А в недавно опубликованном плане по сокращению потребления российского газа — а также нефти и угля — Европейская комиссия сделала ставку на газ и уголь, а не на энергию ветра и солнца.
Текущий интерес к коммерческой зеленой энергетике в странах мира
Общественность задается вопросом, действительно ли существует такое понятие, как «зеленая энергия».
Это зависит от того, кого вы спрашиваете и что вы подразумеваете под настоящей зеленой энергией.
Электроэнергия из возобновляемых источников энергии считается «зеленой», поскольку она практически не влияет на выбросы парниковых газов.
Что касается коммерческой «зеленой» энергии, то в настоящее время в этот список входят гидроэнергетика, энергия ветра, биомасса, геотермальная и солнечная энергия.
В 1970-х и 1980-х годах интерес к «зеленой» энергетике был вызван стремлением заменить ископаемое топливо, чтобы уменьшить зависимость от нефти.
В настоящее время существует более широкая цель: минимизация выбросов углекислого газа или CO2 выбросы (самый распространенный газ, способствующий глобальному потеплению), образующиеся при сжигании ископаемого топлива.
Россия имеет около 1 100 ТВтч, что составляет около 4% мирового производства электроэнергии среди всех стран. (30% Китай, 15% США).
Хотя вклад возобновляемых источников энергии в производство электроэнергии невелик, за исключением гидроэнергетики, их проникновение на рынок растет гораздо быстрее, чем у традиционных источников энергии.
Рыночный потенциал возобновляемых ресурсов: зеленая гидроэнергетика
За последние 100 лет гидроэнергетика стала наиболее развитым возобновляемым источником энергии в мире.
Сегодня «зеленая» энергия гидроэлектростанций вырабатывает 4 200 ТВтч, или около 15% мировых мощностей по производству электроэнергии.
Принцип добычи зеленой энергии от гидропроектов
Возможности для новых и крупных гидроэнергетических проектов ограничены в большинстве развитых стран, в основном потому, что большинство экономически жизнеспособных станций уже разработаны. В развивающихся странах существует множество потенциальных гидроэлектростанций, однако опасения по поводу ущерба окружающей среде и угрозы коренным народам серьезно препятствуют строительству многих крупных ГЭС.
Гидроэлектростанции делятся на две категории: те, которые образуют плотину перед электростанцией, и те, которые зависят только от речного потока.
Электрогенераторы работают по тому же принципу, что и их аналоги на ископаемом топливе, но обычно имеют большие размеры. Разница заключается в том, что вал вращается. Вода проходит через турбину, которая вращается как вихрь. Затем вода выходит на дне турбинного канала и возвращается в реку. После того, как вода теряет часть своей кинетической энергии при вращении турбины, она отводится и продолжает течь по реке.
Ветер
Энергия ветра является вторым по популярности источником «зеленой» энергии во всем мире. Хотя концепция технической выработки энергии из энергии ветра имеет долгую историю, коммерческая ветроэнергетика производится всего три десятилетия и стала конкурентоспособной только в последние годы.
Глобальная ветроэнергетическая мощность составляет около 1,0 ТВт, из которых 0,38 ТВт приходится только на Китай, что составляет 30% от общей ветроэнергетической мощности.
Эти ветроэнергетические проекты производят достаточно электроэнергии для удовлетворения потребностей 50 миллионов человек. Китайские мощности на конец 2020 года позволили построить более 60 крупных ветропарков, что сделало страну мировым лидером в производстве ветровой энергии.
Современные ветряные турбины работают с коэффициентом мощности от 35 до 40 % в районах с хорошим ветровым потенциалом. За последние 20 лет стоимость энергии ветра снизилась примерно на 90 %. Крупные новые ветряные электростанции в ветреных районах теперь производят электроэнергию по цене от 4 до 6 центов/кВтч (в долларах США), что выводит стоимость электроэнергии в диапазон самых эффективных источников, конкурирующих со стоимостью электроэнергии от новых традиционных электростанций. Ветроэнергетика развивается во всем мире быстрыми темпами.
Принцип добычи зеленой энергии от ветра
Ветровые турбины можно разделить на две основные группы: Ветряные турбины с горизонтальной осью и ветряные турбины с вертикальной осью.
Хотя существуют различные производители ветряных турбин, каждый из которых имеет свои специфические конструкции и области применения, общая конструкция достаточно единообразна. Основными компонентами являются вал (на котором расположены редуктор, генератор и соответствующие органы управления), установленный на башне. Мотогондола находится под управлением руля и может свободно вращаться вокруг вертикальной оси так, чтобы всегда быть как можно ближе к ветру, который ее гонит. Угол наклона лопастей ротора можно регулировать, чтобы использовать больше или меньше ветра, оптимизируя потребление энергии и регулируя скорость при слишком сильном ветре. Втулка и лопасти соединены с валом с низкой передачей, который приводит в движение редуктор. В редукторе скорость вращения вала увеличивается таким образом, что генератор в целом достигает скорости от 1200 до 1800 об/мин. Высокоскоростной вал соединяет коробку передач с генератором переменного тока. Значительные усилия были приложены к разработке лопастей ротора, чтобы увеличить количество зеленой энергии, вырабатываемой ветром.
