в декабре.

Что там будет в 2030 или 2050, нас пока не волнует. Посмотрим на 2018. Дано два сценария: мир следует Киотскому протоколу («2 градуса») и мир не следует («4 градуса»). CSIRO полагает, что в 2018 году будет выработано:

Выработка электроэнергии	Сценарий CSIRO 4º, ГВт·лет	Сценарий CSIRO 2º, ГВт·лет	По отчёту «ВР» 2018 в 2017 году, ГВт·лет
Из угля	1'270	1'328	1'109.2
Из газа	390	378	674.8
Ядерной	332	309	300.7
Из нефти	103	126	100.7
Солнечной	69	80	50.5
Ветровой	286	218	128.1
Гидро	413	401	463.1
Гео, био и остальные	80	103	87.7

То есть, по мнению CSIRO, в 2017 году земляне произвели из угля 1'109 ГВт·лет, а в 2018 – ополоумели и вкрутили уголёк на полную? Аналогично с природным газом. Переводили-переводили ТЭС на газ, и вдруг раз! И обратно. Я ни секунды не сомневаюсь, что исследователи CSIRO знают, что есть на свете такая компания «ВР», и публикуется её ежегодный обзор энергетики. Ну так написали бы чёрным по белому: «ВР – фуфел позорный, ей не верим, у нас вот свой Джеймс Бонд». Я бы поверил (но проверил). Ну или хотя бы: «Нам было лень пересчитать по факту, принимай как есть, дорогой читатель». Хрен с ним, я бы принял. Не сообщают ничего.

Дочитал писулю до конца. Короче, экономисты математически доказали, что если цену чего-то умножить на 0.33, то это что-то волшебным образом станет примерно втрое дешевле. А вот если уголь подорожает вдвое, так и киловатт-час из угля будет несколько дороже. Как будто мы и так не знали.

Чессно слово, я разозлился. Уважаемые экономисты дурилку картонную суют. Кидают мне куклу. Знаете, где сверху и снизу – по 5000 рублей, а внутри – аккуратно нарезанный журнал «Огонёк» за 1984. Целевая аудитория этого доклада CSIRO – политическая шпана в парламенте Южной Австралии. Им теперь надо оправдываться перед народом (и тремя другими штатами) и за Маска, и за АОНЦы.

Но потом я разобрался и понял: перцы из CSIRO абсолютно правы. Просто они живут на альтернативно-параллельной планете Земля.

• Там, где ветер дует без передыху и вовремя усиливается.

• Там, где всегда светит солнце.

• Там, где не бывает снега и дождя.

• Где не встречаются тихоокеанские тайфуны и не падают ЛЭП.

• Где не действует инженерный закон:

Не поймите меня неправильно. Я обеими руками за ВИЭ и прочую зелёную экологию, и не только разговоры разговаривать могу. Имею уже: солнечный водонагреватель на 300 литров, солнечных панелей на 12 кВт, три бака с дождевой водой (около 9 кубов). И последнее даже монтировал сам.

Только не надо народу врать. Качественное внедрение ВИЭ – дело долгое и дорогое (и да, придётся немного ограничить потребности). А бесполезного быстрого фуфла нам не надо.

Удачи.