Возобновляемые источники энергии (ВИЭ) – это метафора, журнализм, рекламный трюк, политический слоган. С научной точки зрения ВИЭ не существуют, как вечный двигатель. Из уважения к пожилому ветерану углеродной битвы Греты Тунберг уточним: «псевдо-возобновляемые» или «де-юре возобновляемые».
Важно отметить, что СЭС (солнечные электростанции), ВЭС (ветряные электростанции) и малые ГЭС (МГЭС без регулирования стока) имеют либо очень незначительную гарантированную мощность – мощность, генерация которой гарантируется в любой момент времени, либо не имеют ее вовсе.
Вопрос гарантированного электроснабжения потребителей от этих электростанций не может быть решен без применения дополнительных мер, как-то:
1. Работа в централизованной электрической сети в режиме максимальной выработки электрической энергии;
2. Создание средств регулирования величины потребления электроэнергии, в том числе путем установки устройств с балластным сопротивлением или накопителей энергии (НЭ) на стороне потребителя;
3. Объединение одного или нескольких типов электростанций ВИЭ в гибридные энергокомплексы совместно с дублирующими источниками гарантированного энергоснабжения на органическом топливе (например, дизель-генераторы).
Первый способ применения электростанций ВИЭ в настоящее время реализован на сетевых СЭС, ВЭС и МГЭС, а также на ветро-дизельных комплексах (ВДК) с низкой степенью замещения дизельной генерации. В этом случае все процессы согласования режимов потребления и генерации обеспечивают другие электростанции централизованной электросети, в том числе крупные ГЭС.
Другие два способа больше характерны для использования установок ВИЭ в изолированных энергосистемах. Причем последний способ в наибольшей степени удовлетворяет требованиям надежного и гарантированного энергоснабжения потребителей.
Сегодня в мире часто можно услышать об «энергетической трансформации» или даже о «мировой энергетической революции», понимая под этим, в первую очередь, быстрое распространение и повышение роли ВИЭ в энергосистемах Запада. Однако история использования человеком ВИЭ насчитывает уже не одну тысячу лет.
Солнечная энергия использовалась еще древними людьми для нагревания и консервации пищи, подогрева воды, утепления жилищ и общественных зданий.
Использование человеком энергии ветра также берет свое начало из древности (около 5500 лет назад). Она использовалась преимущественно в парусном судоходстве, на мельницах (для размола зерна, подъема воды, в качестве приводов для различных механизмов), а также для естественной вентиляции. О том, как развивалось это направление в СССР, мы уже писали на Хабре.
До начала 1980-х годов возобновляемая энергетика (за исключением крупных ГЭС) в мире не получила заметного промышленного развития, что было связано, в первую очередь, с высокой себестоимостью и нестабильностью вырабатываемой энергии. Развитие возобновляемой энергетики носило преимущественно локальный и научно-исследовательский характер. Огромное сдерживающее воздействие на эти процессы оказывало и то, что цены на нефть были низкими, в начале 1970-х гг. – 10-20 $/баррель.
Основной причиной педалирования стратегического наращивания ВИЭ, в первую очередь в Западной Европе, стало соображение энергетической безопасности и электро-независимости стран с малыми запасами угля, нефти, природного газа и урана в их суверенных недрах. Дополнительным стимулов энтузиастов (и бизнесменов) ВИЭ стала чернобыльская авария в 1986 г., вызвавшая массовую, масштабную радиофобию в Евросоюзе, а также авария Фукусимы в 2011 г., что привело и приводит к постепенному закрытию атомных электростанций в ЕС, Швейцарии и Японии.
Как говорил великий физик Альберт Эйнштейн, в мире две бесконечности – космос и человеческая глупость. Однако энергия заблуждения способствовала строительству многих объектов ВЭИ к выгоде нечистоплотных дельцов, производителей ветрогенераторов и солнечных батарей.
Для оценки зависимости государства от привозных энергоресурсов специалистами используется специальный показатель – коэффициент самообеспеченности топливно-энергетическими ресурсами (ТЭР), определяемый в виде отношения количества энергии, производимой и потребляемой в стране. Большинство развитых стран в значительной степени зависимы от поставок ТЭР, так как они или не имеют запасов органических ресурсов, или они в значительной степени исчерпаны (например, в Германии, США). В этих странах коэффициент самообеспеченности ТЭР со временем уменьшается. В России коэффициент самообеспеченности, наоборот, очень высок, с одной стороны, государство, обладает значительными запасами ТЭР, а с другой – экспортноориентировано на продажу избытка от добычи ТЭР
Страны мира в аспекте государственной политики ВИЭ разделились на три группы:
Страны, выдвинувшие цели по развитию ВИЭ;
Страны с политикой стимулирования и поддержки ВИЭ;
Страны с целями обеспечения 100% доли ВИЭ в электроэнергетике.
