Убей бобра - спаси дерево. ч.1. Международное энергетическое агентство доказывает неэффективность альтернативной энергетики.

Недавно при обсуждении одной из моих статей, я ненароком оскорбил в лучших чувствах адептов карго культа, посмев назвать специалистов МЭА (IEA) – «британскими» ученными. Оскорбленный товарищ очень сильно рекомендовал найти и изучить доклады агентства. 

Давай те найдем и откроем, эти исследования, посмотреть, которые, мне так настойчиво рекомендовали.  Ожидается, что мне сразу станет стыдно за мою неграмотность, и я сразу пойду ставить свечки в храм «Илона Маска».

Для начала откроем вот этот доклад (первый в рекомендованном списке):

Wind, Sun and the Economics of Flexible Power Systems

Что-то внимательно прочитал (начало, все выводы, все «подсвеченные тексты»), что-то пока просмотрел по диагонали, …. Довольно большая книга, больше 250 страниц….

Честно говоря, не понял, почему наши зеленые друзья природы, так настойчиво убеждали меня ее прочитать, в надежде, что я стану «образованным» и начну хвалить альтернативную энергетику. Можно предположить, что сами они этот доклад не читали и знакомы с ним по каким-то отдельным выжимкам надёрганными из текста, другими зелеными энтузиастами.

Сам доклад, написан с претензией на объективность. Чувствуется, что специалисты пытались одновременно решить две трудносовместимые задачи:

- честно отработать гранты и доказать возможность использования прерывистой альтернативной энергетики;

- не выглядеть полными идиотами в глазах коллег и экспертов.

К их чести, нужно отметить, что вторая задача оказалась более приоритетной поэтому основные выводы доклада, звучат так:

Не является сложной технической задачей интеграция малых объемов прерывистой энергетики в существующую сеть. В зависимости от системы это обозначает от 5% до 10% годовой генерации. Когда альтернативная энергетика дает только несколько процентов генерации, то ее влияние ее изменчивости и неопределенности меньше, чем от обычных факторов, присутствующих в любой сети.

То есть авторы, совершенно спокойно повторяют, то что говорят все противники зелени. Когда доля альтернативной генерации мала, то она спокойно паразитирует на существующей сети и вред от нее незаметен. Авторы, конечно же, не говорят о какой-либо пользе, или об отсутствии вреда при включении малых доз зелени в систему. Они говорят, только о том, что технически это несложно.

Влияние прерывистой генерации на систему становится заметным при увеличении доли свыше 2-3% годовой генерации. Чтобы достичь большей доли генерации, нужно использовать те же ресурсы и методы, которые используются обычно в системы для балансировки изменчивости обычных источников энергии.

То есть интеграция больших долей так же возможна, но уже требует специального выделения для этого ресурсов.  Написано прямо по методичкам углебесов. Про прибыльность опять никакого упоминания.

Интеграция больших долей прерывистой энергетики требует широкомасштабной перестройки всей системы.

(Модель наследования существующей структуры)

Классический подход подразумевает интеграцию альтернативной энергетики, как добавление ветрогенерации и солнечной генерации без оценки всех возможных вариантов по адаптации системы.

Предположим, что большая доля альтернативной генерации была добавлена в систему «за ночь».  Для тестирования рассмотрен вариант с добавлением солнца и ветра в размере 45 от годовой генерации. В этом случае общие расходы системы увеличиваются примерно на 33$ за мегаватт час, или примерно на 40% (с 86$за МВтч до 119$ за МВтч)

Это увеличение связано со следующими факторами:

- Дополнительные расходы на развитие альтернативной энергетики. (в модели взяты на существующем сегодня уровне);

- дополнительные расходы на сеть, связанные с подключением альтернативной генерации и модернизацией («усилением») сети;

- ограниченное сокращение расходов получившийся сети, так как альтернативная энергетика сокращает расходы только в форме экономии топлива и сокращения платы за выбросы газов.

Дополнительные расходы по более гибкой работе существующих станций (частое включение выключение, изменение объемов генерации) не оказывает существенного влияния на рост расходов.

То есть то, что происходит сейчас в Австралии, В Дании, в Германии и будет в реальности происходить в любой стране, где будут массово внедрять альтернативную энергетику, не является ошибкой местных рукожопых начальников, а является естественным следствием ускоренного субсидируемого развития альтернативной генерации.

Авторы практически слово в слово повторяют, то, что неоднократно говорилось на этом сайте, и в любом другом месте адекватными специалистами. То есть авторы доклада в общем-то разумные люди и понимают все проблемы, связанные с так называемым спасением человечества с помощью альтернативной энергетики.

Далее, авторы, чтобы оправдать полученные гранты, начинают понемногу натягивать сову на глобус.