Но есть и другие защитники окружающей среды. Которые не разглагольствуют об очищающем эффекте «зеленых» технологий, а сидят за своими компьютерами и подсчитывают реальную выгоду. И в то же время вред. И они качают головами.
Зеленый водород и экогибриды
В отчете Всемирного совета по ветроэнергетике подчеркивается роль применения «зеленого» водорода и технологий Power-to-X в глубокой декарбонизации промышленных секторов и долгосрочном хранении энергии. Согласно одному из сценариев, к 2050 году на чистый водород будет приходиться четверть мирового производства электроэнергии, для чего потребуется около 10 000 ГВт ветровых и солнечных мощностей.
За последний год глобальный интерес к водороду продолжал расти, и все большее число стран объявило о национальных дорожных картах или стратегиях по водороду. В 2021 году более 30 стран приступили к разработке или опубликованию водородной стратегии.
Китай, например, в 2016 году опубликовал дорожную карту по использованию водорода в транспортном секторе, а в своем текущем пятилетнем плане (2021-2025 годы) назвал водородную энергетику одной из важнейших отраслей будущего, наряду с развитием квантовой информации и аэрокосмической промышленности.ii
В 2021 году в Индии стартовала Национальная водородная миссия, призванная расширить внутреннее производство чистого водорода и потенциально обязать нефтеперерабатывающие предприятия и компании по производству удобрений внедрять чистый водород и чистый аммиак в промышленные процессы.
ЕС включил зеленый водород в Европейский зеленый курс, объявленный на 2020 год, указав, что водородные сети необходимы для «чистой и закрытой экономики «iii.
В настоящее время ветроэнергетика напрямую сотрудничает с рядом промышленных отраслей для достижения декарбонизации с использованием чистого водорода в качестве топлива. Например, компания Vattenfall в партнерстве со шведским производителем стали SSAB и горнодобывающей компанией LKAB построила экспериментальный завод по производству губчатого железа с использованием экологически чистого водорода.iv
Такие партнерские отношения приводят к появлению гибридных проектов. В целом, вся «зеленая» энергия направлена на гибриды. Например, солнечные панели сочетаются с ветряными турбинами (поскольку отсутствие солнечного света или ветра неизбежно приводит к перебоям, влияющим на энергоснабжение). Но традиционная энергия также частично связана с экологическими понятиями. И это второе противоречие.
Связь экоэнергетики с редкоземельными металлами
Бывший помощник госсекретаря США по глобальным вопросам Аарон Рингель отмечает, что спрос на редкоземельные металлы растет по мере развития технологий возобновляемой энергетики, таких как электромобили, солнечные батареи и литий-ионные аккумуляторы. Однако Соединенные Штаты почти полностью зависят от импорта редкоземельных металлов.
До 1980-х годов Соединенные Штаты даже лидировали в мире по производству редкоземельных металлов. Но недальновидный переход на импорт привел к тому, что внутренние мощности по добыче полезных ископаемых в Америке иссякли. Результатом этого стал нынешний контроль Пекина над поставками этих жизненно важных ресурсов.
Китай обладает 85% мировых запасов редкоземельных металлов и имеет около двух третей мировых поставок редких металлов и минералов, таких как сурьма и барит.v
В пресс-релизе Управления минеральной энергии Министерства энергетики США от 2021 года говорится, что в настоящее время США импортируют 80% редкоземельных металлов непосредственно из Китая, а остальные — косвенно из Китая через другие страны. США полностью зависят от импорта 14 из 35 важнейших минералов. Недавно сообщалось, что китайские компании уже ведут добычу полезных ископаемых в Афганистане. Китай отрицает намерение использовать экспорт редкоземельных металлов в качестве оружия — если только на карту не поставлены интересы национальной безопасности.vi
Конгресс и администрация недавно предприняли некоторые шаги для устранения этой уязвимости. Например, Министерство энергетики исследует новые методы переработки редкоземельных металлов. А Конгресс пытается расширить отечественное высокотехнологичное производство с помощью законодательного пакета, основанного на Законе об американской конкуренции при заключении контрактов.
Интересно, что, несмотря на акцент на безопасной окружающей среде, Америка по-прежнему зависит от явно неустойчивой горнодобывающей деятельности Китая. Токсичные озера и свалки токсичных отходов появляются в Китае одновременно с быстрой и прибыльной разработкой месторождений редкоземельных металлов.
Такой подход вдвойне вредит интересам компаний, которые придерживаются строгих глобальных экологических норм. Например, компания The Metals Company (TMC), зарегистрированная на бирже NASDAQ, продемонстрировала возможность добычи важнейших минералов в морских глубинах. Компания разведала крупнейшее в мире известное месторождение металлов, пригодных для производства батарей, — зону Кларион-Клиппертон в Тихом океане. В настоящее время она успешно перерабатывает цветные металлы, включая никель и медь, из глубоководных конкреций таким образом, что в процессе переработки образуется минимальное количество отходов.
