Развитие зеленой энергетики. Экономический потенциал развития "зеленой" энергетики

Во многих развитых странах мира действует специальная правительственная программа «зеленый тариф», стимулирующая развитие микрогенерации электроэнергии из возобновляемых источников. В чем заключается смысл этой программы, как подключиться к ней и насколько выгодно осуществлять продажу излишков солнечного или ветрового электричества? Найти ответы на эти и другие тематические вопросы можно в нашей публикации.

Что такое зеленый тариф и принят ли он?

В анонсе статьи мы упоминали, упоминали, что зеленый тариф, по сути, является стимулирующей программой, направленной на развитие малой альтернативной энергетики. Стимулятором в данном случае выступает специальный тариф, по которому государство выкупает излишки энергии.

Учитывая высокую стоимость генераторов альтернативной энергии и сопутствующего оборудования, включая согласующие устройства для подключения к общей электрической сети, зеленый тариф должен быть выше действующих расценок, чтобы имелась возможность окупить затраты, после чего получать чистую прибыль.

Основная задача зеленого тарифа.

В далекой перспективе, внедрения зеленого тарифа должно снизить расход невозобновляемых источников энергии (нефть, уголь, природный газ) путем стимулирования развития альтернативной энергетики и привлечения инвестиций в эту сферу. Теоретически, концепция вполне разумна, но малопривлекательна ввиду больших стартовых вложений, все-таки стоимость оборудования (солнечных панелей, аккумуляторных батарей, преобразователей энергии и т.д.) довольно высока.

И вот здесь мы подходим к основной идее данного проекта – снижение стартовых издержек путем введения специального (повышенного) тарифа, по которому у частных производителей электроэнергии государство покупает электричество (точнее его излишки). Теоретически, концепция вполне разумна, теперь посмотрим на ее реализацию.

В России

Как уже упоминалось выше, на сегодняшний день Правительством России еще не был утвержден закон о принятии зеленого тарифа. Планируется, что он будет запущен во второй половине 2018 года. На текущий момент имеются утвержденные Правила, согласно которым владельцы минигенераторов, установленных в частных домохозяйствах, могут продавать излишки электроэнергии государству, если они добыты из возобновляемых источников. Осталось дождаться публикации Постановлений, в которых будет указано, на каких условиях предоставляется льготный тариф.

• Максимальная мощность станции (источника энергии) ограничена 15-ю киловаттами.
• Альтернативный источник должны располагаться только в частном доме, если он установлен в многоквартирном жилом комплексе, то тариф не распространяется на такое устройство. То есть, должна производиться только на крыше частного дома.
• Предприятия Энергосбыта не могут отказаться от выкупа излишков электрической энергии, вырабатываемой солнечной батареей или другими видами минигенераторов.
• При установке размера зеленого тарифа принимается во внимание средняя стоимость электричества от альтернативных источников на региональном рынке электроэнергии.
• Владельцы и ветряков при получении прибыли по зеленому тарифу освобождаются от уплаты подоходного налога.

Следует принять во внимание, что перечисленные выше условия могут быть пересмотрены на момент принятия Постановления Правительства о развитии альтернативной энергетике. Изменений также может коснуться условий, на которых будет производиться подключение объектов малой генерации к государственной сети энергоснабжения и их ввод в эксплуатацию. В этом случае, с большой долей вероятности, будут пересмотрены правила регистрации электросчетчиков.

В Украине

Украина подписала договор Энергетической хартии почти десять лет назад, что на законодательном уровне «привязало» зеленый тариф к евро. После девальвации местной валюты из-за нестабильного экономического положения, в виду последних событий, Национальная Комиссия регулирования электроэнергетики (НКРЭ) была вынуждена произвести перерасчет (в данном случае понижение) тарифов в 2016 году (Закон Украины №5129). Помимо этого мощность малых установок, производящих электричество планируется уменьшить с 30 до 15 кВт.

В нашей статье мы будем еще неоднократно обращаться к опыту Украины по внедрению зеленого тарифа, особенно в вопросах окупаемости оборудования и получении прибыли.

В Европе и США

США можно считать родоначальником «зеленой энергетики», именно в этой стране в 1978 году на законодательном уровне был впервые введен механизм привлечения инвестиций в развитие технологий альтернативной энергетики. Такое решение было принято в связи энергетическим кризисом, выйти из которого удалось при помощи повышения выработки электроэнергии от возобновляемых источников благодаря введению зеленого тарифа и грамотной программе энергосбережения.

Несмотря на то, что Европа считается лидером по внедрению альтернативной энергетики, программа привлечения инвестиций к развитию «зеленых технологий» появилась здесь на 13 лет позже, чем в США. Первой европейской страной, поддержавшей идею развития зеленой энергетики, стала Германия (в 1991 году). Через год к программе присоединилась Швейцария, и еще через год – Италия.

Сейчас различные государственные программы стимулирования развития малой энергетики от возобновляемых источников действуют более чем 45-и странах по всему миру. В приведенной ниже таблице отображается зависимость увеличения мощностей генерации «зеленой» электроэнергии после введения программ государственной поддержки.

Как получить зеленый тариф?

Поскольку в России еще не принята программа государственной поддержки для развития технологий использования альтернативных (возобновляемых) источников, то механизм получения зеленого тарифа еще не до конца понятен. Вполне вероятно, он не будет сильно отличаться от украинского варианта, где чтобы подключить тариф физлицу необходимо действовать по алгоритму, представленному на рисунке.

Обозначения к рисунку о порядке оформления зеленого тарифа:

После выполнения всех выше перечисленных пунктов можно осуществлять продажу электроэнергии государству.

Как продавать электроэнергию государству?

На данный момент, пока Правительство не приняла соответствующего постановления сложно сказать, как будет организована в России поддержка развития альтернативной энергетики. Насколько известно, рассматривается два варианта:

1. Система взаиморасчетов, в данном случае владелец мини электрогенератора в случае необходимости может потреблять электроэнергии из общей сети. Например, в период слабой солнечной активности мощность электростанции (на солнечных панелях) будет существенно уменьшаться, соответственно, выработки электричества будет недостаточно для собственных нужд. Если по итогам отчетного периода, сгенерированной энергии меньше, чем потребленной, то разница оплачивается по общепринятому (обычному) тарифу. При излишках электрической энергии разница зачисляется на следующий расчетный период или выплачивается в виде денежной компенсации (в зависимости от условий договора).
2. Производители электроэнергии продают ее излишки государству по стоимости превышающей цены на местном энергетическом рынке. Вполне вероятно, что будет действовать ограничение на мощность солнечного и (планируется 15,0 кВт). Продажа электроэнергии напрямую потребителям не предусмотрена, поскольку для этого необходимо иметь статус энергокомпании, а это накладывает совсем другие требования.

Какой из двух вариантов будет выбран, пока неизвестно.

Выгодно ли продавать электричество государству?

Поскольку у нас зеленый тариф пока не введен, обратимся к опыту соседей. Для этого мы произведем расчеты, которые покажут, насколько рентабельны такие инвестиции.

