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?
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. У ВИЭ же есть свой принципиальный недостаток, который стоит на пути — непостоянство генерации.
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 понадобилась бы вторая Европа с альтернативной энергосистемой. Поэтому я решил 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. Я взял реальные данные генерации с ветряков по нескольким европейским странам за 2015-й год, нормировал их на одинаковую мощность и выровнял 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 кратных 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, можно найти 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:
- 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.
- 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.
- 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.
- 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, 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). Такой объём будет редко и мало использоваться, а значит будет сложно окупить. Для сравнения — современные мировые производственные мощности составляют около 100 ГВт*ч в год. Гораздо 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.
Прогоны модели на разных долях ВИЭ показывают, что варианты с «ветром» в основе оптимальнее. Ниже таблица для трёх долей ВИЭ, где варианты с разными кратностями «ветра», «солнца» и аккумуляцией отсортированы по себестоимости электроэнергии (LCOE):
Конечно, данная модель много чего не учитывает и вряд ли вся Европа будет окутана интерконнекторами на десятки ГВт — интересовали концепции на принципиальном уровне и общая ситуация. Поиграться с моделью можно в телеграмовском боте (Celado_bot) из прошлой статьи, в чате с которым можно лично смоделировать поведение энергосистемы, задав интересующие параметры “солнца”, “ветра” и аккумуляции.
Итак, кто же будет спасать 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 же меньше 100% спасти ВИЭ может тотальное резервирование газовой генерацией. Учитывая, что стоить это будет относительно немного, такой вариант не выглядит фантастичным!
Комментарии
Ну что за хуцпа !!? Ну посчитайте это всё не деньгами, а джоулями и охота строить вентиляторы быстро пройдёт.
С EROI ветра и солнца всё в порядке (хотя конечно АШ не одобряет такие оценки ;)).
Рассмотрены вопросы чисто физических требований к системе генерации, без экономики.
Что значит все в порядке, если из этой же статьи следует необходимость наличия диких инвестиций в резервные мощности?
По-большому счёты резервные мощности сейчас уже есть, то что они не будут замещены ВИЭ и потребуют ресурсов для поддержания очевидно. Как это скажется на общем EROI вопрос сложный, разумеется уменьшат его, но вопрос насколько.
Ложь.
Вопрос рассматривался здесь:
OFW: Даже если ветряки и солнечные батареи будут *бесплатны*, вменяемую зеленую энергосистему построить *невозможно*
Зеленая энергетика может паразитировать на существующих мощностях лишь пока ее доля относительно мала (меньше ~15%) после чего в энергосистеме резко возрастают риски блекаутов.
В той статье вопрос рассматривался однобоко и в основном в экономическом аспекте. А примеры использованы подчас из реально неудачных экспериментов администрации Обамы. В той же Германии при большем объеме ВИЭ таких проблем меньше.
Обсуждать что выгодней, ископаемая генерация или ВИЭ , не имеет смысла. Ответ очевиден. Но экономика только одна чаша весов. Если замерить реальное потребление конечных ресурсов на каждую систему, то здесь ВИЭ может оказаться в плюсе. А по итогу нужен баланс между финансовой экономичностью и потребление реальных ресурсов.
Германия не нарушает этот принцип, а иллюстрирует его - перекладывая свои дисбалансы на энергосистему ЕС, чем другие страны очень недовольны.
Но в чем их недовольство ? Не в том ли что они не могут конкурировать с более дешевой электроэнергией из Германии в пики ветряной генерации ? Это проблема но совсем отличная от проблем в США, где проблема в нехватки энергии в дни малой солнечной активности и слабого ветра.
Проблемы с ВИЭ есть и они решаемы ,требуют более интеллектуальной системы контроля и пользования. Как решить проблему ископаемой энергетики -конечности ресурсов и изменения баланса биосферы ?
тем, что она дешева за их счет. покупать перетоки - дешево, держать резервы у себя - не очень.
замкнутый топливный цикл, торий.
Как только технологии будут явлены миру в промышленном варианте об этом можно будет поговорить. Хотя здесь все таки тоже нужно считать возможность повсеместного воплощения. Более того , ветряки и панели это реальность сегодняшнего дня - если нужно то приедут и сделают "сегодня" и вы получите нужное вам электричество. Можно говорить о стоимости такого проекта ,но он реален и доступен сегодня.