Однако добыча минералов и редкоземельных металлов — это только первый шаг. Чтобы получить конкурентное преимущество, необходимо охватить всю цепочку поставок, включая переработку и утилизацию.
Однако США считают, что они могут вернуть себе лидирующие позиции в высокотехнологичном производстве — и сделать это с учетом защиты окружающей среды. Президент Байден должен использовать Закон об оборонном производстве, чтобы разрешить безопасную внутреннюю добычу ключевых минералов и редкоземельных металлов.
В любом случае, нынешняя добыча редкоземельных металлов для применения в «зеленой» энергетике предполагает создание шахт и карьеров, что явно не соответствует экологической концепции. Это третье противоречие. И четвертый момент — это проблема повторного использования тех же ветряных турбин или солнечных батарей. Зеленой технологии для этого пока не существует.
Противоречия в ЕС
Но возникают дополнительные противоречия, когда активизируется строительство новых ветряных и солнечных электростанций. Это один из самых неудобных вопросов нашего времени, поскольку ответ на него неизбежно связан с ценами на медь, сталь, поликремний и почти все металлы и минералы. Более того, строительство этих заводов требует времени, больше времени, чем, скажем, переход на СПГ (при наличии импортных терминалов) или уголь.
А в недавно опубликованном плане по сокращению потребления российского газа — а также нефти и угля — Европейская комиссия сделала ставку на газ и уголь, а не на энергию ветра и солнца.
Это та самая Европа, которая запланировала закрыть все угольные электростанции к 2030 году для достижения целей по сокращению выбросов, предусмотренных Парижским соглашением. Та же Европа делает ставку на замену природного газа мазутом, чтобы заменить еще 10 миллиардов кубометров российского газа.
В целом, Европейская комиссия, похоже, планирует заменить более половины потребления российского газа другими видами ископаемого топлива. Для сравнения, ожидается, что на ветровую и солнечную энергию придется около 22,5 млрд. кубометров замещения российского газа, причем 10 млрд. кубометров будет приходиться на ветровую энергию, а 12,5 млрд. кубометров — на солнечную. Но это не так много для региона, который стремится стать самым «зеленым» в мире в краткосрочной перспективе.
Таким образом, реальность поставок и потребления энергии, похоже, подтверждается, поскольку ЕС сталкивается с газовым кризисом. Если планируется значительно увеличить потребление ископаемого топлива, то ископаемое топливо должно быть легче — и быстрее — добывать и, возможно, дешевле, чем энергия ветра и солнца. Иначе почему их предпочитают возобновляемым источникам энергии? viii Это пятое сложное противоречие.
Ветряные турбины, которые используют ветер для выработки большого количества электроэнергии, почти так же эффективны, как солнечные панели. Энергия ветра особенно привлекательна для рынка жилья.
Какие перспективы?
Несмотря на пандемию и экономический спад, многие города, страны и компании продолжают инвестировать значительные средства в «зеленую» энергию.
Например, Facebook и General Motors будут совместно получать энергию от солнечной электростанции в Кентукки.
ИКЕА инвестировала около 3,5 миллиарда в различные проекты по возобновляемым источникам энергии и имеет 1,7 ГВт мощности.
BASF будет постепенно переходить на возобновляемые источники энергии.
Intel инвестировала 185 миллионов долларов в 2000 энергосберегающих проектов, а 100% электроэнергии, которую она использует в США и ЕС, поступает из возобновляемых источников энергии.
Офисы и центры обработки данных Apple работают на 100% возобновляемой энергии.
Ежегодно Microsoft использует более 1,3 млрд кВт/ч «зеленой» энергии.
За 20 лет глобальные инвестиции в чистую энергию выросли с 33 миллиардов долларов до более чем 300 миллиардов долларов. Очевидно, что человечество настроено серьезно и, по крайней мере, пытается избавиться от углеводородов.
Какие проблемы?
При таких перспективах, усилиях и инвестициях, почему мы продолжаем слышать о проблемах энергетического перехода, а не об успехах? Европейский энергетический кризис, локауты в Калифорнии и Техасе, энергетический коллапс в Австралии, замерзание домов в Англии, отключения электричества в Китае, фантастический рост цен на энергию и топливо — где же возобновляемые высокотехнологичные продукты?
К сожалению, не каждая новая технология может быть внедрена немедленно. То, что работает в малых масштабах, не всегда легко увеличить с помощью дополнительного капитала и ресурсов, потому что проявляются эффекты, которые не видны в малых масштабах. Переход на «зеленую» энергию был очень сильно форсирован, и технология отстает от графика.
Каковы нерешенные проблемы зеленой энергетики на данный момент?
Первый — это «разрыв между производством и потреблением энергии». Производство и потребление зеленой энергии не совпадают в течение дня. По утрам и вечерам, когда потребление самое высокое, солнце либо еще не светит, либо не светит вообще, а ветер усиливается после того, как солнце прогреет землю. При неблагоприятных погодных условиях разрыв увеличивается еще больше. Это требует замещения производственных мощностей, создания глобального эффекта перетока энергии (импорт) или накопления энергии. Замещающая мощность — это как раз та традиционная энергия, от которой мы так хотим отказаться, потоки требуют огромной инфраструктуры (попробуйте перекачать достаточно электроэнергии через полконтинента, чтобы удовлетворить потребности целой страны), а технология хранения ожидает изобретения чего-то более емкого и дешевого, чем сегодняшние батареи.
