Солнечные эльфы Калифорнии (часть 2). Кривая Утки (Duck Curve)

Проблема, затронутая в статье "Солнечные эльфы Калифорнии (ч.1): Калифорнии иногда приходится платить за отдаваемую соседям энергию" , то есть большая доля солнечной энергетике в энергобалансе Калифорнии, кроме периодического перепроизводства солнечной энергии, имеет еще одно неприятное следствие - Кривую Утку (Duck Curve). Это фигура, которая образуется на графике наложением двух линий - графика суточной потребности в электричестве, и графика суточной потребности в генерации нормального электричества (за вычетом ПВИЭ).

Вот, например, как этот график выглядел 16 ноября 2017 г.

Синяя линия - потребление электричества, зеленая линия - потребность в генерации за вычетом ВИЭ.  (данные с сайта CAISO.com)

Проблема состоит в необходимости резко увеличить производство энергии в послеобеденное время. Или скажем так, более резко увеличивать, чем в нормальной системе. В некоторые периоды, энергосистема Калифорнии должна добавлять в сеть 13-20 гигаватт мощности за 8-9 часов. Это примерно 30-40% от суточного максимального потребления. В том числе в некоторые дни 13 Гигаватт мощности за три часа. При этом задействованы эти мощности будут только несколько часов. Естественно, что это приводит к следующим последствиям:

• Уменьшается возможность работать в системе угольным, атомным станциям . Угольные станции, в частности, в Калифорнии уже практически убиты. Уменьшается возможность работать для газовых ПГУ станций, наиболее эффективных и экономичных. То есть сокращается работа базовых станций.
• Резко увеличивается необходимость в газотурбинных станциях, маневренных, но не слишком эффективных. Либо принуждать работать ПГУ станции в несвойственном им и не совсем эффективном для них режиме.
• Увеличивается зависимость от перетоков энергии из других штатов.

Калифорнийская Кривая Утки была впервые обозначена в 2013 г. в отчете CAISO и согласно прогнозам, проблема будет нарастать в будущем.

Вот так график выглядел, по прогнозам экспертов.

Но в реальности в связи с удешевлением солнечных панелей, этот процесс идет значительно быстрее. (The California Duck Curve Is Real, and Bigger Than Expected)

Наличие проблемы (но не способы ее решения) уже доходит даже до головной кости калифорнийских политиков. В октябре они приняли новый закон, предписывающий бороться с Кривой Утки, с помощью альтернативно одаренных методов. (California passes bill to fight duck curve with non-carbon resources) В первую очередь с помощью внедрения новых систем краткосрочного хранения энергии, мини-ГЭС и управления потреблением.

Одно время предполагалось решать эту проблему с помощью термальных солнечных электростанций, совмещенных с газовым разогревом. Давайте рассмотрим в качестве вполне типичного образца станцию Айвонпа (Ivanpah)  в Калифорнии.

• Год ввода в эксплуатацию 2014 г.
• Три башни концентратора высотой по 140 м.
• Три участка гелиостатов (зеркал) по 173 тыс. штук.
• Установленная мощность 390 Мвт.
• КИУМ (планируемый) - 27%, КИУМ (фактический 2016 г.) – 20%
• Выработка энергии 0,9-1.08 Гигаватт*час в год. (выработка зимой примерно в три раза меньше чем летом)
• Утренний разогрев, выработка в ночное время и в облачные дни может производиться газом.
• Стоимость 2.2 млрд долларов.

То есть, что мы имеем по факту?

На самом деле это относительно небольшая газовая электростанция мощность чуть меньше 400 Мвт. Причем станция сделана не по самой экономичной схеме, в связи с этим расход газа на выработку электроэнергии превышает расход газа на современных газовых станциях. Поэтому фактический КИУМ станции довольно низкий, газ используется в основном только для разогрева станции.