Возьмем типовую солнечную мини электростанцию на 10 кВт. Оборудование с установкой «под ключ» обойдется примерно в $12000. При тарифной сетке 0,18 евро за киловатт, с учетом расходов под собственные нужды (200 кВт), годовой доход будет порядка $1650 (для количества солнечных дней, соответствующих средней полосе), соответственно, срок окупаемости составит порядка 7,5 лет. После этого продажа электроэнергии по специальным тарифам будет приносить чистую прибыль.

Положительные и отрицательные стороны.

Введение зеленого тарифа будет, безусловно, выгодно для тех, кто владеет небольшими генерирующими установками, работающими от энергии солнца или силы ветра. В данном случае преимущества отразятся в виде дополнительной прибыли в семейный бюджет. Помимо этого внедрение зеленых технологий положительно влияет экологическую обстановку.

Что касается отрицательной стороны медали – это увеличение расходной статьи бюджета государства. Помимо этого следует учитывать, что солнечная энергетика, а также другие виды возобновляемых энергоносителей, оказались дорогим удовольствием. Сейчас Германия вынуждена покупать электроэнергию по зеленым тарифам, заключенным при стоимости киловатта 0,5 евро. При этом нынешняя стоимость (причем даже не минимальная) солнечной электрической энергии около 0,12 евро. Как видите, покупка «зеленой» электроэнергии может стать серьезным бременем для бюджета страны.

Статьи

Купив солнечную батарею и электромобиль в 2020 г., средний европеец 12 лет будет получать электроэнергию бесплатно. В ближайшие 10-20 лет централизованное производство электроэнергии из ископаемого топлива

Купив солнечную батарею и электромобиль в 2020 г., средний европеец 12 лет будет получать электроэнергию бесплатно.

В ближайшие 10-20 лет централизованное производство электроэнергии из ископаемого топлива в ЕС умрет, а мощные электростанции уйдут в прошлое. Таков прогноз экспертов UBS. Это крупнейший частный банк мира, активы которого превышают $1,5 трлн, и одно из ведущих инвестиционных учреж-дений планеты. Его прогнозы отчасти становятся чем-то вроде самосбывающихся пророчеств и уже хотя бы поэтому заслуживают пристального внимания.

Итак, как следует из расчетов аналитиков банка, Европа стоит на пороге смены парадигмы электропотребления и выработки. "Электрическая энергия перестала быть продуктом производства исключительно огромных централизованных предприятий, принадлежащих большим структурам. К 2025 году кто угодно сможет производить и сберегать энергию", - отмечают авторы доклада. Она будет "зеленой" и получит конкурентную цену, то есть станет не дороже или даже дешевле, чем купленная у коммунальных предприятий, доселе считавшихся естественными монополиями, полагают эксперты, призывая клиентов-инвесторов "поддержать революцию".

По их утверждению, три фактора - доступные электромобили, прогресс в области солнечной энергетики и существенное снижение стоимости батарей - приведут к полной перестройке нынешней модели электроснабжения. Причем если и не похоронив традиционную модель энергогенерации на основе угля и природного газа, то бесповоротно загнав ее в гетто.

Крупные электростанции начнут исчезать уже в относительно близкой перспективе: они чересчур велики, их мощности слишком негибки и не соответствуют потребностям будущего потребления электроэнергии. Отказ от них будет обусловлен тем, что для домохозяйств и промышленных объектов дешевле будет получать и накапливать ее излишки самим. Как отмечается в докладе, солнечная энергетика стала вполне конкурентоспособной. Крупнейшим ее недостатком было непостоянство энергоснабжения, но здесь в игру в скором времени вступят электромобили и аккумуляторные батареи высокой емкости.

К 2020 г. массовый электромобиль почти сравняется в цене с машиной, оснащенной традиционным двигателем внутреннего сгорания. Но он будет экономить до 2 тыс. евро в год на стоимости топлива, то есть начнет окупаться почти сразу после приобретения без каких-либо значительных "авансовых инвестиций". Это обеспечит стремительный рост популярности электромобилей, особенно в странах с высокими ценами на ископаемое топливо. К слову, общая стоимость содержания Tesla Model S более трех лет уже сравнялась с расходами на Audi A7. Причем Tesla планирует выпуск новой массовой модели ценой $35 тыс. в 2017 г.

Энергокомпании и коммунальные сети не исчезнут. Но их роль будет сведена до закрывания остающихся лакун, к примеру, покрытия утренних пиков потребления. А умные распределительные сети позволят более гибко и эффективно расходовать энергию.

Синергия этих двух факторов - массового выпуска электромобилей и аккумуляторов - приведет к тому, что около 2020 г. в европейской энергосистеме произойдет перелом. Ожидаемое снижение цены ввозимых источников питания приведет к экспоненциальному росту спроса на стационарные батареи, предназначенные для сбора излишков энергии в зданиях, считают в UBS. "Накопление энергии станет финансово привлекательным для домохозяйства в комбинации с системой солнечного электроснабжения и электромобилем. Вследствие этого мы ожидаем трансформационных изменений в бытовом и автомобильном секторах", - говорится в документе. К 2020 г. для среднего потребителя в Германии, Италии, Испании и в большей части остальной Европы приобретение домашней солнечной электростанции с 20-летним жизненным циклом вкупе с небольшой батареей и электромобилем окупится за шесть-восемь лет. И это даже без какого-либо государственного субсидирования солнечной энергетики. Иными словами, купив систему в 2020 г., средний европеец 12 лет будет получать электроэнергию бесплатно.

И еще один бонус: снижение цен батарей и солнечных панелей сделает электромобили дешевле, чем обычные машины на большинстве европейских рынков. Причем консервативным сценарием в UBS называют 10% авторынка к 2025 г. Расширение рынка электромобилей приведет к дальнейшему совершенствованию аккумуляторных технологий, и цикл повторится снова. В Международном энергетическом агентстве полагают, что выход на отметку в три четверти продаж к 2050 г. позволит удержать температуру глобального потепления в пределах двух градусов Цельсия.
На уровне домохозяйства система будет работать так: электромобиль заряжается ночью, солнечные панели обеспечивают электричеством днем, а избыток энергии будет накапливаться в батарее, которая может разряжаться вечером, чтобы покрыть остающиеся нужды дома.

Тем не менее банк не ожидает, что энергокомпании и коммунальные сети исчезнут. Однако их роль будет сведена до закрывания остающихся лакун, к примеру, покрытия утренних пиков потребления. А умные распределительные сети позволят более гибко и эффективно расходовать энергию. В целом это отдаленно напоминает нечто среднее между интернетом, где нагрузка может перебрасываться с сервера на сервер, и сетями Р2Р, где "сервером" может быть любое домохозяйство, имеющее избыток энергии.
Таким образом, энергосистемы станут более эффективными, поскольку потребители будут распределены по компактным локациям, а не сконцентрированы по большим площадям, которые обслуживаются единым источником (станцией). Это урежет потребность в передаче энергии на большие расстояния, а соответственно, и сопутствующие потери, обусловленные протяженностью передающих линий.