Во-вторых, не все части планеты хорошо освещены солнцем, имеют стабильные ветра или геотермальные источники. Это приводит к той же проблеме глобального побочного эффекта — вы можете установить солнечные батареи повсюду в Сахаре, но там никому не нужно столько электроэнергии. А там, где, например, нужно выплавлять алюминий и отапливать дома, солнце не светит даже три месяца в году.
В-третьих, для получения «зеленой» энергии требуется много высокотехнологичных материалов и редких минералов, на добычу и производство которых уходит много энергии. В связи с дефицитом энергии в Китае в этом году многие компании, включая поставщиков компонентов для возобновляемых источников энергии, приостановили свою деятельность. По оценкам аналитической компании Russell Group, энергетические ограничения Китая нарушили мировые товарные потоки на общую сумму 120 миллионов долларов — и это связано с резким сокращением сектора традиционной энергетики.
Так что же будет?
Несмотря на трудности, мир будет двигаться в сторону возобновляемых источников энергии. Независимо от того, вызвано глобальное потепление человеком или нет, людям придется реагировать на него. В ближайшем будущем нас ожидают проблемы переходного периода, но распространение технологий предлагает как решения, так и проблемы. Технологии, которые слишком дороги в больших масштабах, становятся жизнеспособными в малых масштабах. Например, не так давно цена водородного топливного элемента составляла 1700 долларов за киловатт, но массовое производство снизилось до 300 долларов за киловатт, и не за горами тот день, когда водородный автобус будет иметь экономическое преимущество перед дизельным автобусом.
Безуглеродная энергия не так далека и невозможна, как кажется. В России, например, стране, не совсем идеальной для возобновляемых источников энергии, но богатой углеводородами, 40% электроэнергии сегодня вырабатывается на атомных, ветряных, солнечных и гидроэлектростанциях. Также разрабатываются новые технологии: По данным Министерства промышленности и торговли, в 18 регионах страны запущено 33 водородных проекта. Водородный кластер на Сахалине и производство водорода на Кольской АЭС уже работают.
Трудности быстрого развития возобновляемых источников энергии, вероятно, преодолимы. Возможно, скептики правы, и даже если человечеству удастся резко сократить выбросы парниковых газов, концентрация CO2 в атмосфере не уменьшится еще несколько столетий. Но технологический скачок, которого мы достигнем благодаря масштабным инвестициям в «зеленую» энергетику, значителен сам по себе.
Как работает система распознавания лиц в московском метро:
Face Account Как работает система распознавания лиц в московском метро.
«Усы, ноги и хвост — вот моя квалификация». Сегодня заявление кота Матроскина звучит не так смешно. С недавнего времени вы можете использовать свое «лицо» для оплаты проезда на любой станции московского метро. Digital Ocean поговорил с компанией VisionLabs, разработчиком и технологическим партнером Московского метрополитена, о системах распознавания лиц.
За последний год глобальный интерес к водороду продолжал расти, и все большее число стран объявило о национальных дорожных картах или стратегиях по водороду. В 2021 году более 30 стран приступили к разработке или опубликованию водородной стратегии.
«Зелёный» EROI
Давайте перейдем к «зеленой энергии» с EROI — пока что здесь действительно не очень весело. Проблема с возобновляемыми источниками энергии заключается в том, что они тесно связаны с землей. Солнечные батареи лучше всего работают вблизи экватора, ветряные турбины — на побережье, а геотермальные — в районах вулканической активности. Однако выработка солнечных батарей прекращается ночью и значительно снижается зимой, ветряные турбины останавливаются во время миграции птиц, а геотермальные станции, хотя и эффективны, имеют крайне низкую мощность (несколько десятков, в лучшем случае сотни МВт).
Теоретически, ветроэнергетику можно развивать очень дешево и экономически эффективно, но пока один из лучших оффшорных комплексов Германии имеет EROI 16:1 при установленной мощности 200 МВт. И хотя на ветроэнергетику приходится более 21% выработки электроэнергии в Германии, отрасль находится в состоянии стагнации — ежегодный прирост ветряных турбин снизился на 80%, а мощность строящихся турбин в 26 раз меньше теоретического ежегодного прироста, который считается необходимым для устойчивой замены ископаемого топлива ветровой энергией. Строгие законы и нежелание граждан иметь ветряные турбины рядом со своими домами привели рынок ветроэнергетики в Германии к порогу, который будет нелегко преодолеть в надежде сделать генераторы более эффективными. Кстати, это может еще больше снизить EROI.