Из садистских соображений к этой неэффективной газовой станции американцы приделали устройство для сжигания на лету птичек. Ну нравится им смотреть, как забавно птички делают «пуфф..», сгорая на лету. В качестве незначительного побочного свойства, это садистское устройство позволяет чуть-чуть экономить газ. WSJ так это проект и обозначило  «The $2.2 Billion Bird-Scorching Solar Project»

это видео показывает маленькие сгорающие, дымящиеся объекты (насекомые) и большие сгорающие объекты (птицы)

Давайте посмотрим экономику этого «зеленого» проекта.

Нормальная газовая станция подобной мощности стоила бы не более 400-600 млн. долларов. Плюс была бы значительная экономия за счет того, что не потребовалось бы тянуть газопровод в пустыню и магистральный кабель из пустыни. Газовую станцию можно было бы разместить ближе к потребителям.

Следовательно, устройство по сжиганию птичек обошлось в дополнительные 1,6-1,8 млрд долларов. Станция вырабатывает не более 1,08 Гигаватт*час энергии в год, причем часть энергии вырабатывается за счет газа. Менеджеры говорят, что 5% энергии вырабатывается за счет газа, но тут вопрос в том, как посчитать. Журналисты считали, что сжигаемого газа на нормальной станции хватило бы на выработку четверти электричества. То есть солнечная «электростанция» вырабатывает не более чем 800-900 мегаватт*час энергии в год. КИУМ эльфийского прибора для сжигания птиц составляет порядка 25-27%. Таким образом, реальная мощность «солнечной станции» порядка 100 Мгв.

Нетрудно посчитать, что стоимость 1 мегаватта реальной мощности составляет примерно 18 млн. долларов. Если не ошибаюсь, станция сейчас работает по дотируемому тарифу 0,125 долларов за квт*час.  Выручка чуть больше 100 млн. долларов за год. (причем два года, из-за ряда проблем, станция работала примерно на 50-60% проектной мощности).

Если бы сжигаемый газ был бы бесплатный, эльфы работали бы без зарплаты, а гномы-банкиры не брали бы проценты, то буквально лет за двадцать (это при дотируемом тарифе!) станция бы окупилась бы. Но так как, к сожалению, станция построена не в зеленой сказке, а в суровой ватной действительности, то срок окупаемости – никогда.

Удивительно, на какие только затраты не пойдешь, для удовлетворения извращенческих садистских склонностей к уничтожению живых существ.

В настоящее время американцы разработали несколько более усложненное устройство для уничтожения птиц – это солнечные термальные станции с солевым аккумулятором тепла. (Кстати, обратите внимание, что в российской версии википедии в описании станции Айвонпа ошибочно указанно использование соли)

В качестве примера можно посмотреть Кресцент дюнес (Crescent Dunes Solar Energy Project)

Характеристики:

• Установленная мощность 125 Мвт.
• КИУМ (планируемый) – 51%
• Годовая генерация (планируемая) – 500 Гигаватт*час.
• Стоимость 1 млрд. долларов.

Даже если предположить, что заявленный КИУМ будет достигнут, стоимость за мегаватт реальной мощности порядка 13 млн. долларов.

Дотируемая цена на 25 лет – 0,135 $ за киловатт*час. (примерно в два раза выше текущих цен газовых станций). Планируемой мощности станция пока не достигала, так как в прошлом году в октябре произошла протечка солевых резервуаров, и ремонт занял восемь месяцев.

При дотируемых тарифах и процентах, стремящихся к нулю, окупаемость 25-30 лет (это если не будет новых регулярных серьезных поломок).