(Модель полной трансформации существующей структуры)

При использовании скоординированной трансформации всей системы в целом дополнительные расходы сокращаются. В другом сценарии предполагается, что помимо внедрения альтернативной генерации в объеме 45% от годового производства, так же увеличивается гибкость оставшихся генерирующих мощностей.

В сравнении с первым вариантом происходит следующее изменение в структуре электростанций:

- сильное сокращение количества станций, которые разработаны для работы круглосуточно, и неспособны резко маневрировать объемом генерации;

- резкое увеличение гибких электростанций, способных работать только несколько часов в сутки.

Дополнительно предполагается, что будет использовано более оптимальное управление сетями.

В этом случае увеличение дополнительных расходов составит всего 11 $ за мегаватт час, то есть на 2/3 меньше чем в первом варианте. А если доля альтернативной генерации составит всего 30%, то дополнительные расходы будут всего 6$ за мегаватт час.

Figure ES.1Ƚ Total system cost of a test system at different degrees of system transformation

То есть даже необходимость отчитаться перед заказчиками за гранты, не позволило этим относительно честным специалистам, издеваться над совой слишком уж жестоким образом.

На мой взгляд, они тут притянули за уши следующие допущения:

- Правительства смогут рассчитать и определить оптимальную структуру нормальной балансирующей энергетики;

- стоимость закрытия существующих станций (зачем ???) не будет слишком велика;

- стоимость создания новых, гибких станций не будет слишком велика;

- Правительство сможет рассчитать и профинансировать создание оптимальной сети;

- стоимость перестройки сети не окажется слишком велика.

- рост альтернативной энергетики остановится на доле в 45% от годовой выработке;

Но даже при этом они не смогли сказать, что использование прерывистой энергетика становится выгодным.

Если отбросить в сторону фантазии и мечты, то можно констатировать, что оптимальность структуры в реальной жизни недостижима. Это может быть связанно как с трудностью определения оптимальной структуры, так и с трудностями (и дороговизной) приведения существующей структуры к оптимальной.  

Таким образом, из доклада следует, что всегда в реальной жизни при достижении 45% доли альтернативной генерации в общей генерации, общие расходы системы будут расти на величину от 20% до 30%.  А в случае особой рукожопости руководителей ((С) термин Мордреда)  и далеко уходить за 50%.

Ну и третий вывод (попытка загладить свою вину перед заказчиками ;)   )

В долгосрочной перспективе, добавление в систему высокой доли прерывистой энергетики может быть сделано без увеличения совокупных расходов системы. Если в перспективе стоимость альтернативной генерации будет снижаться, а плата за выбросы углекислого газа увеличиваться, то система с высокой долей прерывистой энергетики может быть дешевле, чем традиционная энергетика. Но это, конечно же, требует успешной трансформации всей системы.

Вот собственно и все… Как говорится, можно расходиться….

Если вам каким-то чудом удастся успешно трансформировать существующую систему, то для вас это все равно убыточно. И даже если, в какой-то отдаленной перспективе, стоимость альтернативной генерации снизится, то все равно убыточно. А чтобы это стало прибыльно, нужен совсем пустяк, нужно повысить плату за выбросы газов.

Ну и далее в этой части я рассмотрю несколько интересных моментов из первых глав.

Сравнение трансформации стабильных систем (имеются в виду энергосистемы развитых стран мира) и динамических систем (энергосистемы развивающихся стран.

Инвестиции в увеличение гибкости энергосистемы требуется, чтобы интегрировать в систему большие объемы прерывистой энергетики эффективно и на долгосрочной основе.

Момент, когда такие инвестиции становятся необходимыми зависит от того стабильная или динамическая энергосистема.

Стабильная система характеризуется стагнирующим ростом энергопотребления и низкой необходимостью в краткосрочной замене генерирующих мощностей и инфраструктуре сетей.

Динамическая система характеризуется резким ростом энергопотребления и необходимостью значительных инвестиций в развитие.

Стабильные и динамические системы имеют различные преимущества и недостатки

Преимуществом стабильных систем - является возможность использовать существующую базу, и интеграция прерывистой энергетики возможна за счет повышения гибкости при улучшении функционирования существующей системы

Недостатком является то, что быстрое развитие прерывистой энергетики и более гибкий режим функционирования, ставит существующую генерацию под экономический стресс. Хотя это не приводит к кратковременным проблемам стабильности системы, это уменьшает ценность активов традиционной энергетики и ухудшает инвестиционный климат.

Можно перевести это на менее толерантный язык. Добавление зеленой энергетики в существующие развитые системы проходит легче, так как на них проще паразитировать. «Но более гибкий режим работы» обозначает, что нормальную энергетику заставляют простаивать, тем самым фактически спонсирую паразитическую энергетику. В краткосрочной перспективе это не страшно, так как они это могут выдержать, но вот когда они начинают разоряться, а новых дураков инвесторов на спонсирование зелени не находится («ухудшается инвестиционный климат»), то «стабильная» система попадает в серьезные проблемы.