Мировые инвестиции в солнечную и ветровую энергетику практически не изменились за последнее десятилетие. Источник: Международное агентство по возобновляемым источникам энергии (IRENA), Франкфуртская школа — Центр ЮНЕП/БНЭФ Если ветровая энергия в целом неплоха, хотя и имеет свои нюансы и ограничения, то солнечная энергия довольно скучна. Мы уже писали о причинах, по которым солнце не стало универсальным источником бесконечного электричества, несмотря на то, что эффективные солнечные батареи существуют уже более полувека. Из-за низкой эффективности дешевых тонкопленочных модулей (6-8%) и необходимости строить очень большие станции, а также зависимости от времени суток и сезона, EROI солнечной энергии в Европе находится на совершенно обескураживающем уровне: 1,6:1. Один читатель Хабры сделал очень интересные расчеты для теоретической станции в солнечной американской Аризоне, одном из лучших мест для солнечной энергии, в результате чего EROI «сферической в небытии» составил 3,8:1.
Полностью автономные электростанции Toshiba H2One на водородных топливных элементах уже успешно работают. Энергию для электролиза они получают от солнца или ветра. Водород необходим, поскольку он абсолютно безопасен для окружающей среды, но для его производства требуется много энергии, поэтому EROI топливных элементов составляет менее 2:1. Пока единственным экономически эффективным способом производства водорода для топливных элементов является использование энергии солнца или ветра. Мы уже описывали, как Toshiba умело решила эту проблему с помощью мобильной электростанции Toshiba H2One на топливных элементах, которая производит собственный водород путем электролиза и получает энергию от солнечных батарей и аккумуляторов.
Необходимость хранения электроэнергии
Ветер и солнечный свет отнюдь не являются нестабильными источниками производства электроэнергии. Их производство не зависит от потребления сети — ночью, когда город спит, ветряк может бешено вращаться и производить максимум энергии просто потому, что дует ветер, а днем, когда потребление достигает пика, он стоит на месте. Чтобы не терять излишки производства и компенсировать перебои, вызванные естественными причинами, необходимо запасать энергию. Это никогда не было проблемой для электростанций, работающих на ископаемом топливе. Единственным подходящим и широко используемым средством хранения электроэнергии являются аккумуляторы.
Насосно-аккумулирующие электростанции не рассматриваются из-за высокой стоимости и сложного рельефа местности. Это небольшая гидроэлектростанция, которая ночью закачивает воду в накопительный резервуар, а днем подает ее на генераторы. Это, мягко говоря, не самое простое и удобное решение. Источник. Для небольших систем, таких как ветряные турбины, можно обойтись серией литий-ионных (железо-литий-фосфатных) батарей. Их энергоемкость вдвое меньше, чем у серийно выпускаемых литий-кобальтовых батарей (120 Вт-ч/кг), но срок их службы составляет 2000 циклов заряда и разряда.
Другим логичным вариантом является использование батарей от списанных электромобилей. Обычно аккумулятор, потерявший 20% своей емкости, подлежит замене, иначе пробег автомобиля на одной зарядке значительно сократится. Чтобы избежать дорогостоящей утилизации батарей, которые все еще находятся в рабочем состоянии, их можно повторно использовать для хранения энергии из «зеленых» источников. Это было сделано на стадионе Johan Cruyff Arena (54990-68000 зрителей) в Амстердаме, Нидерланды, который после реконструкции в 2016-2018 годах полностью обеспечивает себя энергией. На крыше установлено 4 200 солнечных батарей, которые накапливают энергию в 280 аккумуляторах автомобиля Nissan Leaf. Однако стадион не полностью отрезан от городской электросети — батареи помогают сбалансировать нагрузку во время вечерних мероприятий, когда требуется яркое освещение. Одни только аккумуляторы не могли обеспечить работу стадиона каждую ночь.
На крыше «Йохан Кройф АренА» (бывший Amsterdam ArenA) отлично видны солнечные батареи — стадион по мере сил (и если с погодой повезет) обеспечивает себя электричеством. Источник: Cornwall NISSAN / YouTube Накопление электроэнергии от ВИЭ в батареях для сглаживания пиков потребления и компенсации отсутствия выработки — звучит очень разумно. Но пока что не решена задача удешевления хранения энергии. Из-за стоимости аккумуляторов цена кВт·ч из «зелёных» источников вырастает в 3-4 раза, доходя до
Просьюмерство как способ сэкономить
Как можно решить проблему высокой стоимости хранения кВт/ч от возобновляемых источников энергии в аккумуляторах? Полученные неиспользованные излишки могут быть проданы. Благодаря накоплению энергии возникло новое явление — консюмеризм. Она противоположна потреблению, т.е. продаже услуги ее поставщику. Проще говоря, это продажа энергии, накопленной в аккумуляторах потребителем, тем, кому она нужна, обратно в сеть. Предположим, что вы являетесь частным домохозяйством или небольшим предприятием, имеющим собственные источники выработки электроэнергии. Часть электроэнергии потребляется, а часть хранится в аккумуляторах. Если существует избыток электроэнергии и вам буквально некуда девать излишки энергии, вы можете продавать ее в сеть, как если бы вы были небольшой электростанцией. Вернее, не маленькие, а виртуальные — мы уже писали о виртуальных электростанциях и участии Toshiba в формировании этого позитивного явления.
