Альтернативная энергетика и энергосбережение

Цитата: Andrews от 28.01.2017 21:52:41Народ, КыПыДы амуляторов считать когда научимся, ась?
Похрен, пусть на Ё-мобиле стоит хоть 100процентов Ё-двигатель, весь кыпыды мобиля упирается в кыпыды батарейки.
Законы физики ишшо никто не- наеее...

Так штаа ДВС пока нет равных.

Цитата: Danila96 от 29.01.2017 08:06:23КПД батарейки?
Эт чот новенькое.
Что вы под этим подразумеваете?

Цитата: Senya от 29.01.2017 08:42:50Ну для батарейки - полученная от неё полезная работа, делённая на затраченную на её производство энергию наверное
Для аккумулятора - энергия, выделенная при разряде, делённая на энергию, затраченную на зарядку.

Цитата: Danila96 от 29.01.2017 16:22:42Не не не.
Ну там КПД близка к единице - так что можно пренебречь.

Цитата: Senya от 29.01.2017 21:03:29В смысле? Кто-то создал аккумулятор с околонулевым внутренним сопротивлением? Выше 90% КПД вроде только у некоторых литий-ионных (в рекламе, на практике при больших токах разряда запросто ниже 80%).

Цитата: Danila96 от 29.01.2017 16:22:42Не не не.
Ну там КПД близка к единице - так что можно пренебречь.

Цитата: basilevs от 30.01.2017 17:46:37Так в том-то и суть - где бензиновой/дизельной машине надо заправляться раз в неделю, там электричке надо заряжаться каждый день. Ну, в лучшем случае раз в два дня. Отсюда в разы (фактически - на порядок) большая нагрузка на "заправки" при том же парке машин и пробегах.

Цитата: ЦитатаНемецкий план "энергетического поворота" Energiewende родился в 90х годах, и много лет был путеводной звездой для поклонников возобновляемой энергетики. Еще в начале 2000х этот план ставил задачу по значительному проникновению ВИЭ-генерации в энергосистеме Германии - десятки гигаватт мощностей, сотня терават*часов годовой выработки - и это когда вся ветрогенерация Германии не достигала нескольких гигаватт, а солнечные батареи вообще были дорогостоящей технологией, с максимальными размерами электростанций не больше пары мегаватт.


Абстрагируясь от мотивации перехода на ВИЭ, нельзя не отказать в логичном подходе, как его можно провести:

1. ВИЭ-генерация неконкурентоспособна, но нет физических ограничений по уменьшению стоимости, значит надо создать искусственный рынок.
   


2. Рынок этот можно создать за счет граждан, которые в целом “за” переход на ВИЭ - добавляем к тарифу на электроэнергию граждан дополнительный налог, который перераспределяется среди ВИЭ-генераторов, так называемый FIT.
   


3. Раз генерация за счет этого становится выгодной, то рынок ВИЭ-оборудования резко растет, за счет объемов производства и затем - конкуренции.
   


4. После того, как ВИЭ становится конкурентными, налог FIT можно убрать, и получить свершившийся переход.
   


5. Побочно получаем еще и возникновение новой индустрии, которая будет зарабатывать везде в мире, когда он тоже решит перейти на ВИЭ (подобную тему в 80х провернула Дания).
   

Много лет все шло по плану, и даже лучше плана - действительно возник рынок, действительно энергооборудование для, например, солнечной фотовольтаики, подешевело в 15 раз с 2000 года, а заданную планку Energiewende по достижению X% ВИЭ-генерации к Y году пришлось неоднократно повышать, т.к. рынок рос даже быстрее.

Скрытый текст

Единственной побочкой стало массовое банкротство в начале 2010х немецких производителей солнечных панелей, выдерживающих конкуренции с Китаем.


Однако, последние несколько лет, что-то пошло не так, и масштаб этого “не так” постепенно разрастается.

Прежде всего, в Energiewende всегда закладывался экспоненциальный рост установленных мощностей солнца и ветра, который, впрочем в какой-то момент должен был перерастать в линейный. В реальности же произошло вот это: 






Разбивка новых мощностей солнечных электростанций по годам


Такое драматичное падение вызвано быстрым падением субсидирующего налога FIT и банкротством немецкого производства СБ, и даже продолжающееся драматичное падение стоимости солнечных батарей (с 2012 по 2016 год стоимость 1 ватта СБ упала с 1 доллара до 40 центов) не особо оживляет умершую установку.