Нужно экспериментировать на малом.
И сколько же в Дании, где 50% ветрогенерации, стоит электричество, с учётом конечно же субсидий.
Инвестиции высокие, но сокращение потребления ископаемого топлива до 90% это огромные результат. Тем более что использование газовой генерации как резервной увеличивает срок службы и ресурс такой системы ,как и срок жизни. И это все на основании сегодняшних технологий, как только доработают аккумуляторы нового типа то доля солнечной генерации и аккумулирования снизит необходимость резервирования через газовые станции.
Как только, когда-то. Мне это неинтересно. Сделайте сперва хотя бы небольшое энергосамодостаточное хозяйство, основанное на зелени, там и обсудим.
Пока мы видим безумную гонку западных леммингов, когда физически бессмысленная тема продвигается за счет долговых пирамид и выкачки энергии и энергоемких ресурсов из других стран.
Я пытаюсь понять вашу логику ,но это не просто. Какое ваше предложение и какие у него перспективы ?
Вы утверждаете что печатание необеспеченной бумаги дает возможность ЕС и всему Западу в целом покупать энергоносители в бедных странах.... как то это использовать для того чтобы субсидировать развитие ВИЭ в своих странах за счет... чего ? По вашей логике за счет того что они и так делали и делают уже сто лет. То есть за счет покупки все тех же энергоресурсов в бедных странах. Но переводя часть собственного потребления на ВИЭ они снижают потребность в конкретной нефти и газе... чем снижают стоимость этих ресурсов... тем самым они оставляют бедные страны бедными и не дают им заработать на нефти и газе... пример Венесуэлы показателен. А значит им нужно меньше бумаги для того чтобы выкупать эти ресурсы, а значит ВИЭ снижает темпы роста долговых пирамид... снижает потребление конечных ресурсов... Даже без ухода от морали это положительные изменения в реальном мире. Разве не так ?
Даже используя такую специфическую логику выводы однозначны. Так в чем ваша претензия ? Что будет когда Германия построит энергомост Север-Юг ? Критиков ВИЭ станет меньше ,если соседи перестанут жаловаться ? Вы может читали истории про развитие железно-дорожного транспорта, когда крестьяне и извозчики критиковали такие инновации... и кто в исторической перспективе оказался прав ? Кто держится за угасающий момент сегодняшнего дня или готов вкладываться в перспективу ?
> Какое ваше предложение
Сделайте сперва хотя бы небольшое энергосамодостаточное хозяйство, основанное на зелени, там и обсудим.
Существует парадокс больших систем, то что невыгодно и неоправданно в малых возможно в больших. ВИЭ относится к таким большим системам, способной существовать только в комплексе с другими системами.
На отдельно взятом острове ВИЭ будет экономически и энергетически неоправданна, в глобальном масштабе всё меняется, проявляется синергетический эффект. Где-то много энергии или определенных ресурсов, где-то мало, происходит перераспределение.
Поэтому ваше доказательное требование неправомерно.
А вот нормальная энергетика почему-то и на старте могла быть оазисом, вокруг которого расцветала и продуктивность рабочих мест, и инфраструктура.
Ничего удивительного в этом нет, более того закономерно. Углеводородная энергетика значительно более локальна и не требует таких взаимозависимостей.
Еще более самодостаточен, как источник энергии КОСТЁР!!! Руби дрова и все дела. Назад в пещеры? )))
В природе есть хороший пример развития больших систем - эволюция живых организмов. Прикрутите мозг к инфузории.. ай-я-яй, она сдохла, мозг - гавно и неэффективен.
Всему своё время. Мир глобализировался и связался экономически и энергетически, становится единым организмом. Мы ещё станем свидетелями появления многих удивительных вещей!
За счет ресурсов биосферы. Насрали в одном месте, перебрались в другое. Но сегодня серунов слишком много, новых мест все меньше. В этом разительная разница.
Я правильно понимаю, что ты это пишешь где-то в тайге на дощечке прутиком?