Toshiba уже предлагает решение для управления аккумуляторными батареями: Система непрерывно анализирует потребление или генерацию, балансирует заряд батареи и активирует ее в моменты пикового потребления гораздо быстрее, чем это было бы возможно вручную. А в будущем система Toshiba также сможет автоматически продавать энергию в сеть. Источник: Toshiba Основное применение конструкции виртуальной электростанции — Tesla Powerwall, домашняя батарея, работающая от солнечной энергии, емкостью от 6,4 до 13,5 кВт/ч. Потребители могут не только хранить дешевую электроэнергию из сети или «бесплатную» электроэнергию от солнца, но и продавать ее обратно в сеть через онлайн-биржи. В мире продан один Powerwall общей емкостью 300 МВт-ч.
В России также принят «План мероприятий по стимулированию развития объектов генерации возобновляемой энергии с установленной мощностью до 15 кВт», который похож на концепцию Tesla Powerwall, но процедура подачи заявки пока не регламентирована законом. Продажа излишков электроэнергии поможет снизить затраты на потребление «зеленой» электроэнергии. Но опять же, все зависит от стоимости батарей — при нынешнем уровне развития технологий срок окупаемости составляет почти 10 лет.
45 (Отчет Lazard, стр. 12). Решить эту проблему можно только путем разработки новых типов батарей: с высокой емкостью, длительным сроком службы и низкой стоимостью. Мы уже писали о перспективных разработках в этой области.
Будущее прекрасно, но далёко
Действительно, мы не хотим сеять скептицизм в отношении возобновляемых источников энергии и перехода к «зеленой» энергетике в целом. Нефть конечна, стоимость ее добычи постоянно растет, а газ и уголь сами по себе не улучшат экологическую ситуацию. Пока человечество еще не освоило управляемый ядерный синтез, развитие зеленой энергетики должно вестись как можно энергичнее. Это очень тернистый путь, требующий решения сложных экономических, технологических и даже социальных проблем.
Лучшее, что можно сделать в такой ситуации, — это продолжать всевозможные исследования и пытаться сделать солнечную, ветровую и геотермальную энергию еще более эффективной и доступной. Процесс продолжается, прогресс не остановился, и мир медленно, но верно уходит от ископаемых видов топлива, пока они не стали слишком дорогими и опасными. Мы очень гордимся приверженностью компании Toshiba и эффективным развитием всех форм альтернативной энергии.
К 2025 году ожидается увеличение мощностей по производству электроэнергии из биомассы до более чем 30 000 МВт, и развивающиеся страны получат хороший рынок сбыта благодаря доступности сырья по экономически выгодным ценам.
Мечтания и реальность
Каков результат всего этого? Один из них заключается в том, что все солнечные и ветряные электростанции должны будут на 100% питаться от обычной электроэнергии, чтобы они не разрушились, когда ветер не будет дуть в пасмурный день. А это значит, что стоимость выработки «зеленой» энергии без затрат на поддержание резерва — это скрытая и подлая карточная игра под столом.
Альтернативная энергетика имеет право на существование без присоединения к системе и без субсидий. Еще до того, как страны, увлекшиеся подобными подключениями, такие как Германия и Австралия, столкнулись с проблемами устойчивости, автор этой статьи и его коллега подсчитали с помощью бирочки, что все эти «зеленые штучки» станут большой головной болью, когда достигнут 20% установленной мощности. И решение разрешить такие соединения равносильно открытию ящика Пандоры. Его будет трудно закрыть.
Однако распространенное мнение о том, что солнечная и ветровая энергия в России вообще не нужна, безосновательно. Солнечная энергия (с батареями) и энергия ветра в настоящее время могут быть оправданы в отдаленных районах, где подключение к электросети невозможно. Ведь более 70 % территории нашей страны, где проживает около 20 миллионов человек, находится вне центральной системы энергоснабжения. Опыт РусГидро, которая объединяет солнечные и ветровые электростанции с дизельными электростанциями, а также устанавливает такие комбинированные установки за полярным кругом, доказывает, что это не только осуществимо, но и что экономия на северном завозе топлива окупает инвестиционные затраты.
Послесловие про «Теслу»
Трудно представить, насколько захватывающим может быть вождение автомобиля с отдельными двигателями мощностью 100 л.с. (75 кВт) на каждом колесе, которые имеют высокий крутящий момент и не имеют люфта. Мы скоро вернемся к этому, а пока два двигателя мощностью 100 кВт (один для передней и один для задней оси) вызывают чувство радости у пользователей таких автомобилей. Но чем ближе день, когда эти автомобили получат широкое распространение, тем больше возникает проблем, о которых почти никто не задумывается (и мы даже не говорим об аккумуляторах).
Современный электромобиль потребляет около 20 кВт/ч на 100 км. Это примерно соответствует суточному пробегу типичного американского автомобиля, который публикуется в каталогах подержанных автомобилей.
При напряжении батареи 400 В (как в Tesla) сила тока для полной зарядки за 6 минут должна быть такой: 20’000/400 В/0,1 ч = 500 А. Мощность зарядного устройства составляет: 0,5 кА x 400 В = 200 кВт (при 100 % КПД).