Впрочем, на первый взгляд, это может показаться локальной проблемой. Ежегодное прибавление мощности ветрогенерации в Германии держится ровно на ~2-3 гигаваттах уже несколько лет, а доля ВИЭ-генерации в общем производстве электроэнергии каждый год бьет новые рекорды, достигнув в 2016, например, 34% - всего на 1% меньше планки Energiewende на 2020! Но на деле, постоянный рост ВИЭ с определенным при снижающихся субсидиях темпом критически важен для решения других проблем энергосистемы, базирующейся на ВИЭ: балансировки сети и переменчивости.




Генерация Германии по разным видам в 2016 году. Интересно, что для замещения всей атомной генерации к 2022 году надо удвоить установленные мощности ветроэлектростанций, и для этого учетверить темп установки ветромощностей (или удвадцатерить установку солнечной генерации).



Это две сцепленные проблемы, связанные с принципиальной и неуправляемой переменчивостью мощности генерации возобновляемых энергоисточников. Балансировка, т.е. перенаправление избытка электроэнергии туда, где ее генерируется недостаточно способна сгладить на масштабах страны переменчивый характер. Но не убрать его полностью - для этого же требуется либо многократная “переинсталляция”, т.е. установка ВИЭ в многократно превышающих среднюю потребность объемах либо аккумуляторы, либо какой-то микс из этих идей. В любом случае, для перехода от 30% доли ВИЭ в производстве электроэнергии к 60% вам нужно больше денег, чем для перехода от 0 до 30%. И эти деньги должны были взяться из снижающихся субсидий ВИЭ-генераторов, а так же из дешевеющего оборудования. Последнюю мысль стоит пояснить подробнее:


Так как расходы на обслуживание солнечных электростанций ничтожны, и основное в себестоимости электроэнергии - это капитальные расходы, возврат которых растянут во времени, существовала надежда, что даже при снижающейся цене киловатт*часа появление новых солнечных электростанций в Германии будет продолжаться возрастающим темпом, т.к. есть рыночная, несубсидируемая цена,  на которой и будут зарабатывать владельцы СЭС с подешевевшим оборудованием после отмены субсидий. Однако, поскольку потребление электроэнергии не растет, эта цена тоже начала снижаться, а с учетом динамического ценообразования - уходить в отрицательную область на пиках солнечной генерации. Характерным элементом этого стал возросший экспорт электроэнергии из Германии В целом это очень большая проблема энергетики, которая не позволяет строить новые несубсидируемые электростанции, например атомные, и как не странно, она стала стеной, в которую уперлась и солнечная генерация.





Иллюстрация экономических проблем энергетики и опасности создания искусственных перекосов: цены на электроэнергию на споте 8 мая 2016 года уходили ниже минус 1 евро за киловатт*час (график не позволяет это отобразить), т.е. гигаваттная АЭС за каждый час работы в таких условиях должна была заплатить сетям больше миллиона евро.



Вишенкой на торте стало резкое ухудшение в последние годы экономического самочувствия традиционной генерации - с одной стороны возросшая конкуренция с ВИЭ-генераторами, с другой стороны положение “нелюбимой жены”, не нужной по окончанию энергоперехода начало приводить к выбыванию тепловой генерации, которая грозит усилится в ближайшие годы.


Тем временем, оказалось, что и масштабы сетевого строительства для энергоперехода в Германии были недооценены. Я не будут останавливаться на проблемах в этом , но например, одной и последний новостей стали сетевые ограничения на ввод оффшорных ветроэнергетических станций в 0,9 ГВт (при том, что в 2015 году было введено 2,4 ГВт оффшорного ветра).


Снижение от траектории роста, ограниченные возможности по перетокам электроэнергии усугубляют проблему переменчивости генерации ВИЭ. Интересно сравнить два момента:




График генерации и импорта электроэнергии энергосистемы Германии. ВИЭ - желтый и зеленый, курсор стоит на 12.45 8 Мая 2016 года.


8 мая 2016 года, солнечная и ветряная генерация вырабатывает почти 70% электроэнергии, снижая биржевую цену э/э в отрицательную область, вызывая массовое выключение традиционной генерации и сильный экспорт. И второй момент, январь 2017 года:





ВИЭ вырабатывают всего около 5% потребностей сети, а газовые и угольные мощности выводятся на максимум, причем эта ситуация продолжается уже 10 дней!



Разумеется, такие перепады не являются чем-то неожиданным. На сегодня именно обремененная долгами традиционная генерация выполняет роль резерва, и финансовые проблемы ее будут возрастать по мере замещения альтернативными источниками: в итоге по видимому содержание 100% резерва ВИЭ генерации будет возложено на самих ВИЭ-генераторов, интересно, какая динамика цен и строительства электростанций нас ждет при такой структуре рынка.