Это, кстати, повод заострить, в очередной раз, внимание на конфликте интересов пенсионных фондов и альтернативно одаренных нетрадиционных энергетиков. Как известно, чтобы не превращаться в откровенную пирамиду, американским пенсионным фондам  нужна доходность порядка 6,5-8% годовых. Но любой альтернативный энергопроект подразумевает огромные капиталовложения, при относительно небольшой реальной мощности. В теории это компенсируется близкими у нулю текущими операционными затратами. Фактически это обозначает, что любой альтернативный проект может существовать только при почти бесплатном длинном финансировании. При этом рассматриваемая (и любая другая) термальная солнечная станция при ставке даже в 5% годовых, будет всю жизнь работать на аптеку  на банк и, скорее всего, даже не начнет выплачивать основной долг. Таким образом, альтернативные энергетики, так же как, впрочем, и все американские (западные) паразиты, нуждаются в нулевой ставке, а пенсионные фонды в достаточной высокой ставке. Сегодня этот вопрос решается в пользу паразитов и происходит фактическое колоссальное дотирование альтернативной «энергетики» за счет проедания остатков пенсионных накоплений.

Нужно понимать, что в отличие от китайской фотовольтаики, в технологии термальных солнечных станций практически не существует резервов по снижению цены. Здесь не так много китайских комплектующих, и сами технологии, являются, с одной стороны, крайне сложными в реализации и дорогостоящими, а с другой стороны, довольно зрелыми и отработанными.

С точки зрения стоимости выработки электроэнергии, если оставить за кадром вопрос балансировки (как, впрочем, это всегда делают зеленые друзья), солнечные термальные станции не способны конкурировать с солнечными панелями. Поэтому строительство подобных станций сейчас резко сокращено.

Термальные станции без аккумулятора тепла, абсолютно бесперспективны. Проще и дешевле построить солнечную электростанцию на китайских панельках (и еще останутся деньги на строительство парочки газовых станций). А единственный плюс станций с аккумуляцией, это то что, с точки зрения оператора сети, они не являются прерывистыми, они вполне эффективно участвуют в закрытие вечернего пика потребления и неспособны внезапно исчезнуть из сети, при прохождении облачка над станцией. К сожалению, этот плюс с лихвой перекрывается сложность и дороговизной технологии. Возможно, что дороговизна американских станций связана с запредельным уровнем воровства и китайцы способны реализовать эту технологию с ценой в два-три раза меньше. Посмотрим, по крайней мере, это одна из альтернативных технологий, которая имеет право на существование, при снижении цены.

О перспективах термальных солнечных станций, достаточно сказать, что финские «британские ученные» в их «исследовании» о счастливом будущем человечества со стопроцентной ВИЭ энергосистемой к 2050 г., отвели им долю рынка в размере порядка 0,1%. Даже безграничные безбашенные оптимисты не способны заставить себя поверить в светлое будущее этой технологии.

Но мир, конечно, не без больных людей не без добрых людей, именно станцию подобного типа сейчас собираются строить власти Южной Австралии, для того, чтобы самым неэффективным способом решить проблему с надежность сети, ранее ими же угробленную.

Давайте подведем итоги по этой технологии:

• Использовать в качестве газовой электростанции абсолютно бессмысленно в связи с низкой эффективностью процесса, дороговизной проекта и особенностями дотации «зеленых» проектов.
• Использовать в качестве солнечной электростанции абсолютно бессмысленно в связи с огромной дороговизной проекта и высокими текущими расходами.
• Крайне низкие шансы на серьезное снижение себестоимости энергии.
• Проекты без тепловой аккумуляции не имеют никаких преимуществ перед фотовольтаикой, а проекты с солевыми аккумуляторами слишком дорогие.

Мы сталкиваемся с обычной проблемой альтернативно одаренной энергетики, те проекты, которые сбрасывают проблему пилы на сеть, могут казаться ограниченно эффективными, но те проекты, в которых пытаются сделать гибридную схему, с решением «на месте» проблемы пилы, являются абсолютно не эффективными.

Вывод: Солнечные термальные электростанции, даже в варианте с тепловыми солевыми аккумуляторами, не являются панацеей, спасением и прорывной технологией, позволяющей массово внедрить «бесплатную» альтернативную энергетику в энергосистему планеты.