Зарядка электромобиля Tesla, фото: cbsistatic.com
Почему именно шесть минут? Потому что именно столько времени обычно требуется, чтобы заполнить бак таким топливом, как бензин-солярка. Это привычка, от которой очень трудно отказаться.
Затем нужно будет принять решение: Либо владельцы электромобилей будут готовы стоять в очереди, как воробьи на жердочке, у зарядных станций, ожидая возможности зарядить свои машины пониженным током, скажем, 50 А в течение целого часа, либо они будут возмущаться, и зарядный ток 500 А быстро станет стандартом.
Что вызывает больше доверия?
На жилых парковках, конечно, зарядный ток может быть гораздо ниже. Но после нескольких случаев, когда владелец, только что зарядив автомобиль, вынужден возвращаться на дорогу с полупустым аккумулятором, с риском застрять где-нибудь в дороге, вы можете быть уверены, что ток зарядки будет немедленно установлен на максимум.
К чему бы это привело?
То, что неизбежно произойдет, если вы не подумаете об этом первыми: коллапс электросети. Потребление энергии тремя зарядными автомобилями подобно потреблению энергии трансформатором, питающим 1000 домов без электроплит или 600 домов с электроплитами.
работники в каждом часовом поясе будут массово заряжать свои автомобили. Учитывая, что сегодня в России 44 миллиона легковых автомобилей, а завтра они будут заменены на электромобили, это потребует дополнительных 44 миллионов x 0,2 МВт = 8 800 ГВт (!) установленной мощности в системе. Это 8 800 гигаваттных блоков электростанций или 2 200 крупных станций ВИЭ с 4 такими блоками в каждом. Для сравнения, по состоянию на апрель 2017 года в России было 10 действующих АЭС с общим количеством 35 энергоблоков и общей установленной мощностью 28 ГВт.
У любого эксперта на глаза навернулись бы слезы. Однако автор этих строк схитрил, так как решил не добавлять в текст годовые гонорары, поскольку картинка все равно получилась бы некрасивой.
Давайте начнем «спасать» электростанции. Давайте сначала попробуем сбросить стандарт зарядного тока до 50 А — это позволит в десять раз уменьшить количество необходимых ВИЭ до 220 одновременно. Чем мощнее автомобиль, тем больше времени займет зарядка в часах (но не менее 1 часа). Тогда настало время ограничить количество электромобилей. Предположим, что разрешения на покупку будут разыгрываться в лотерее с национальным лимитом в 22 миллиона — тогда количество станций сократится до 110. После этого обязательно наступит день, когда зарядка электромобилей от общественной сети будет разрешена только при токе зарядки 10 А или менее.
Так и есть: электромобиль едет по дороге и практически не влияет на атмосферу. Тем временем электростанция сжигает нефть и газ для выработки электроэнергии для «экомобиля».
Солнце скрылось в облаках
В прошлом месяце Россия поставила в Европу 19,4 миллиарда кубометров природного газа, что является рекордным показателем для января. Это на 45% больше, чем в январе 2020 года. Кто вообще сказал, что вам не нужен газопровод «Северный поток 2»?
Европа не может обойтись без нашего газа. И не только газ — спрос на уголь в Европе также резко вырос в январе. Почему? Потому что сектор альтернативной энергетики потерпел неудачу.
— По сравнению с январем 2020 года производство солнечной энергии в Германии в прошлом месяце упало вдвое, а ветровой — на треть, — говорит Александр Фролов, заместитель генерального директора Института национальной энергетики, — но электроэнергия — это товар, который нужно производить в тех количествах, которые необходимы в данный момент. И мы не можем увеличить интенсивность использования энергии ветра или солнца. Поэтому Европейскому Союзу пришлось закупать сырье и загружать электростанции углем и газом, чтобы компенсировать потери возобновляемой энергии. Это главная проблема возобновляемых источников энергии — ими очень трудно управлять.
Кажется, что после сжигания небольшого количества угля подует ветер, засияет солнце, и в дома вместо грязного электричества хлынет зеленое. Но все не так просто.
«Необходимость подстраивать производство энергии под капризы погоды делает его менее эффективным, что увеличивает потребление энергии и выбросы углекислого газа», — пишет Алекс Эпштейн, президент американского Центра промышленного прогресса, в своей книге «Моральный аргумент в пользу ископаемого топлива».
Другими словами: Если вы развиваете чистую энергию, вы не сможете обойтись без грязной энергии. На Западе они мечтают закрыть как можно больше теплоэлектростанций, работающих на природном газе и особенно угле — наиболее загрязняющих окружающую среду источниках энергии. Но они не могут: кто-то должен соединить ветряные и солнечные электростанции вместе, когда нет ни ветра, ни солнца. И именно поэтому, говорит Эпштейн, угольные электростанции должны оставаться в режиме ожидания. В топку должен постоянно поступать уголь (и углекислый газ), чтобы электростанцию можно было быстро запустить в работу, когда это необходимо, и города не остались без электричества. Таким образом, альтернативные источники увеличивают выбросы CO2. Что вы скажете на это, Грета Тунберг?