Быстрое внедрение альтернативной энергетики в стабильную энергосистему создает излишние генерирующие мощности. Такой переизбыток дает тенденцию к понижению рыночных цен. Понижение рыночных цен вызывает досрочное закрытие (выбытие) традиционных генерирующих мощностей, что может вызвать проблемы с надежностью системы.

Естественно, долго работать в убыток станции не могут, и если они не имеют возможности получить субсидии от государства или повысить цены на электричество, то они просто закрываются, оставив население один на один с проблемами отсутствия надежной сети.

(Из главы чуть дальше…)

Два эффекта происходят на энергорынке когда доля альтернативной энергетики увеличивается.

• Снижение рыночных (спотовых) цен когда альтернативная энергетика генерирует электричество;
• Снижение доли остальных производителей, в основном с самыми высокими переменными расходами в себестоимости генерации.

Эффект снижения цен, также важен и для экономики самой альтернативной энергетики. Так как рыночные цены опускаются только тогда, когда зеленая энергия генерируется, то это значить, что средняя цена, получаемая альтернативной энергетикой на рынке, может испытывать даже больше снижение, чем в среднем по рынку. Особенно при высоких долях альтернативной генерации.

Этот момент мне было особенно приятно прочитать, так как только вчера я дал такой комментарий.

1) Когда ветра нет. Или ветер слишком сильный. Турбины стоят и ветровики несут убытки. Это понятно.

2) Когда ветер слабый. Ветровики продают недостаточно энергии, КИУМ маленький и ветровики несут убытки.

3) Когда ветер сильный. Турбины весело крутятся. Энергии много. Все здорово. Только вот энергии много у всех одновременно. Потребления в таком объеме не существует. Эффективного хранения не существует. Цена на спотовом рынке падает к нулю. И ветровики опять несут убытки.

Не существует ситуации, при которой ветровики при массовом применение и в замкнутой системе работают в прибыль. Если конечно они не сидят на дотациях государства.

Возвращаясь к докладу…

Динамические системы, могут развиться даже быстрее, чем стабильные системы, но только если инвестиционным приоритетом является гибкость. В динамической (растущей) системе, добавление альтернативной энергетики не ставит существующие станции в такие же тяжелые экономические условия, что может упростить трансформацию. К тому же система может строиться с учетом потребностей альтернативной энергетики. К сожалению, такие системы скорее всего, не смогут наслаждаться преимуществами гибкости существующей традиционной энергетики в такой же степени, как и в стабильных системах. Поэтому долговременные инвестиционные стратегии по увеличению гибкости должны внедряться на ранних стадиях развития альтернативной энергетики. Это увеличивает ценность планирования.

Ну опять же понятно, что хотят сказать авторы. Так как в развивающихся странах энергосистема, как правило, дышит на ладан и не справляется с существующими потребностями, то паразитировать на ней невозможно. То есть «не смогут наслаждаться преимуществами гибкости». Поэтому если вы хотите развивать прерывистую энергетику, то сразу развивайте и балансирующую энергетику. (а с этим проблемы, так как сразу теряется весь «экономический» смысл)

Таким образом, можно констатировать, что доклад МЭА «Wind, Sun and the Economics of Flexible Power Systems» меня приятно удивил, своей относительной честностью. Необходимо с пониманием относиться, к использованию авторами уклончивых, толерантных терминов. Понятно, что им хочется и дальше получать гранты и бонусы.

Тем не менее я бы сказал, что доклад является типичной углебесовской литературой, которая слегка прикрываясь фиговым листком, режет правду матку, о невозможности и экономической неэффективности развития альтернативной энергетики.

Нигде в докладе я не увидел выводов том, что внедрение альтернативной энергетики позволяет уменьшать использование углеводородных ресурсов в глобальном масштабе. Насколько я понимаю речь идет только о снижении выбросов углекислого газа. Причем под этим понимается только выгода, получаемая в месте установки зеленой генерации. Без учета вреда природе, нанесенного в месте производства оборудования или сырья для него. Ну и экономия системы на топливе, при небольших объемах внедрения ВИЭ абсолютно не существенна, а при большой доле с лихвой перекрывается дополнительными расходами на широкомасштабную трансформацию системы и/или покрытие убытков связанных с отсутсвием стабильности.

Несколько позже, постараюсь посмотреть подробней следующие главы доклада, препарировать их, перевести сначала на русский язык, а затем на русский понятный, и показать, как авторы пункт за пунктом доказывают бессмысленность и вредность (хотя и техническую осуществимость) внедрения в больших масштабах альтернативной генерации.