Вопрос эффективности использования современных систем хранения энергии, я ранее разбирал в статьях об Австралии. На мой взгляд, сегодня можно сказать просто – эффективности нет.

Как я ранее писал, добавление в систему, зараженную альтернативно одаренной энергетикой незначительного количества аккумулирующих мощностей, приводит к фактическому спонсированию зеленой энергетики за счет газовой, сокращению коэффициента загрузки газовой энергетики, сокращению доходов газовой энергетики, и после разорения газовой энергетики, к сокращению надежности системы.

Вышеупомянутым финским клоунам пришлось мриить о снижении стоимости литиевых батарей в 6 раз относительно цен сегодня. Иначе каменный цветок у них никак не выходил. Понятно, что использование сегодня литиевых батарей, как это хотят сделать калифорнийские политики, абсолютно не эффективно. Без сомнения, технически несложно решить проблему Утиной Кривой  с помощью промышленных аккумуляторных батарей Илона нашего Маска, но совокупные расходы системы при этом вырастут и возможно в разы.

Чудесное по своей наглости предложение о решение проблемы Утиной Кривой сделал один из эффективных менеджеров солнечной компании First Solar Inc.: «Надо изменить метод оплаты за электричество и платить солнечным компаниям за то, что они не будут производить электричество в полдень». (Big Solar Wants to Help Fix California `Duck Curve' Dilemma) Вроде как это их подвигнет на использование сложных инверторов и программ для настройки генерации на другой профиль. Как вариант можно расширить данное предложение и вообще платить солнечным эльфам за то, что они будут держать свои станции постоянно отключенными и не причинять пользу сети.

Ну и давайте еще раз вернемся к вопросу о бурно процветающей и все более дешевеющей фотовольтаики. Чем же объясняется загадочный парадокс: дешевые панельки, дешевая солнечная энергия и высокие тарифы за электричество ? Это работа злого Путина? Неизбежная плата за переход к будущему бесплатному счастью? Или вполне логичное следствие добавления в систему паразитической составляющей?

Кривая Утки является очень хорошим зримым отражением того факта, что альтернативная энергетика не замещает традиционную, а заставляет ее «экономить топливо». Дело это конечно хорошее, но для того чтобы стало системно выгодным внедрение альтернативной энергетики, (то есть выгодно не зеленым предпринимателям, сосущим дотации из бюджета, а выгодным для общества в целом) необходимо чтобы полная стоимость альтернативной энергии (LCOE) была бы меньше чем затраты на топливо традиционной энергетики. Если мы посмотрим очередной годовой отчет Лазард , мы можем найти все нужные нам данные.

 

На 2017 г. полная стоимость солнечной энергии (панельки) опустилась примерно до 45-50$ за мегаватт*час. Но при этом стоимость топлива для пиковых станций составляет 28-33$ за мегаватт*час., а стоимость топлива для базовых станций 15-22$

Рассматривая эти данные нужно учитывать следующее:

• При небольшой степени внедрения альтернативной солнечной энергии, она замещает пиковую генерацию, но при большой доле солнечной энергии она начинает частично вытеснять базовую генерацию. Фактически при этом должна закрываться базовая станция и должна образовываться пара «Солнечная станция+ пиковая станция», «Солнечная станция + система хранения», «Солнечная станция + ГЭС».

В случае использования пары «солнечная станция + пиковая станция», наряду с экономией топлива (в период отключения традиционной энергетики), присутствует эффект перерасхода топлива, связанный с тем, что экономия происходит, например, в течение восьми часов в сутки (традиционная энергетика отключена), а перерасход топлива, примерно в полтора-два раза, происходит в течение 16 часов в сутки (вместо дешевой базовой станции, стала работать дорогая пиковая станция).