Птичек жалко
Ветряные и солнечные электростанции действительно чище, чем когда-либо: они не дымят, не воняют и не загрязняют воздух. Но если копнуть немного глубже и посмотреть на весь их жизненный цикл, то можно обнаружить некоторые интересные факты и цифры.
— Оборудование солнечных и ветряных электростанций изготавливается из материалов, которые добываются в очень вредных для окружающей среды условиях. Например, для их производства требуется огромное количество серной кислоты — самая «экологически чистая» вещь в мире! — говорит Александр Фролов.
По данным американской исследовательской организации Environmental Progress, для производства солнечной электростанции потребуется в 17 раз больше материалов, чем для атомной электростанции такой же мощности. В то же время он производит в 200 раз больше отходов и в 300 раз более токсичен.
Фактом является то, что свинец и кадмий используются в производстве солнечных батарей. Но человечество не в состоянии использовать или перерабатывать их для получения зеленой энергии. Поэтому все это будет гнить и дымиться на свалках, выделяя адское количество CO2 и канцерогенов (за которые отвечает кадмий).
Есть еще один аргумент, который ставит под сомнение пользу возобновляемых источников энергии для всего человечества. Ведь чем больше ветряных турбин и солнечных электростанций, тем меньше жизни на Земле.
— Смогли бы люди комфортно жить на планете с палиндромными ветряными турбинами и многослойными солнечными батареями? Сколько птиц гибнет из-за ветряных турбин! — Владимир Путин заявил в 2019 году.
Так, Путин не является защитником окружающей среды. Но защитники дикой природы говорят то же самое:
«Ветряные турбины действуют как идеальный хищник, с которым птицам еще предстоит столкнуться в процессе эволюции. Ежегодно они убивают около миллиона редких птиц — ястребов, орлов, сов, кондоров», — пишет Майкл Шелленберг, глава организации Environmental Progress, в статье «Почему возобновляемые источники энергии не спасут планету». Чтобы построить их, необходимо «очистить» все, что живет в районе, где будут установлены солнечные панели.
Мы достигли того момента, когда защитники окружающей среды на Западе спорят об установке солнечных или ветряных электростанций. Одни борются за возобновляемые источники энергии, другие защищают животных и птиц от неминуемой гибели.
«Забастовка за школьный климат» — это движение, основанное шведской активисткой Гретой Тунберг. Возможность безнаказанно прогуливать уроки «во имя экологии» быстро превратила детей в восторженных защитников окружающей среды. Фото: DyD Fotografos/Global Look Press
За чей счет банкет?
Солнечная и ветровая энергия — не единственные возобновляемые источники энергии. Есть и другие, и они тоже не безупречны.
Гидроэлектростанции. В России они являются самым важным источником «зеленой» энергии. Три года назад группа исследователей из Китая и Австралии заявила, что гидроэлектростанции являются самым вредным возобновляемым источником энергии. По их словам, гидроэлектростанции затапливают для своих водохранилищ 340 000 квадратных километров земли по всему миру — столько же, сколько Германия. Во-первых, наводнение убивает все живое. А во-вторых, после затопления растения начинают гнить, выделяя углекислый газ и метан. Бразильские ученые подсчитали, что гидроэлектростанции выбрасывают в атмосферу в 3,6 раза больше парниковых газов, чем тепловые электростанции той же мощности.
Биотопливо. Лет 10-15 назад это была очень популярная тема — производство электроэнергии путем сжигания биоэтанола вместо нефти и газа. В основном оно производилось из растительных масел — рапсового и пальмового. Но идея оказалась неудачной. Во-первых, не будет больше лесов и полей, если все перейдут на выращивание культур для биотоплива. Чтобы заменить биотопливом даже десятую часть сырья, по оценкам ученых, 15% земли придется распахать под инженерные культуры. Во-вторых, исследователи из разных стран обнаружили, что производство электроэнергии из биоэтанола загрязняет атмосферу сильнее, чем уголь. По этой причине государственная поддержка отрасли была перенаправлена, и производство биотоплива умирает на радость природе.
Могут ли возобновляемые источники энергии быть более выгодными, чем традиционные? В конце концов, киловатт-час солнечной или ветровой энергии обходится производителю дешевле, чем нефть или газ. Но потребитель об этом не знает. Возьмем в качестве примера США. Калифорния является лидером в производстве возобновляемой энергии. А в Калифорнии электричество стоит на 60% дороже, чем в среднем по стране. А самая дорогая электроэнергия в мире — в Германии. По удивительному совпадению, Германия лидирует в Европе по использованию энергии ветра и солнца.
— Здесь нет ничего парадоксального, — говорит Александр Фролов, заместитель генерального директора Института национальной энергетики, — возобновляемая энергетика всячески поддерживается в ЕС. Например, он имеет приоритетный доступ к сети. Дует ветер, светит солнце — возобновляемая энергия немедленно поступает в сеть. Все остальные — газовые, атомные и другие электростанции — должны отойти в сторону и ждать своей очереди. Экономическая жизнеспособность традиционных электростанций сильно страдает. Поддержка всей отрасли переносится на потребителя. И что-то мне подсказывает, что потребитель не в восторге от этого.