Доклад, очевидно, не затрагивает мощных энергозатратных производств вроде металлургических предприятий. Но их удельная доля в европейском потреблении относительно невелика, кроме того, переход от заводов-гигантов к распределенному производству позволяет считать выводы сотрудников UBS справедливыми и в отношении объектов тяжелой промышленности - даже на фоне прогнозируемой реиндустриализации Старого Света. Среди всех вопросов геополитики, которые затронет эта революция, можно поставить хотя бы такой: что случится с "Газпромом" и как это отразится на российской государственности?

Солнечная энергия станет доступнее

Все минувшее десятилетие батареи становились более доступными. Причем динамика цен, темпы технологического развития и роста производства позволяют рассчитывать, что этот процесс пойдет дальше. Прогноз таков: литиевый аккумулятор подешевеет более чем вдвое по сравнению с 2013 г. за ближайшие шесть лет. Причем катализатором этого процесса является стремительное развитие электротранспорта.
.

При использовании только «зеленых» технологий («зелёная» энергетика) сохранить текущий уровень потребления населением планеты невозможно — надо в сотни раз сократить это население. Т.е. когда кто то говорит Вам, что на месте атомной электростанции хорошо было бы разместить кучу ветряков и солнечных панелей он забывает рассказать, что сделать это можно лишь при условии смерти Вас и Ваших близких как, впрочем и близких «зеленого недоумка» и его самого…

8 октября 1975 г. на научной сессии, посвященной 250-летию Академии наук СССР, академик Петр Леонидович Капица, удостоенный тремя годами позже Нобелевской премии по физике, сделал концептуальный доклад, в котором, исходя из базовых физических принципов, по существу, похоронил все виды «альтернативной энергии», за исключением управляемого термоядерного синтеза.

Если кратко изложить соображения академика Капицы, они сводятся к следующему: какой бы источник энергии ни рассматривать, его можно охарактеризовать двумя параметрами: плотностью энергии - то есть ее количеством в единице объема, - и скоростью ее передачи (распространения). Произведение этих величин есть максимальная мощность, которую можно получить с единицы поверхности, используя энергию данного вида.

Вот, скажем, солнечная энергия. Ее плотность ничтожна. Зато она распространяется с огромной скоростью - скоростью света. В результате поток солнечной энергии, приходящий на Землю и дающий жизнь всему, оказывается совсем не мал - больше киловатта на квадратный метр. Увы, этот поток достаточен для жизни на планете, но как основной источник энергии для человечества крайне неэффективен. Как отмечал П. Капица, на уровне моря, с учетом потерь в атмосфере, реально человек может использовать поток в 100-200 ватт на квадратный метр. Даже сегодня КПД устройств, преобразующих солнечную энергию в электричество, составляет 15%. Чтобы покрыть только бытовые потребности одного современного домохозяйства, нужен преобразователь площадью не менее 40-50 квадратных метров. А для того, чтобы заменить солнечной энергией источники ископаемого топлива, нужно построить вдоль всей сухопутной части экватора сплошную полосу солнечных батарей шириной 50-60 километров. Совершенно очевидно, что подобный проект в обозримом будущем не может быть реализован ни по техническим, ни по финансовым, ни по политическим причинам

Противоположный пример - топливные элементы, где происходит прямое превращение химической энергии окисления водорода в электроэнергию. Здесь плотность энергии велика, высока и эффективность такого преобразования, достигающая 70 и более процентов. Зато крайне мала скорость ее передачи, ограниченная очень низкой скоростью диффузии ионов в электролитах. В результате плотность потока энергии оказывается примерно такой же, как и для солнечной энергии. Петр Капица писал: «На практике плотность потока энергии очень мала, и с квадратного метра электрода можно снимать только 200 Вт. Для 100 мегаватт мощности рабочая площадь электродов достигает квадратного километра, и нет надежды, что капитальные затраты на построение такой электростанции оправдаются генерируемой ею энергией». Значит, топливные элементы можно использовать только там, где не нужны большие мощности. Но для макроэнергетики они бесполезны

Так, последовательно оценивая ветровую энергетику, геотермальную энергетику, волновую энергетику, гидроэнергетику, Капица доказывал, что все эти, на взгляд дилетанта вполне перспективные, источники никогда не смогут составить серьезную конкуренцию ископаемому топливу.

Низка плотность ветровой энергии и энергии морских волн; низкая теплопроводность пород ограничивает скромными масштабами геотермальные станции; всем хороша гидроэнергетика, однако для того, чтобы она была эффективной, либо нужны горные реки - когда уровень воды можно поднять на большую высоту и обеспечить тем самым высокую плотность гравитационной энергии воды, - но их мало, либо необходимо обеспечивать огромные площади водохранилищ и губить плодородные земли.

Мирный атом не торопится

В своем докладе Петр Леонидович Капица особо коснулся атомной энергетики и отметил три главные проблемы на пути ее становления в качестве главного источника энергии для человечества: проблему захоронения радиоактивных отходов, критическую опасность катастроф на атомных станциях и проблему неконтролируемого распространения плутония и ядерных технологий. Через десять лет, в Чернобыле, мир смог убедиться, что страховые компании и академик Капица были более чем правы в оценке опасности ядерной энергетики. Так что пока речи о переводе мировой энергетики на ядерное топливо нет, хотя можно ожидать увеличения ее доли в промышленном производстве электроэнергии.

Наибольшие надежды Петр Капица связывал с термоядерной энергетикой. Однако за прошедшие тридцать с лишним лет, несмотря на гигантские усилия ученых разных стран, проблема управляемого термояда не только не была решена, но со временем понимание сложности проблемы, скорее, только выросло.

В ноябре 2006 года Россия, Евросоюз, Китай, Индия, Япония, Южная Корея и США договорились начать строительство экспериментального термоядерного реактора ИТЭР, основанного на принципе магнитного удержания высокотемпературной плазмы, который должен обеспечить 500 мегаватт тепловой мощностьи в течение 400 секунд. Чтобы оценить темпы развития, могу сказать, что в 1977-1978 гг. автор принимал участие в анализе возможности «подпитки» ИТЭР с помощью выстрела в плазму твердоводородной таблетки. Не в лучшем состоянии находится и идея лазерного термояда, основанного на быстром сжатии водородной мишени с помощью лазерного излучения.

Очень дорогая фантастика…

А как же водородная энергетика и пресловутое биотопливо, которые сегодня пропагандируются наиболее активно? Почему Капица не обращал на них внимания вообще? Ведь биотопливо в виде дров человечество использует уже веками, а водородная энергетика сегодня кажется настолько перспективной, что едва ли не каждый день приходят сообщения о том, что крупнейшие автомобильные компании демонстрируют концепт-кары на водородном топливе! Неужели академик был настолько недальновиден? Увы… Никакой водородной и даже биоэнергетики в буквальном смысле слова не может существовать.