Для некоторых регионов, а также для некоторых периодов года, там, где отсутствует ярко выраженный полуденный рост спроса на энергию, этот эффект становится еще более выраженным и заметным даже при небольшой доле альтернативной энергии. Это можно посмотреть на графиках, приведенных в статье (The California Duck Curve isn’t confined to California). Ну и ветер, в связи с полным и принципиальным несовпадением пика производства (случайного) и пика потребления, начинает вытеснять и убивать базовую энергетику почти сразу.

К чему это приводит? Собственно, к тому, что внедрение солнечной энергетики в значительном масштабе, убыточно всегда, в независимости от LCOE стоимости энергии. И так будет происходить до тех пор, пока не появятся дешевые и эффективные системы хранения (если появятся!!!).

• Для того чтобы стать выгодным, хотя бы при небольшом объеме внедрения, LCOE стоимость альтернативной энергетики не просто должна быть меньше стоимости топлива пиковых станций, но и быть намного меньше. Это связано с тем, что само присутствие в энергосистеме прерывистых источников энергии создает дополнительные сложности и издержки, связанные с необходимостью постоянно «спасать» систему. (Germany Facing Mass Blackouts Because The Wind And Sun Won’t Cooperate). Так, например, для Германии эти дополнительные издержки превышают полмиллиарда евро в год, и предполагается, что они вырастут до одного миллиарда в ближайшее время (Germany’s Energy Transition Creates Costly Problems With Grid).
• Специалисты Лазард рассматривают КИУМ солнечных станций (и ветра тоже) в оптимальных условиях, то есть при относительно небольшой степени внедрения и полной утилизации сетью вырабатываемого электричества. На самом деле из-за огромной разницы между летней и зимней выработкой энергии (до десяти раз в некоторых регионах), и между выработкой энергии в полдень и в остальное время, солнечная генерация, при большой доле в энергобалансе, всегда будет давать периодический излишек, который невозможно использовать. (Это рассматривалось в первой части статьи). Причем чем больше будет степень внедрения, тем больше придется «отбрасывать» энергии, принудительно отключая генерацию. В реальных условиях, это будет сильно снижать КИУМ и, следовательно, LCOE солнечной (и другой альтернативной) энергии.

Лечится это, опять же, широким внедрением дешевых и эффективных систем ранения, которые, к сожалению, пока существуют только в зеленых мриях.

Таким образом, в настоящее время и в обозримом будущем прерывистая альтернативная энергетика останется неэффективной и паразитарной составляющей зараженных энергосистем. Поэтому совершенно неудивительно, что нет ни одной страны и территории мира, в которой бы не выдерживалось бы правило - чем больше зелени в энергобалансе, тем выше потребительские цены и общие расходы энергосистемы.

Будет ли так всегда, пока сказать сложно. Я лично считаю, что – да, так как не верю в физическую возможность снижения в десятки раз стоимости альтернативной генерации и систем хранения. Все-таки существует правило, что энергию низкой плотности можно добыть затратив либо много труда, либо много ресурсов, либо дорогие ресурсы.

Если вернуться еще раз к «исследованию» финских британских  ученных, то им чтобы «доказать» возможность создания к 2050 году системы построенной полностью на возобновляемых источниках, пришлось предположить, что к этому времени стоимость солнечной генерации снизится еще в пять раз (от существующих невысоких значений), а стоимость литиевых батарей снизится в шесть раз. И при этом производство и того и другого увеличится в тысячи раз. В общем, мы знаем русскую поговорку «Предполагать - не мешки ворочать», поэтому данный доклад, нужно воспринимать, как говорят англичане, «с щепоткой соли». Причем даже лучше с мешком соли.

К тому же, к сожалению, в их докладе очень мало данных, позволяющих понять, как они рассчитывали потребность в системах хранения. Я предполагаю, что она сильно занижена, так как глобальная система, зависящая на 70% от солнечной генерации, должна иметь запредельное значение межсезонных устройств хранения энергии. 