Кстати, тут стоит вспомнить о новом растущем рынке - аккумулирующих станций на базе литий-ионных АКБ. С одной стороны, чем больше переменчивости в генерации, тем более выгодны такие станции, с другой стороны для масштаба Германии такая задача не решается. Простой взгляд на картинку выше показывает, что объем хранилища должен быть порядка 5 ТВт*ч, а исторический поиск “замираний” в ветре и солнце поднимает эту цифру до 7,5 ТВт*ч. При перспективной стоимости аккумуляторных станций в 300 долларов за квт*ч, получается около 2,5 трлн евро - т.е. сборы FIT за 250 лет, и что забавно - годовое производство литий-ионных аккумуляторов за 75 лет. В настоящее время, очевидно, роль резерва может выполнять только традиционная генерация, и только в небольшой части - гидроаккумулирующие станции и в еще меньшей - остальные технологии.


Energiewende в целом является попыткой настройки экономических стимулов, но оказывается, что в такой комплексной энерго-экономической системе человеческий разум слишком слаб, чтобы предположить как заданное искажение стимулов в реальности будет влиять на динамику происходящего. В итоге сегодня власти Германии имеют сразу набор неприятных проблем, которые очень сложно решить путем введения одного-двух экономических механизмов, а ручным управлением можно добится еще большего хаоса.


Вам кажется, что я преувеличиваю? Последние два сюжета:


Мотивом Energiewende была забота о снижении выбросов СО2 в рамках борьбы с глобальным потеплением. Целевые задачи по снижению СО2-эмиссии заложены во всех законопроектах EEG, которые заложили план Энергоповорота. Иииии… Германия, похоже, не уложится в планы по выбросам СО2 в 2020 году!






Выбросы СО2 в Германии (при производстве электричества - нижний красный столбик), и цель 2020 года - 749 млн тонн.



Напомню, что кроме видимого “перелета” тренда над целью, к 2020 году германия закроет еще 4 ГВт атомных мощностей, и с учетом вялой динамики новых установок ВИЭ, компенсировать их будет, похоже - углем. Похоже, что только серьезный экономический кризис в Германии до 2020 года позволит выполнить задачи Energiewende по показателям эмиссии СО2.





Удивительно, но рост доли ВИЭ-выработки (красный график, левая шкала) не влияет на общие выбросы СО2 при производстве электроэнергии



Второй момент. Экстраполируя сегодняшний темп установок ветряных и солнечных мощностей к 2035 году мы получим долю генерации ВИЭ в 52-57%, при целевой планке в 60-65%. И если предыдущие 10 лет реальность обгоняла планы за счет экспоненциального роста установки, то сегодня как бы не пришлось столкнуться с противоположным трендом, когда планы придется корректировать вниз.


Подводя итог, хочется сказать, что похоже даже немецкий порядок и профессионализм не сумели сходу пока преодолеть задачу перевода большой энергосистемы на возобновляемые источники энергии. Конечно, линейная экстраполяция, которая подвела проектировщиков Energiewende не поможет и мне в попытке предсказать, что будет с этой ситуацией через 5 или 15 лет, но пока как мне кажется нас ждет сохранение статус кво - доли ВИЭ-выработки в районе 40% от общегерманской. С другой стороны Германские власти предпринимают усилия по модификации стимулов переходя от FIT субсидий на аукционы на субсидируемые мощности - больше денег на меньшее количество, так сказать к ручному управлению.





Хотя цели 2025 года достигаются и не смотря на снижение динамики, с 2035 все не так радужно.



Кстати, такое сочетание сложившихся факторов - переменчивость ВИЭ и трудности со снижением СО-эмиссии могут помочь проектам атомных электростанций типа недавней истории NuScale, в проспектах которой часто упоминается ее глубокая маневренность и хорошая сочетаемость с ВИЭ-проектами. Будущее в виде переменчивых возобновляемых источников и поддерживающих их высокотехнологичных атомных генераторов было бы интересным.


P.S. Красивые графики взяты в прекрасной информационной системе https://energy-charts.de/

Цитата: basilevs от 31.01.2017 14:46:41Перепечатываю здесь ссылку на новую статью tnenergy по поводу возобновляйки в Германии. Поучительно.

http://tnenergy.livejournal.com/94897.html



Комментарии от Фёдор144 приветствуются.