Что касается водородной энергетики, то, поскольку природные месторождения водорода на Земле отсутствуют, ее адепты пытаются изобрести вечный двигатель планетарного масштаба, не более и не менее того. Есть два способа получить водород в промышленных масштабах: либо путем электролиза разложить воду на водород и кислород, но это требует энергии, заведомо превосходящей ту, что потом выделится при сжигании водорода и превращении его опять в воду, либо… из природного газа с помощью катализаторов и опять-таки затрат энергии - которую нужно получить… опять-таки сжигая природные горючие ископаемые! Правда, в последнем случае это все-таки не «вечный двигатель»: некоторая дополнительная энергия при сжигании водорода, полученного таким путем, все же образуется. Но она будет гораздо меньше той, что была бы получена при непосредственном сжигании природного газа, минуя его конверсию в водород.

Значит, «электролитический водород» - это вообще не топливо, это просто «аккумулятор» энергии, полученной из другого источника… которого как раз и нет. Использование же водорода, полученного из природного газа, возможно, и сократит несколько выбросы углекислого газа в атмосферу, так как эти выбросы будут связаны только с генерацией энергии, необходимой для получения водорода. Но зато в результате процесса общее потребление невозобновляемых горючих ископаемых только вырастет!

Ничуть не лучше обстоят дела и с «биоэнергетикой». В этом случае речь идет либо о реанимации старинной идеи использования растительных и животных жиров для питания двигателей внутреннего сгорания (первый «дизель» Дизеля работал на арахисовом масле), либо об использовании этилового спирта, полученного путем брожения натуральных - зерна, кукурузы, риса, тростника и т.д. - или подвергнутых гидролизу (то есть разложению клетчатки на сахара) - агропродуктов.

Что касается производства масел, то это крайне низкоэффективное, по «критериям Капицы», производство. Так, например, урожайность арахиса составляет в лучшем случае 50 ц/га. Даже при трех урожаях в год выход орехов едва ли превысит 2 кг в год с квадратного метра. Из этого количества орехов получится в лучшем случае 1 кг масла: выход энергии получается чуть больше 1 ватта с квадратного метра - то есть на два порядка меньше, чем солнечная энергия, доступная с того же квадратного метра. При этом мы не учли того, что получение таких урожаев требует интенсивного применения энергоемких удобрений, затрат энергии на обработку почвы и полив. То есть, чтобы покрыть сегодняшние потребности человечества, пришлось бы полностью засеять арахисом пару-тройку земных шаров. Проведя аналогичный расчет для «спиртовой» энергетики, нетрудно убедиться, что ее эффективность еще ниже, чем у «дизельного» агро-цикла.

…Но очень выгодная для экономики «мыльного пузыря»

Что же, американские ученые не знают этих цифр и перспектив? Разумеется, знают. Ричард Хейнберг в своей нашумевшей книге PowerDown: Options And Actions For A Post-Carbon World (наиболее точный по смыслу перевод - «Конец света: Возможности и действия в пост-углеродном мире») самым детальным образом повторяет анализ Капицы и показывает, что никакая биоэнергетика мир не спасет.

Так что происходит? А вот что: только очень наивный человек полагает, что экономика сегодня, как и 150 лет назад, работает по марксистскому принципу: «деньги - товар - деньги». Новая формула «деньги - деньги» короче и эффективнее. Хлопотное звено в виде производства реальных товаров, обладающих для людей реальной полезностью в привычном смысле этого слова, стремительно вытесняется из «большой экономики». Связь между ценой и полезностью в материальном смысле - полезность вещи как пищи, одежды, жилья, средства передвижения или услуги как средства удовлетворения какой-то реальной потребности, - уходит в небытие точно так же, как некогда ушла в небытие связь между номиналом монеты и массой заключенного в ней драгоценного металла. Точно так же «вещи» нового века очищаются от всякой полезности. Единственная потребительная способность этих «вещей», единственная их «полезность», которая сохраняет смысл в экономике нового времени, - это их способность быть проданными, а главным «производством», приносящим прибыль, становится надувание «пузырей». Всеобщая вера в возможность продать воздух в виде акций, опционов, фьючерсов и многочисленных других «финансовых инструментов» становится главной движущей силой экономики и основным источником капитала для ксендзов этой веры. После того, как последовательно лопнули пузыри «доткомов» и недвижимости, а «нанотехнология», рисующая сказочные перспективы, по большей части так и продолжает их рисовать без заметной материализации, американские финансисты, похоже, всерьез обратили внимание на альтернативные источники энергии. Вкладывая деньги в «зеленые проекты» и оплачивая наукообразную рекламу, они вполне могут рассчитывать на то, что многочисленные буратины прекрасно удобрят своими золотыми финансовую ниву чудес.

Ссылки

• Активное обсуждение на Aftershock.su

Во второй половине XX века энергетика стала играть одну из ведущих ролей в жизни общества. Огромное количество промышленных предприятий фактически является основным потребителем энергоресурсов (электроэнергия, тепло, вода). Нарастающие объемы потребления, а, следовательно, и выработки энергии оказывали усугубляющее действие на окружающую среду.

В стремлении обеспечить высокое качество жизни людей и сохранить чистоту среды начали внедряться технологии, позволяющие снизить негативное воздействие на атмосферу, водные и земельные ресурсы. Помимо снижения такового при производстве промышленных товаров и товаров народного потребления были выдвинуты идеи о нетрадиционных и экологичных видах производства энергии (в обиходе используется также термин «зеленая» энергетика).

В стремлении создать высокое качество жизни для людей и добиться устойчивости среды появились идеи экоустойчивого, «зеленого» строительства. Начиная с 1980-х годов экологические проблемы среды фокусировались на энергетике.

По своей сути, к «зеленой» энергетике (также – экологичной, нетрадиционной) относятся объекты или комплекс объектов, вырабатывающие энергию на основе использования возобновляемых (неисчерпаемых) природных источников:

Энергия ветра;

Энергия солнечного света;

Гидроэнергия;

Геотермальная энергия;

Энергия приливов и отливов;

Биотопливо.

В более широком смысле «зеленая» энергетика - это решения в области энергоснабжения, позволяющие снизить выбросы парниковых газов и отрицательное воздействие на окружающую среду в целом.

Помимо использования возобновляемых источников, к «зеленой» энергетике можно отнести такие мероприятия, применимые к традиционным источникам энергии, как:

Более эффективное использование топлива;

Перевод источников на другие виды топлива (пример – перевод котельных с угля на газ);

Снижение утечек при добыче, переработке и транспортировке углеводородов;

Энергосбережение, снижение потерь;

Утилизация отходов для выработки энергии.

Однако, в более привычном понимании к «зеленой» энергетике относят нетрадиционные методы выработки энергии, самые популярныеиз которых, на сегодняшний день, основаны на энергии ветра и энергии солнечного света (ветряные и солнечные электростанции).

В настоящее время спрос на такие электростанции растет. Что особенно характерно для местности, удаленной от централизованных энергосистем и располагающей необходимыми климатическими условиями (скорость ветра, солнечное излучение).

Например, в Черноморском районе Республики Крым солнечная электростанция может обеспечивать практически круглогодичную выработку электрический энергии, данные о суммарной солнечной радиации приведены в таблице.

В японской стройиндустрии довольно часто применяются ветряные источники малой мощности, устанавливаемые на крышах многоэтажных офисных зданий. Они служат в качестве источников питания для этих же зданий и выполнены в форме «барабанов», тем самым не причиняя ущерб внешнему виду зданий и архитектуре в общем.