Интересно, что факт публикации данного доклад должен привлекать внимание не столько специалистов энергетиков, сколько психологов и, пожалуй, даже психиатров. Очень забавно наблюдать, как зеленые активисты начали кричать по всему миру «Ученные доказали возможность 100% ВИЭ», «Внедрение 100% уже идет», «Доказано что 100% ВИЭ это дешевле чем традиционная энергетика».

A transition to 100 percent renewable energy by 2050—or even sooner—is not only possible, but would also cost less and create millions of new job 

A global transition to 100% renewable electricity is not a long-term vision, but already a tangible reality, a new groundbreaking study by the Lappeenranta University of Technology (LUT) and the Energy Watch Group (EWG) shows.

A joint study by Finland’s Lappeenranta University of Technology and Energy Watch Group presented on the sidelines of the COP23 talks in Bonn demonstrates that a global transition to 100% renewable electricity could be achieved by 2050, and would be more cost effective than the current electricity system.

(это все цитаты из разных восторженных статей, которые можно найти в интернете десятками)

Любому здравомыслящему человеку, очевидно, что товарищи финские грантоеды, легко и цинично подогнали данные под хотелки заказчика. Каким образом предположение о возможном снижении в пять-шесть раз стоимость панелек и литиевых батарей является доказательством, для меня лично остается тайной. Но видимо это потому, что у меня в кармане отсутствует ойфон. Я не могу отрицать возможность резкого снижения цены, но безудержно верить в снижение цены, способны только религиозные фанатики.

Вернемся к ситуации в солнечном штате. Сочетание китайского демпинга по солнечным батареям, высоких дотаций на зеленое электричество и роста тарифов, вызванного внедрением зеленого электричества, привело к бурному росту солнечной энергетики (фотовольтаики). Это в свое очередь создает проблемы как для операторов энергосистемы (балансировка сети), так и для пока оставшихся в живых представителей вымирающего племени традиционной энергетики.

Есть еще один технологический момент, который обязательно в ближайшие годы, увеличит проблемы калифорнийского оператора энергосети. Это широкое внедрение  трекинговых систем, поворачивающих панель вслед за солнцем. Насколько я понимаю, сейчас использование этих систем экономически бессмысленно, так как увеличение выработки энергии, не покрывает расходов на установку, работу и обслуживание трекинговой системы. Но когда такие мелочи останавливали зеленых энтузазистов, от внедрения "перспективных" технологий. При массовом внедрении подобных систем график дневного производства солнечной энергии будет похож не на волну, а , скорее, на айфон ;), то есть прямоугольник с закругленными углами. Это очень сильно увеличит степень вертикальности "шеи утки" на графике, то есть большее количество гигаватт придется добавлять в сеть за меньшее количество часов. Пожелаем удачи товарищам калифорнийским энергетикам. 

Таким образом, научный эксперимент, проведенный над калифорнийцами убедительно доказал, что солнечная энергетика, как один из подвидов прерывистой возобновляемой энергетики, так же не позволяет создать энергосистему с низкой стоимостью электроэнергии. И по сути, является образцом паразитической религиозной деятельности. Нет никаких сомнений, что в ближайшие годы будет происходить дальнейшее победное шествие альтернативно одаренной энергетики по Калифорнии.  Можно обоснованно предположить, что это приведет закрытию еще 10 и более гигаватт мощности традиционной энергетики и увеличит зависимость штата от перетоков энергии из соседних штатов.

Также, очевидно, что следствием этого будет являться дальнейший рост тарифов как в самой Калифорнии, так и в соседних штатах, а также дальнейшая деградация и разорение традиционной энергетики в Америке.

Никаких реалистичных вариантов решения проблемы не существует. Сидим ждем изобретения дешевых и эффективных аккумуляторов.

 ---------------

первая часть статьи здесь -  "Солнечные эльфы Калифорнии (ч.1): Калифорнии иногда приходится платить за отдаваемую соседям энергию"