а залень их не использует и не срет. не редкоземов не надо, не площадей под ГЭС, ничего... какая замечательная штука. что-то мне подсказывает что СБ срут еще и больше нефтянки - при производстве.
Нужно считать и нужно видеть перспективы. Реальность такова что требует перемен .ВИЭ это попытка решения. Пока что ничего другого не предложили ,отсюда и такое внимание к ВИЭ. Это же очевидно.
Привет от "зелени" - полный блекаут в Южной Австралии
Это про преобладание "зелёной генерации" над обычной и её последствия. Чуть что, свет тухнет.
Зачем считать джоули? Что толку от того, что алекс-нож и еже с ним скажут и покажут на левых цифрах, что ерой ветряков и панелек ниже 1, что с того-то? Человечество производит чтобы потреблять.
Для существования в государстве индустриального сектора, фундаментальной науки и т.д. ЕРОИ должен быть как минимум (это минимальное граничное условие) 4. В развитых сраных ныне таких как США или Германия ЕРОИ более 12.
ЗЫ при ЕРОИ 1,2 и менее это лошадиный энергорессурс и 18й век по уровню жизни.
>Для существования в государстве индустриального сектора, фундаментальной науки и т.д. ЕРОИ должен быть как минимум (это минимальное граничное условие) 4
Как подсчитано? Почему 4 а не 10 например? При чём тут ерой вообще, если энергия производится людьми и нужно рассматривать только человеческие ресурсы.
Во первых о цифре именно 4 - более подобно можно почитать в циклах статей AY о нефти, газе, атомной энергетике. Там также есть ссылки на первоисточники и разные стат даные. Но суть этой граничной цифири в слдуещем - еслии ЕРОИ равен 1 то добываемае энергия в точности покрывает расходы энергии на её добычу и энергии ни на чтоо другое нет. Второе добытая энергия должна быть транспортирована, переработана и пребразовано в некий конечный результат и кпд этой цепочки редко превышает 30% отсюда приходиим к тому, что ЕРОИ должен быть не менее 3х. но нужна еще некая часть свободной энергии для существования фундаментальной науки. Или вы думаете, что на производство коллайдера или ИТЕР никакой энергии не нужно?
Во вторых "производсве энергии человеческими рессурсами" Вы вообще в школе учились? То есть по вашему энергию распада ядра ураны мы вовнутрь в каждый атом ручками засовываем? В каждой бочке нефти атомы специально в цепочки углеводородов соединяем? Или вот дерево в лесу выросло, то по вашему в нем нет энергии сгорания древесины, пока его на дрова челрвек не порубил? А если в это дерево попадет молния и оно сгорит, то энергия эта только от молнии ибо по вашему человек к созданнию этой энергии руку не приожил?
EROEI ветряков выше единицы- где- то 25- 30 в зависимости от интенсивности ветров и количества выдаваемых с одной установки мегаватт, но ветряки не крутятся постоянно и это их главная проблема.
Посмотрите на ветряки не как на источник энергии, а как передатчик энергии.
Он передает энергию из места и времени, где ее много, в место и время, где ее мало.
Ведь энергия на производство ветряка тратится в одном месте сегодня, а освобождать эту энергию он будет в другом месте много лет после производства.
Может статься, что произвести ветряк здесь и сейчас намного дешевле, чем доставить энергию туда и потом. Вопрос не только в ЕРОЯХ.
Так и говорилось ранее, что лидеры по внедрению "зелени" грабят всю планету, обменивая их энергию и энергоемкие на макулатуру.
Сильный жрет слабого.
Ничего нового под луной.
100% э/э от ВИЭ это для дураков, умные люди сделают комбинацию под себя, ибо нельзя класть все яйца в одну корзину.
Суть выводов статьи в том, что практически при любой доле ВИЭ требуется 100 процентное резервирование газом или чем-то аналогичным, никакая разумная аккумуляция не поможет!!!
Не обязательно 100%. В ЕС есть много мест для создания АГЭС. Часть потребления закроет АЭС. Т.е. умозрительно, АЭС + ВИЭ (с гидроаккумуляторами) и немного традиционки могут закрыть потребности.