Также широкое распространение имеют расположенные на крыше зданий солнечные батареи. Такие источники можно использовать для отопления индивидуальных жилых домов даже в условиях российской зимы.

Но при всех своих достоинствах, которыми обладают солнечные и ветряные электростанции (экологичность, возобновимость энергии, автономность удаленных энергосистем и т.д.), для них характерен один недостаток, ставящий под сомнение повсеместное использование данных объектов с точки зрения размещения при градостроительном проектировании – территория, необходимая для их размещения.

Так, например, для выработки 1 МВт мощности (сельский населенный пункт численностью 500 человек) потребуется участок площадью около 1 га для солнечной электростанции и от 1 до 2 га для ветряной электростанции. Кроме того, выработка энергии на данных электростанциях зависит от погоды и времени суток. Поэтому необходим резервный источник энергоснабжения, на тот период времени, когда данные электростанции не смогут производить электроэнергию. Все это обуславливает относительно высокую стоимость строительства и эксплуатации данных объектов, себестоимость вырабатываемой электроэнергии (в 2-3 раза выше по сравнению с традиционными источниками).

Тем не менее, распространение таких источников энергии за рубежом достаточно велико. Наиболее оптимальные варианты размещения электростанций, не требующие выделения земельных участков больших размеров, это:

Шельфовые ветряные электростанции (устанавливаются в море на расстоянии 10-60 км от берега);

Плавающие солнечные электростанции;

Индивидуальные ветряные и солнечные электростанции малой мощности;

Малые ГЭС в районах большого скопления малых рек.

Малые гидроэлектростанции, к слову, могли бы иметь хороший потенциал в таких регионах, как ХМАО, ЯНАО, Якутия, Красноярский край, что уже сегодня вносится в программы развития энергетики как предложение по вводу новых мощностей. По оценкам специалистов, на малых ГЭС в России можно производить около 500 млрд. кВт*ч электроэнергии в год (всего в России сейчас действует около 100 малых ГЭС).

В Камчатском крае уже довольно давно актуально использование геотермальных вод для получения электроэнергии и тепла (ГеоТЭС). Сегодня в России действует 5 геотермальных электростанций суммарной мощностью 80 МВт.

Приливные электростанции могли бы широко использоваться вдоль протяженных береговых линий (в России действует только одна ПЭС).

В настоящее время основным определяющим фактором остается рентабельность альтернативных источников энергии. Человечество уже давно получает энергию наиболее простым и наименее затратным способом – сжиганием топлива. Поэтому в нефтедобывающих странах с большими запасами органического топлива традиционная энергетика до сих пор выигрывает в конкурентной борьбе с иными способами получения энергии.

«Зеленая» энергетика имеет неплохую перспективу для развития и внедрения наряду с традиционной энергетикой. Но темпы развития альтернативной энергетики должны опережать темпы сокращения объемов запаса нефтегазовых ресурсов, а также опережать темпы роста тарифов на электроэнергию. Поскольку сейчас себестоимость электроэнергии, вырабатываемой объектами «зеленой» энергетики, гораздо выше себестоимости электроэнергии, получаемой в результате сжигания углеводородов, проекты по реализации альтернативных источников энергии являются объектами интереса крупных инвестиций и имеют локальный характер применения.

Мы хотим познакомить вас, уважаемые читатели, с мнением высококвалифицированного инженера на то, что такое основные составляющие «зеленой энергетики» – на солнечные панели и ветроустановки. «Передовая мировая общественность» считает, что век тепловых и атомных электростанций закончился? Предположим, что это именно так и просто посчитаем, во что это обойдется – по затратам на производствро, на эксплуатацию, на необходимые земельные площади. Дмитрий Таланов хорошо знает, о чем пишет, ведь ему приходилось рассчитывать электрические сети и для такой генерации, и этим его взгляд особенно интересен.

Тридцать лет назад компьютеры стоили миллионы долларов, жесткие диски – десятки тысяч долларов, а solid-state memory была настолько дорогая, что, по слухам, Билл Гейтс сказал в 1981 году, что 640 килобайт такой памяти должно быть достаточно любому компьютеру.

Затем началась эра кредитной стимуляции потребительского спроса, производители оценили потенциальный рынок, переписали бизнес-планы, заняли денег и вместо двух-трех инженеров на контору наняли разом несколько десятков, поставив им задачу найти пути снизить стоимость и повысить потребительские качества продукции. Результаты можно наблюдать в любом доме. Так река денег, направленная в определенное русло, за короткий период времени радикально изменила ландшафт.

После того, как мир заразился идеей получать энергию из возобновляемых источников, таких, как солнечный свет и ветер, река денег хлынула уже в этом направлении. Эффект был похожий: за два десятка лет резко выросли КПД солнечных панелей, емкость аккумуляторов и надежность ветрогенераторов. А их стоимость упала. На рынок хлынули системы UPS (uninterruptible power system) с коэффициентом мощности по входу без малого единица, КПД до 97%, появились и сложные VFD (variable frequency drive), превращающие асинхронный двигатель с беличьей клеткой ротора – рабочую лошадь индустрии – практически в синхронный с легко изменяемой скоростью вращения и кривой момента на валу, а это обеспечивало уже экономию электроэнергии в десятки процентов. Следует отметить, что сами VFD появились в 1960-х, но эффективное векторное управление в них было реализовано только в 1990-х.

Стремление мира «позеленеть» как можно быстрее замечательно сказывается на потребительских качествах многих товаров и сильно радует инженерную душу. Ведь открывается столько ранее недоступных возможностей! Конечно, очень хочется развить эту тему, но статья посвящена не инженерно-потребительской оценке «зеленой энергии», а анализу перспектив этого направления энергетики применительно к нашей столице – Москве. Все данные для анализа взяты из открытых источников, инсайд не потребовался, общедоступных данных вполне достаточно.

Москва и Солнце

Для начала давайте прикинем, что потребуется для перевода только Москвы на альтернативные источники энергии. Начнем с солнечной энергии.

Солнечная постоянная – количество мощности, проходящей через плоскость, перпендикулярную солнечным лучам – на орбите Земли составляет 1’367 Вт/м², а на поверхности планеты составляет 1’000 Вт/м² в полдень на экваторе. Это чтобы оценить потери в прозрачной атмосфере. Далее будем считать в кВт*ч, коли мы рассматриваем именно энергию, на которой сказывается эллиптичность орбиты планеты, да и ночь то и дело на ней наступает, а то и погода меняется. Годовая инсоляция это учитывает, и поэтому в ней считать проще.

Итак, годовая инсоляция для Москвы, если мы бросим солнечную батарею (СБ) горизонтально на землю, составит 1’020 кВт*ч/м² при 100% КПД батареи. Если направим ту же батарею под фиксированным оптимальным углом к горизонту, чтобы максимизировать получаемую энергию за год, эта цифра составит 1’173 кВт*ч/м². Если станем следить за солнцем, ворочая батарею туда-сюда, то 1’514 кВт*ч/м². Для сравнения, в Сочи те же показатели будут такими: 1’365 / 1’571 / 2’129. То есть строить там с целью переслать потом энергию в Москву нет смысла: вся прибыль уйдет на потери при передаче.