Мировыми лидерами по установленной электрической мощности ВИЭ являются Китай (1020 ГВт), США (325 ГВт), Бразилия (160 ГВт), Индия (147 ГВт) и Германия (138 ГВт), на долю которых приходится порядка 58,4 % общей мировой установленной электрической мощности ВИЭ. Россия по данному показателю (56,6 ГВт) располагается на 11 месте в мире, главным образом, за счет крупных ГЭС (около 91%), построенных в советскую эпоху.
Доля ВИЭ в суммарной выработке электрической энергии особенно высока в странах с большими гидроэнергетическими ресурсами, таких как Исландия (100%), Норвегия (99 %), Бразилия (78,4 %), Канада (68 %), Швеция (67 %), в которых более 2/3 вырабатываемой электрической энергии приходится на ГЭС.
Совместная доля СЭС и ВЭС в производстве мировой электрической энергии составляет 10% и равна выработке электрической энергии АЭС. На первом же месте с 36% остаётся… уголь!
Политика
Для стимулирования и поддержки внедрения ВИЭ во многих странах используются различные формы правительственной поддержки:
льготные тарифы для продажи электроэнергии, выработанной от ВИЭ, в сеть;
использование для энергии, получаемой от ВИЭ, понятия «зеленая энергия», предполагающего более высокую цену для сознательного потребителя;
налоговые льготы;
льготные кредиты;
законодательно устанавливается доля ВИЭ в энергобалансе к определенному сроку.
Наиболее амбициозные целевые индикаторы по развитию ВИЭ приняты в ЕС. В 2008 г. была принята директива «О стимулировании использования энергии возобновляемых источников», поставившая следующие цели:
достижение 20% доли ВИЭ в общем энергобалансе стран ЕС;
снижение выбросов парниковых газов на 20% ниже уровня 1990 года;
обязательное использование энергии биотоплива (10% от общего потребления энергии);
ограничение выбросов парниковых газов и развитие энергосберегающих технологий.
Китай как огромнейшая гигафабрика мира потребляет больше всех энергоресурсов, в частности 4 млрд тонн угля в год, причём 400 млн тонн только на бытовые нужды; строит самое большое количество атомных электростанций, сооружены колоссальные ГЭС, например «Три ущелья». ВЭС и СЭС при всей формальной убыточности играют важную PR-функцию для продажи китайского ветряного и солнечного оборудования, а также литий-ионных и натрий-ионных аккумуляторов для систем хранения энергии (BESS) (и потом, не забываем, коммунистическая партия сказала – комсомол ответил «Есть!»…даже если компартия никогда не ошибается).
Россия, безусловно, лучше, чем любая другая страна в мире, обеспечена собственными ТЭР, но развитие ВИЭ декларируется важным стратегическим направлением будущей энергетики. Виды ВИЭ по разным регионам России существенно варьируются, вследствие географического положения, особенностей местности и разнообразия климата. Во всех регионах страны имеется один или два вида ВИЭ, эксплуатация которых может быть экономически оправдана
Несмотря на то, что Россия обладает огромными ресурсами ветровой, геотермальной, солнечной энергии, гидроэнергетическими ресурсами, энергии биомассы, на сегодняшний день роль этих подвидов ВИЭ в стране составляет меньше 1%. Малая доля объясняется рациональным подходом российских энергетиков: им по-научному очевидна невысокая экономическая конкурентоспособность ВИЭ по отношению к топливной энергетике; в РФ имеются огромные запасы ТЭР наряду с большим резервом мощности объединенных энергосистем (до 16 ГВт!).
Некоторый смысл ВИЭ имеется в так называемых технологически изолированных и труднодоступных территориях (ТИТТ) – в глухомани, не связанной с ЕЭС России, где энергоснабжение потребителей происходит от собственных автономных децентрализованных источников, а тарифы на электрическую энергию устанавливаются региональными властями исходя из её фактической себестоимости. Основная часть ТИТТ России расположена в районах Крайнего Севера и приравненных к нему территориях – некоторые районы Мурманской, Архангельской, Магаданской, Амурской и Сахалинской областей, Республик Саха (Якутия) и Карелия, Чукотского, Ханты-Мансийского и Ямало-Ненецкого Автономных округов. По факту имеется около 20 СЭС, в основном в Якутии; несколько ВЭС, главным образом в Краснодарском крае и Мурманской обл.; мини-ГЭС на Алтае и Камчатском крае. Почти все они совмещены с дизельными генераторами в автономном энерго-комплексе.