"Много" не технический термин. Сколько?
Я не знаю. Умозрительно должно хватить, если поднатужиться)))
ГАЭС это всего лишь аналог аккумулятора.
Требования 10’000–20’000 ГВт*ч удовлетворить ГАЭС не получится (тоже умозрительная оценка ;))
Вот тут камрад jamaze хороший график приводил (и его базовая статья)
Имхо - не совсем корректно. Проблема в том что ветряки не везде поставить можно. Получается что приравниваются не сильно ограниченные по площади морские/прибрежные ветряки к локальным горным и тому подобному, где рядом с уже существующими - не факт что можно поставить ещё.
И получается что "стабильная генерация" получившаяся в расчётах получается из нескольких ветряков, которые были установлены, например, в ущельях с постоянным ветром. Которые сначала были приравнены к морским мега-фермам ветряков, а затем - ещё и умножены в несколько раз.
Расчет в статье всего лишь оценка, а не руководство к действию. Важен сам вывод о необходимости 100% резервирования ВИЭ, при котором ваши опасения по поводу неравномерности генерации снимаются автоматически.
ГАЭС на практике можно строить там, где позволяет рельеф: Швейцария, Австрия. Собственно, там их и строят.
Швейцария и зарабатывает на ГАЭС: ночью принимает избыток э/э от Франции и Испании по околонулевому тарифу, днём в пик продаёт.
Много в Нормегии. И больше нигде. В Германии мало. В статье не учтены затраты на постройку абсолюно новой сети! Да еще более протяженной чем нынешняя. Соответственно к оценкам в триллионы, указанных в статье, стоит добавить еще минимум столько же.
Модель сделали, помечтали, вздохнули... и пошли покупать газ в мордоре.
Чочо? Какие такие АЭС? Их Германия закрывает, Хранция планирует закрыть. Кто строит новые АЭС в енвропке? Никто.
Кто-то мечтает, кто-то плачет, а кто-то просто работает над решением проблем ;)
Ага. А АЭС к какому году закроют? А Франция к тому времени тоже АЭС позакрывает?
При 100% резервировании перетоков вообще может не быть, а вот потребность в газе "мордора" снизится в разы.
Ещё один момент, который в статье не раскрыт, газ для резервирования может нарабатываться той же ВИЭ в моменты избытка генерации. Здесь появляется окно возможностей для водородной энергетики благодаря синергетическому эффекту с транспортом. Или генерация метана из атмосферного углекислого газа, такие работы тоже активно ведутся, тогда вообще ничего переделывать не придётся.
>Здесь появляется окно возможностей для водородной энергетики благодаря синергетическому эффекту с транспортом.
Вобщем тема с 100% ВИЭ теоретически возможна и, вероятно, зависит от комплексного планирования будущего.
На аккумах? За сколько лет произведут указанную в статье мощность? КПД извчеления запасаемой энергии какой?
Статья -- есть суть очень поверхностная модель. Расчеты сделаны на коленке, и далее НЕ вышли на масштаб затрат, ук4азали тока триллионы на постройку ветряков. Сети. Аккумулирующие мощности. КПД и пр. Планы по закрытию АЭС...
Чорт. ЕС не сможет стать еще одним Китаем по пр-ву стали и цемента. Вы то это должны понимать.
Резервные мощности газ, ГАЭС.
В рабочей модели они равны нулю. Вы вообще статью читали? )
Вы наверно удивитесь, но у ЕС нет таких планов. Хайтек, стрижка собак и прочая гомосятина )))
Ох... Слава Господу. А то я уже сверх меры зарезонировал.
Статья теоретических подсчетов, но не использует теоретические наработки новых технологий. Но если говорить о теориях, то маховиковые накопители на супермагнитах заряжаемые от солнечных панелей и будут тем резервом пиков потребления. Такая технология существенно снизит нормы резервирования и себестоимость всей системы.
Это всё игрушки по сравнению с необходимым, для полного решения задачи.
https://aftershock.news/?q=comment/3750080#comment-3750080
Аккумулирующие мощности нужны только, чтобы сглаживать кратковременные пики и не гонять впустую газовый резерв, тут конечно простор для фантазий.
Страницы