Это наши исходные данные без учета КПД батареи, который на настоящий день оптимистично заявляется в 18-20%, а в будничной реальности ближе к 16% без учета фото-деградации со временем. Останемся оптимистами и для расчетов примем 18%.

К исходным данным надо добавить еще стоимость 1 ватта установленной мощности солнечной станции. Автор статьи, используя доказавшие надежность СБ китайского производителя, опробованные годами на гигаваттных индийских установках, достиг показателя 1,8 доллара за ватт (под ключ, с прямой синхронизацией с построенной им же системой 220/33/10кВ на 200 МВт). Но ходят упорные слухи, что, при использовании оборудования отдельных производителей, можно достичь и 1,0 доллара за ватт. Что ж, не будем проверять обоснования такого оптимизма, а просто примем это для наших расчетов. На всякий случай, чтобы никто не пытался выдвигать обвинения в предвзятом отношении к «зеленой энергетике». И последнее: за 2016 год Москва потребила 59’068 млн кВт*ч (только город; из «Отчета Мосэнерго, 2016»).

Усредняя годовую выработку квадратного метра батареи, установленного под фиксированным оптимальным углом в Москве, получаем 1’173 кВт*ч/м² / 8’760 ч = 0.134 кВт = 134 Ватт/м². При оптимистично-реальном КПД 18% наш итог – 0,18 х 134 = 24 ватт/м².

Эти результаты хорошо согласуются с коэффициентом использования установленной мощности (КИУМ) для солнечных батарей, уже действующих в разных странах – он варьируется от 30% для Австралии до 13% для северной Европы.

Общая площадь требуемой солнечной батареи: 59’068 000 000 / 1’173 / 0,18 = 279’757’506 м².

Цифра кажется большой, но не надо её пугаться, это всего лишь 279,8 км, то есть что-то около 17 на 17 км. Когда мы стоим на земле, то на плоской открытой местности можем видеть невооруженным глазом на 5 км. Просто увеличьте эту дистанцию втрое, затем мысленно представьте квадрат с такой стороной, это и будет требуемая площадь СБ.

Таким образом цена вопроса перекрашивания Москвы в «зеленый» цвет составит:

279’757’506 м² х 24 Ватт/м² = 6’714’180’144 Ватт = 6’700 МВт ⇒

⇒ 6’700 МВт х $1.0 = 6’700 млн долларов = 6,7 млрд долларов

Это капитальные затраты. Сюда следует добавить операционные расходы по обслуживанию установки, пусть даже по очистке панелей. В противном случае когда пойдет снег, город окажется без электричества. Конечно, на очистку панелей всегда можно бросить строителей со всей Москвы, ведь света всё равно нет. Ну, а если тучки набегут или ночь случится? Нет, уж лучше запасти электроэнергию, пока светит солнце!

Только эффективно и недорого запасать её мы еще не научились. Строить ГАЭС (гидроаккумулирующие электростанции) требуемого объема в Москве негде (для примера, установленная мощность огромной Саяно-Шушенской ГЭС составляет 6’500 МВт). Использовать тепловой коллектор для нагрева воды можно, но у него КПД не более 20% и размерами он будет лишь немногим уступать СШГЭС.

Остаются аккумуляторы. КПД современных свинцово-кислотных аккумуляторов доходит до 80%, а у новых литиевых достигает 90%. Но здесь беда не с КПД, а со стоимостью. Оптовая цена свинцово-кислотных аккумуляторов составляет 0,1 доллар за Ватт*час, а литиевых – 0,3 доллара. Соответственно, на 1 Ватт солнечной батареи стоимостью 1 доллар, чтобы пережить только ночь длиной 8 часов, нужно потратить 0,8 доллара на свинцово-кислотные аккумуляторы или 2,4 доллара на литиевые.

Удельные характеристики их тоже не радуют. Лучшие литиевые аккумуляторы обеспечивают 200 Вт*ч на килограмм веса. У свинцово-кислотных всё значительно хуже. Таким образом, вес требуемой литиевой батареи составит: (6’700 х 10 6 х 8) / 200 = 268’000 тонн. Для сравнения – Эйфелева башня весит 10’000 тонн.

Следует также помнить, что количество циклов заряд-разряд у этих типов аккумуляторов ограничено и составляет 1’000 циклов при потере около 20% исходной емкости. То есть через 3 года батарею придется менять на новую, а старую весом в 27 Эйфелевых башен придется утилизировать. И это нужно будет делать каждые 3 года – по меньшей мере, до появления более эффективных аккумуляторов.

Те, кто занимается их утилизацией – обычно это сами производители – утверждают, что до 80% материалов аккумуляторов обезвреживается и, в том или ином виде, возвращается в производство. Вопрос: куда деваются остальные 20%? Соли лития, тионил хлорид, диоксид серы и прочие крайне токсичные и тератогенные вещества, которыми битком набиты современные аккумуляторы. Если начать складировать каждые 3 года по пять Эйфелевых башен таких отходов, то в сравнении с ними шахтные терриконы покажутся экологичней ракушек на крымском пляже.

Но, в таком случае, может, не стоит использовать аккумуляторы, а вместо них отдавать электричество сразу в распределительную сеть по мере генерации, рассчитывая ночью и вечером на обычные электростанции? Так оно и делается там, где солнечная энергетика цветет в полную силу. К чему это приводит, рассмотрим чуть позже.

Москва и ветер

Энергия ветра относится к возобновляемым источникам энергии. Ветер дует везде и всегда, разве что с разной силой. Общие запасы его энергии в мире оцениваются в 170 трлн кВт*ч, что в восемь раз превышает мировое потребление электроэнергии на настоящий день. Теоретически всё электроснабжение в мире можно было бы обеспечить только за счёт энергии ветра.

Использовать энергию ветра стали давно – достаточно вспомнить ветряные мельницы и парусные суда. А в начале прошлого века стали строиться и ветроэлектростанции (ВЭС). Следует отметить, что одним из лидеров в этой области был СССР. В 1931 году в Крыму, около Балаклавы, была введена в эксплуатацию ВЭС, которая проработала до 1941 года. Во время боёв за Севастополь она была разрушена. Опорную конструкцию её ветродвигателя построили по проекту В. Г. Шухова. Ветроагрегат с ротором диаметром 30 м и генератором в 100 кВт являлся на тот период самым мощным в мире. В 1950-х годах в СССР производилось 9’000 ветроустановок в год.

Но ветер не всегда дует с достаточно силой, что особенно выражено на суше. Поэтому те, кто стремится развивать ветроэнергетику, лезут также в море, что обходится заметно дороже. И, невзирая на эти усилия, КИУМ таких комбинированных ветропарков всё же едва достигает 35%, а на суше он обычно около 20% – то есть попадает в тот же диапазон, что и в случае солнечной энергетики.