Заключение
Из четырех подвидов распространённых ВИЭ только ГЭС экономически эффективны. Прочие лишены коммерческого смысла, поскольку на изготовление, эксплуатацию и утилизацию устройств для базовой макрогенерации электроэнергии, в том числе вспомогательных (мощные аккумуляторные хранилища и электро-электронные системы управления для сглаживания рваной генерации из-за непостоянства ветров и солнечной нагрузки) тратится больше электроэнергии и денег, чем они способны выработать за свой реальный срок службы.
Только государственные субсидии дают возможность существовать ветро- и солнечным электростанциям. Оно бы и ничего, если бы достигалась главная декларируемая цель – снижение углеродных выбросов в атмосферу. Но это не так. За последние 20 лет бурного развития ВИЭ в Китае сожжено миллиарды (не миллионы!) тонн угля для обеспечения производства редких, рассеянных и редкоземельных элементов (неодим, празеодим, диспрозий, литий, селен и некоторые другие, о которых мы уже неоднократно писали на Хабре) и кремния, а образовавшийся СО2 разнесён ветрами по всей атмосфере. Кроме того, при сжигании угля выделяются замурованные в нём вредные вещества и, несмотря на очистные сооружения, в бытовую среду попадают токсичный ванадий (именно его в первую очередь пытаются извлечь из угольной золы, поскольку способствует запуску и завершению апоптоза), мышьяк (которым травили крыс и Наполеона), ртуть (все знают, ртутные медицинские градусники почти изъяли из практики), фосфор, радиоактивные металлы уран и торий с радиотоксичными продуктами их радиоактивного распада.
Имеются и юридические несуразности, например в Англии. Геолог Никита Дмитриевич Лобанов-Ростовский рассказал нам эксклюзивно о ситуации в Великобритании: «В Шотландии полное пренебрежение приливов, несмотря на самый высокий уровень между отливом и приливом в Европе. Ибо население противится нарушению красоты побережья. А в Англии полный абсурд: если даже один житель деревни выступит против мельницы или ветрогенератора, то ветроферму невозможно соорудить. Поэтому энергетикам приходится тратить большие деньги и строить ветростанции в океане! [Атлантическом]».
В развитых странах, в первую очередь России, значительное развитие получили разнообразные устройства электрической и процессорной техники, которая оочень чувствительна к качеству электрической энергии. Кривая безопасной работы электрооборудования (ITIS) не допускает скачков и провалов напряжения более 20% при временах свыше 3 милисекунд и 10% при времени более 1 секунды. Опыт показал, что объекты генерации, работающие на ВИЭ, не способны обеспечить стабильную работу при ненормативных возмущениях в электрических сетях. Действующие нормативные значения не отвечают требованиям технологического оборудования потребителей к параметрам качества электрической энергии.
Крохотные СЭС и микроветрофермы оправданы только в глухих регионах, удалённых от сетей электроснабжения общего пользования, например в медвежьих уголках Сибири, в канадской тундре, джунглях Амазонки, в Антарктиде, в горах. Да и то имеются серьезные аргументы в пользу надёжных и проверенных старых-добрых передвижных дизель-генераторов. Например, реальный опыт геологов и золотостарателей в Красноярском крае, Якутии, на Камчатке и Чукотке свидетельствует, что ни микроГЭС, ни микроСЭС, ни ветряки не могут составить никакой конкуренции дизель-генераторам.
Безусловно, важны аварийные ветрогенераторы, а также резервные солнечные панели, свернутые в рулоны, в том числе в самолетах, «на всякий пожарный случай». Приветствуется микрогенерация (малые ветряки и солнечные панельки) в отдаленных охотничьих домиках.
В целом, российская энергетика (парадокс!) по всем направлениям развивается намного активнее и эффективнее чем, например, в США или в Европе. Сети у нас работают стабильнее. К тому же Россия теперь производит большую часть всего энергетического оборудования самостоятельно, и оно ничем не уступает самым лучшим западным аналогам. Цены на электроэнергию, горячее водоснабжение и отопление в России – одни из самых низких в мире, что очень способствует радостному ощущению жизни, особенно во время недавних майских снегопадов.
Полезное от Онлайн Патент:
Какие выгоды можно получит от регистрации программы для ЭВМ?
Не только айтишники: какие компании могут внести свои программы в Реестр отечественного ПО?
Больше контента о сфере интеллектуальной собственности в нашем Telegram-канале