Цитата: Alex_new от 01.02.2017 15:39:39Такое чувство, что на решение проблемы сглаживания не стабильности кинуты значительные ресурсы.
Например не давно пришла реклама www.primuspower.com в которой якобы решена проблема замены литий ионных конденсаторов на более низкой себестоимости. А именно 2 сента за кв, вместо 2.8 у литий ионовых.
За счет системы EnergyPod- а именно покрытия цинком титановых электродов...
Если у кого то есть специальные знания... напищите мнение.
И да предлагают готовое техническое решение сроком на 20 лет...

Цитата: Alex_new от 02.02.2017 08:17:44Все верно. Спасибо. Могу выложить их pdf но там 6 мб...
Но что удивляют. Пишут , что экономика на 25% лучше, а вводят в строй https://aftershock.news/?q=node/482825  хранилище которое использует только литий-ионные аккумуляторные батареи....
Парадокс? Или просто ищут лохов.

Цитата: Alex_new от 02.02.2017 08:17:44Все верно. Спасибо. Могу выложить их pdf но там 6 мб...
Но что удивляют. Пишут , что экономика на 25% лучше, а вводят в строй https://aftershock.news/?q=node/482825  хранилище которое использует только литий-ионные аккумуляторные батареи....
Парадокс? Или просто ищут лохов.

Цитата: Alex_new от 02.02.2017 15:58:01Сильно это на 4 часа? Это система сглаживания пиков...

Цитата: Александр_С от 02.02.2017 16:16:48Я знаю, на материке не очень представляют, что у нас творилось. Первые 12 дней населению давали электроэнергию в сутки 3 раза по 2 часа, из остальных - только тем, кто нужен для выживания. Ни троллейбусы, ни освещение улиц в их число не входили.

Цитата: Александр_С от 01.02.2017 12:44:24Проблемы с ВИЭ (и "солнышком"), которые связаны с её нестабильностью в техническом смысле очевидны, но эти же проблемы сильно влияют на экономику энергетики в целом. Получается такая ситуация, что в результате введения большого объема мощностей возобновляемых источников, которые к тому же дотировались, традиционные станции в нормальной ситуации оказались невыгодными, их как минимум (пока еще) останавливают в "холодный" резерв, но понятно, что долго так продолжаться не будет, энергетические компании, как любые коммерческие предприятия будут выводить неиспользуемые активы из эксплуатации. К чему это приведет - понятно, что в случае природных катаклизмов или даже просто проблем, возникнет дефицит, который либо задерёт цены, либо просто заставит вводить ограничения потребителей.
Вот интересный график из статьи на Блумберге:

Цена на оптовом рынке в Германии (синяя кривая). Видно, что во время рождественских праздников, цена электроэнергии на оптовом рынке упала
в минус, но сейчас (как написано в статье: "из-за того, что в Германии установилась очень холодная погода, среднесуточная температура -4, вместо обычной +1") цена превышает среднюю почти в 2.5 раза. Если представить вдруг, что такая погода продержалась бы еще пару недель, то цена бы увеличилась еще существенней. Но сейчас немецким  энергокомпаниям пришлось запускать остановленные тепловые станции. Но это сейчас, пока они просто в резерве, если через 10 лет их выведут из эксплуатации, что они будут делать?
Выход есть - трансграничные перетоки, но тут надо строить трансграничные линии большой мощности и включать в единую сеть как можно больше регионов. Вопрос только кто в это будет вкладывать деньги?

Цитата: ILPetr от 02.02.2017 18:12:07Выделенное - ошибка. Деньги иногда не решают ничего - Вы не можете отдав любое количество денег купить живого динозавра рэкса. Просто потому, что живых тиранозавров нет. Вот и при нарушении устойчивости электрической системы и ее развале Вы не сможете купить электроэнергию за любые деньги. Разве что Вы заранее за свои деньги не создадите себе резервную систему электроснабжения. И это будет не "зеленая" энергетика.

Цитата: Alex_new от 03.02.2017 10:16:28ЭТА система вам вообще ни чего не давала.
Она позволяет во время ОТСУТСВИЯ нагрузки запастисть энергией!!!! а не генерировать ее!!!!
И потом с КПД 70% (как написал Камрад) отдать ее.
То есть ночью нет нагрузки - заряжаем... утром все стали готовить отдаем в сеть. Солнышко ярко- заряжаем, Тучка пришла - отдаем в сеть.
У вас была нехватка... она не для этих случаев....

Цитата: Superwad от 02.02.2017 09:48:22Не совсем парадокс. Скорее всего, вопрос в емкости  1кВт*ч/ на 1 кг батареи. Это первое.
Технология литий ионных батарей в товарных количествах при приемлемой цене  отлажена, в отличии от цинк бромных, которым, судя по всему, надо еще завоевать свою долю рынка и набрать критический вес. Это во вторых.