В «погоне за ветром» высота мачты всё время увеличивается, во многих случаях достигая сотни метров. Длина лопастей ротора тоже растет, как и номинальная мощность ветрогенераторов. На настоящий день 5 МВт для такого генератора считается средней величиной, и ведутся разработки машин вплоть до 20 МВт.

Чтобы утыкать землю вокруг Москвы ветроэлектростанциями, возьмем 5 МВт машину за основу. Сколько их может понадобиться? С учетом КИУМ, 6’700/5/0’2 = 6’700 машин.

Много это или мало?

Обычно высота таких ветрогенераторов вместе с лопастями составляет 160-180 метров. Будем скромны и примем 160 м. Следует понимать, что для максимальной плотности размещения ветропарка каждая машина должна отстоять от соседней на двойную дистанцию своей полной высоты (просто для того, чтобы при падении двух машин навстречу друг к другу они не разломали себя в труху). Имеются и другие, куда более специфические соображения, но их можно опустим в данном случае.

Итак, каждому ветрогенератору потребуется жизненное пространство 320 х 320 метров, т.е. 102’400 м². А всем 6’700 агрегатам понадобится 686 км², что значительно хуже того, что потребовала для себя гипотетическая СЭС выше. И что совсем замечательно, мы избавляемся от «проблемы аккумуляторов».

Капитальные затраты на строительство материковых ВЭС составляют, по разным источникам, от 1’300 до 2’000 долларов за кВт установленной мощности. Принимая во внимание погоду в Москве – риск сильных ветров и морозов – агрегаты нуждаются в повышенной надёжности, а значит, разумней взять $2’000/кВт. Следовательно, стоимость нашего ветропарка составит $13 млрд 400 млн.

Получилось в два раза дороже, чем СЭС без аккумуляторов, но есть и другой минус. Обслуживание вращающихся машин также дороже в сравнении со стационарными статическими установками типа СЭС, где только смахивай пыль/снег с панелей да изредка меняй сгоревшие инверторы. Т.е. себестоимость производства электроэнергии ВЭС в реальности далека от нуля.

Европейский опыт показывает, что суммарные эксплуатационные издержки составляют примерно 1 евроцент на 1 кВт*ч (около 70 копеек на сегодняшний день) и эти деньги ложатся на плечи потребителей в той же мере, как и эксплуатационные издержки ГЭС, АЭС и ТЭС. Вот только последние при той же установленной мощности занимают площадь в тысячи раз меньшую (исключая водохранилища ГЭС). И затраты на выработку 1 кВт*ч на АЭС и ГЭС составляют единицы копеек. Только ТЭС приближается к еврозатратам на эксплуатацию ВЭС в силу дороговизны углеводородов.

Не обошли ВЭС и экологические проблемы. Многие европейские источники ссылаются на инфразвуковые колебания и вибрации, исходящие от работающих ветрогенераторов, отрицательно воздействующие на людей и животных. В районе ветропарков перестают селиться животные и птицы. Статистику по погибшим птицам, особенно перелетным, летящим на значительной высоте, найти непросто. Но недаром в Великобритании ветряки теперь зачастую называют “bird choppers”, что соответствует «мясорубке для птиц».

Еще одна проблема состоит в утилизации лопастей, исчерпавших свой ресурс. При том количестве ветрогенераторов, которые уже установлены, это серьезная проблема. Дело в том, что лопасти генераторов делаются из стеклопластика для облегчения нагрузки на подшипники машины. И в большинстве случае после того, как они отслужат свое, их сжигают, что порождает много высокотоксичных газов. При этом зольность сжигаемой массы составляет около 60% и образующаяся зола требует захоронения.

Подытожим:

1. Капитальные затраты на строительство СЭС без аккумуляторов составляют на настоящий момент не ниже $1’000/кВт установленной мощности;
2. Капитальные затраты на строительство СЭС с аккумуляторами составляют на настоящий момент не ниже $1’800/кВт со свинцово-кислотными аккумуляторами и не ниже $3’400/кВт – с литиевыми;
3. Проблема утилизации аккумуляторов в том масштабе, который потребуется, если они всё же найдут широкое применение в мощных СЭС, далека от решения;
4. Капитальные затраты на строительство ВЭС на территории РФ составляют на настоящий момент не ниже $2’000/кВт;
5. Эксплуатационные затраты ВЭС сравнимы с такими же у ТЭС и значительно выше, чем у ГЭС и АЭС;
6. Проблема воздействия ВЭС на людей и животных, а также проблема утилизации отдельных частей ВЭС пока далеки от решения;
7. Оба типа станций требуют масштабного отчуждения земель;
8. Оба типа станций генерируют электроэнергию когда могут, а не когда нужно.

В то же время:

1. Капитальные затраты на строительство АЭС составляют $2’000-4’000/кВт в зависимости от того, кто строит. Утилизация отработанного топлива давно проработана, а при вводе в работу новых БН реакторов появилась и возможность замкнуть цикл использования топлива;
2. Капитальные затраты на строительство газовой ТЭС составляют не более $1’200/кВт. Утилизация отработавшей своё станции не представляет проблем;
3. Капитальные затраты на строительство угольной ТЭС составляют не более $2’000/кВт. Утилизация отработавшей своё станции не представляет проблем;
4. Все три типа станций генерируют электроэнергию когда нужно и не требуют масштабного отчуждения земель;
5. Капитальные затраты на строительство ГЭС составляют $1’200-2’000/кВт в зависимости от рельефа местности. Этот тип станций тоже генерирует электроэнергию когда требуется, за исключением маловодных лет. Чаще всего требует масштабного отчуждения земель. Утилизация отработавшей своё станции требует массивной рекультивации земель.

Электроэнергетические качели

Сначала внимательно посмотрим на следующие два слайда, взятые из официальной презентации немецкой RWE .

Что мы здесь видим? А видим мы здесь большую проблему. С 2012 года эта проблема лишь выросла в размерах, окрепла и уже угрожает не просто энергосистеме, а существованию той промышленности Германии, которой кровь из носу требуется стабильность частоты и напряжения. Прежде всего это точное машиностроение и тяжелая промышленность с большой добавленной стоимостью, дающие работу значительной части населения и немалую часть ВВП страны.

Как признаётся в презентации от 2012 года, Германия может получать до 30% требуемой электроэнергии от ветра и солнца, но контроля за этой выработкой не имеет. К слову, на сегодняшний день страна в отдельные дни получает уже до 80% от солнца и ветра. Вот только эта выработка может как взмывать в небеса, так и падать камнем буквально за секунды (тучка набежала!).

Автор статьи, как человек, занимавшийся часть карьеры проблемами устойчивости энергосистем и разработкой новых типов релейной защиты и автоматики, видел и куда как более детальные осциллограммы, на которых выработка немецких ветропарков и солнечных полей в соответствующих погодных условиях менялась до 8 ГВт/сек в тяжелых случаях и в сотни раз чаще – около 2 ГВт/сек. Это при полной установленной мощности системы 50 ГВт и средней используемой 44 ГВт.

Но ведь это «бесплатная» энергия? Да. Это же хорошо? Нет.

Давайте представим, что по дороге едет груженый самосвал, везущий в кузове разные стекляшки (хрупкие параметры статической и динамической устойчивости). В какой-то момент вне контроля водителя момент на валу двигателя самосвала вдруг резко возрастает, затем спустя время так же резко падает, и этот процесс продолжается несколько раз. Стекляшки стукаются друг об друга, иногда бьются, водитель в поту (диспетчер системы и автоматика) отчаянно пытается выровнять ход, надеясь только, чтобы колеса не слетели с осей и выдержала коробка передач.

Благополучно доехав до цели, водитель сталкивается с политиком-адептом «зеленой» энергии, жалуется на жизнь, на что адепт говорит: – «Но ведь ты потратил даже меньше топлива, чем обычно, сам признаешь! Невзирая на все выкидоны своего самосвала. А значит, это хорошо, мы делаем мир чище!».

Что на это ответить? Нет ничего более печального и нелепого, чем попытки политиков решать технические вопросы.

Чем компенсировать эти рывки? Только увеличением мощности двигателя настолько, чтобы рывки в ней утонули… ой, в смысле только увеличением установленной мощности традиционных станций, пусть даже они будут вынуждены большую часть времени работать на уровнях нагрузки, близких к холостому ходу. Вот только на этих уровнях КПД этих станций самый низкий, рабочее тело просто вылетает в трубу, а регулярное обслуживание оборудования учащается. В общем, швыряние денег псу под хвост.

Плюс нагрузка на персонал системы. Возвращаясь к RWE , с середины 90-х до середины 2010-х количество случаев, когда их ЦДУ прибегало с ручному вмешательству для предотвращения развала системы на «острова», увеличилось в 17(!) раз. А стабильность напряжения/частоты стала такова, что прокатные станы, металлургия, точное машиностроение начали ругаться уже матом и крепко задумались перебираться в другие, не столь успешные в «зеленой» энергетике страны. Недавняя тяжелая авария в восточной Австралии пример тех же процессов.

Вот такая эта «зеленая» энергетика…

Мечтания и реальность

Собственно, какой вывод из этого можно сделать? Такой, что вся солнечная и ветроэнергетика должны иметь 100% резервирование традиционными мощностями, чтобы всё не развалилось, когда в пасмурный день не дует ветер. А это значит, что стоимость генерации «зеленой» электроэнергии без учета стоимости обслуживания резерва – передергивание карт под столом и лукавство.

Альтернативная энергетика имеет право на существование без присоединения к системе и без субсидий. Еще до того, как у стран, увлекшихся таким присоединением, как те же Германия и Австралия, начались проблемы с устойчивостью, автор этой статьи со своим коллегой ручками прикинул, что по достижении 20% установленной мощности вся эта «зелень» начнет создавать сильную головную боль. И решение на разрешение таких присоединений равнозначно открыванию ящика Пандоры. Закрыть его будет трудно.

Тем не менее расхожее мнение, что нам в России вообще не нужны солнечная и ветроэнергетика, не имеет под собой оснований. Солнечная энергетика (с аккумуляторами) и ветроэнергетика сегодня могут быть оправданны в удаленных районах, где нет возможности подключиться к сети. В конце концов, более 70% территории нашей страны, на которой проживает около 20 млн человек, находится вне системы централизованного энергоснабжения. Опыт РусГидро , которая комплектует солнечные и ветровые электростанции с дизельными установками и устанавливает такие комбинированные установками даже за Полярным кругом, доказывает, что это не только возможно, но и позволяет окупать капитальные затраты за счет экономии северного завоза топлива.

Послесловие про «Теслу»

Трудно представить восторг водителя машины, каждое колесо которой оснащено индивидуальными движками в 100 л.с. (75 кВт) с плоским, без провалов, моментом. Мы скоро придем к этому, но пока и два движка 100 кВт (по одному на переднюю и заднюю ось) вызывают прилив счастья у пользователей таких авто. Однако чем ближе день, когда такие авто сделаются широко распространенными, тем ближе неприятности, о которых пока мало кто думает (и речь совсем не об аккумуляторах).

Современный электромобиль тратит примерно 20 кВт*ч на 100 км пробега. Эта дистанция близка к обычному дневному пробегу американской машины, судя по публикуемым пробегам в их каталогах подержанных машин.

При напряжении аккумуляторов в 400 В (как у Теслы), сила тока для полного заряда в течении 6 минут должен быть: 20’000/400В/0,1 ч = 500А. Соответственно мощность зарядного устройства: 0,5кА х 400В = 200 кВт (при 100% КПД).

Электромобиль Tesla на зарядке, Фото: cbsistatic.com

Почему именно 6 минут? Потому что это время, которое обычно тратится на заправке для заливки в бак топлива вроде бензина-солярки. Эту привычку будет крайне трудно переломить.

Далее должен последовать выбор: или владельцы электромобилей согласятся сидеть рядком у электро-заправки, словно воробьи на жердочке, ожидая зарядки своих авто сниженным током, скажем, целый час для тока 50А, или они начнут этим возмущаться, и ток зарядки в 500А быстро сделается стандартным.

Во что более верится?

Конечно, в домовых паркингах ток зарядки может быть значительно меньше. Но после пары ситуаций, когда владелец, едва поставив авто на зарядку, будет вынужден снова отправиться в путь на полупустом аккумуляторе с риском застрять где-то в дороге, можно быть уверенным, что ток зарядки будет сразу выставлен на максимум.

А к чему это приведет?

К тому, что неизбежно случится, если об этом не подумать заранее: к коллапсу единой энергосистемы. Ибо три таких машины на зарядке по потреблению электроэнергии равны возможностям трансформатора, питающего 1’000 квартир без электропечей или 600 квартир с электропечами.

В каждом часовом поясе приехавшие на работу / с работы станут массово ставить свои машины на зарядку, на что при нынешних российских 44 млн легковушек на руках, замени мы их завтра электромобилями, понадобятся дополнительные 44 млн х 0,2 МВт = 8’800 ГВт (!) установленной мощности в системе. Это 8’800 гигаваттных генераторных блоков или 2’200 крупных АЭС по 4 таких блока на станцию. Для сравнения, на апрель 2017 года в России имелось 10 действующих АЭС с общим числом в 35 энергоблоков суммарной установленной мощностью 28 ГВт.

От такого у любого адепта позеленеет в глазах. Автор этих строк, правда, смухлевал, решив не загружать текст интегрированием зарядок по времени, т.к. картина всё равно будет страшная.

Начинаем «экономить» генерирующие станции. Для начала попробуем переустановить стандарт скорости зарядки на 50А – это позволит разом уменьшить количество требуемых АЭС в десять раз, до 220. Теперь чем мощней авто, тем дольше придется его заряжать в часах (но минимум 1 час). Затем придет время ограничения количества электромобилей. Скажем, разрешения на покупку будут разыгрываться в лотерее с потолком по стране 22 млн – тогда ещё уполовиним количество станций, до 110. После чего обязательно наступит день, когда электромобили личного пользования будет законно заряжать от общей сети только при токах зарядки 10А и менее.

Так элементарный инженерный расчет рушит розовую картину будущего, созданного буйным воображением адептов альтернативной энергетики.