Человечество хочет всего большего, и аппетит растет в геометрической прогрессии.
А любые потребности подразумевают еще и энергию: если 100 лет назад человечество потребляло 50 эксаджоулей в год, сегодня 500ЭДж, то где взять 5000ЭДж к концу века и так далее? Перефразируя классику: «Бесконечность энергии лучше конечности наличием бесконечности».
На данный момент существует несколько решений и одно из них – возобновляемые источники энергии (ВИ?).
«Электрическая генерация ХХ века имеет фундаментальные недостатки, которые требуют современного решения: где-то в связи с глобальным потеплением, повышением дневных температур поднимется до +60, кого-то утопит поднимающийся океан.
Россию это мало касается, но наши соотечественники умирают на угольных шахтах, продолжительность жизни населения сокращается из-за выбросов ТЭЦ и так далее.
В ВИ? Однако на пути стоит принципиальный недостаток – непостоянство генерации.
Ээксперименты с VI? - есть результаты
Например, Дания уже удовлетворяет почти половину своего годового потребления электроэнергии за счет энергии ветра.Единственная проблема с VI? - несогласованность генерации - страна решает, импортируя электроэнергию у соседей, которым в этот момент повезло больше с ветром, солнцем или чем-то еще.
Так, для светлого возобновляемого будущего родилась и нашла частичное подтверждение концепция перетоков, когда одна европейская страна протягивает руку «ветра» или «солнца» другой стране и все вроде бы счастливы, и даже с VI ?.
Концепция потоков может работать только в случае с ветроэнергетикой, поскольку солнце «выключается» ночью на достаточно большой территории.
Но помимо потоков можно аккумулировать и электричество (э/э).
Понятия потоков и накопления хороши на словах, но что будет на практике в случае, например, Германии? Если у их соседей всегда есть лишние гигаватты для маленькой Дании, будут ли у их соседей дополнительные 60 гигаватт для Германии? Сколько накоплений необходимо? Гипотезы проверяются экспериментом, для чего потребуется вторая Европа с альтернативной энергетической системой.
Поэтому я решил смоделировать все описанное выше: потоки ветровой энергии между европейскими странами и ее накопление в реальных условиях ветровой и солнечной генерации.
Потоки между странами
Давайте представим, что ветряные турбины и солнечные батареи расположены равномерно по всей Европе и вся территория окружена многочисленными линиями электропередачи, позволяющими передавать электроэнергию из одного конца Европы в другой.Когда в Германии штиль, в Англии крутится ветряная мельница, а если там нет ветра, то на помощь приходит Испания.
Или Греция.
Я взял реальные данные о выработке ветровых турбин в нескольких европейских странах за 2015 год, нормализовал их к одинаковой мощности и выровнял между странами — в результате получилась более равномерная генерация, эмулирующая потоки между странами.
Например, январь: 
Выработка энергии ветряными турбинами стабилизировалась, но эффект умеренный: разница между соседними минимальным и максимальным уровнями составляет три раза.
При этом потребление электроэнергии также неравномерно и вместе с неравномерностью «ветра» образуются еще большие неравномерности.
Чтобы построить «ветренную Европу», необходимо увеличить нормированную генерацию, и дисбалансы будут очень значительными.
Ниже приведен график различных кратных увеличений выработки электроэнергии, где выровненный и нормированный ветер в европейских странах принимается за единицу: 
Шестикратный «ветер», как правило, немного ниже потребления, и образуются разрывы, когда ветровая генерация обеспечивает только 30% потребностей.
Если попытаться закрыть эти пробелы девятикратным «ветром», то все равно останутся дыры в 100 ГВт, а избыточная генерация составит 20%.
Первые нужно чем-то прикрывать, а вторые — это просто трата энергии, увеличивающая стоимость.
То есть концепция «потоков» сама по себе проблему не решает.
Накопление и модель
Второй способ обеспечить согласованность VI? Это накопление электроэнергии в периоды высокой генерации и сброс в периоды низкой генерации.На словах это, опять же, звучит здраво, но судить о гипотезе – эксперимент. Предложенная модель работает просто: если выработка от выровненных и нормализованных «ветра» и «солнца» превышает потребление электроэнергии, то аккумуляторы заряжаются.
Если меньше, то сброс.
Потребление и солнечная генерация также взяты из реальных почасовых данных европейских стран за 2015 год. Если количество не достигает потребления, а аккумуляторы разряжены, то включается газогенерация – без нее умереть невозможно.
Является ли газ TЭS другом VI? и в отличие от угольных электростанций, они встречаются в любой модели, посвященной энергетическим системам будущего.
Во-первых, они могут выйти на уровень безубыточности, работая всего пару недель в году – угольные этого сделать не могут из-за неподходящей структуры затрат (высокая доля капитальных затрат).
Во-вторых, газовые ТЭС имеют гораздо меньше вредных выбросов.
Поиграв с моделью, можно увидеть, что можно полностью перенести выработку электроэнергии на ВИ? чрезвычайно сложно.
Перебрав 30 000 комбинаций кратности «ветер», «солнце» и объема накопления, можно найти самую дешевую, полностью удовлетворяющую энергопотребление за счет VI?.
А именно: 12 раз «ветер» (1230 ГВт), 7 раз «солнце» (385 ГВт) и 3000 ГВтч накопителей (⅔ среднесуточного потребления).
Для февраля, одного из самых неудобных месяцев, все выглядит так: 
Что особенного в этом сценарии:
1. Генерация ветровых турбин практически постоянно превышает потребление.
Это было необходимо, чтобы закрыть редкие пробелы, когда ветер ослабевает по всей Европе (11-12 февраля).
Теоретически пробелы можно закрыть за счет увеличения солнечной генерации или большего накопления энергии, но это будет дороже.
Следовательно, в этом сценарии теряется 44% электроэнергии, что не укладывается ни в потребление, ни в накопление.
2. Аккумуляторы простаивают: постоянно засоряются и всего 8,5 циклов зарядки/разрядки в год (1% от общего потребления электроэнергии).
Если они простаивают, значит, вложения сложно окупить и электроэнергию от батарей придется продавать в 25 раз дороже.
3. Основную роль играет «ветер» (аналог базовой генерации), а помогает солнце.
Если считать по установленной мощности (ГВт), то «ветра» в 3 раза больше, если по выработке электроэнергии (ГВтч), что правильнее, то «ветра» в 6 раз больше.
4. За счет первых двух факторов стоимость электроэнергии выросла с идеальных $77 за МВтч (заложенных в модель как нечто среднее).
настоящий стоимость) до $205. Стоимость выравнивающей инфраструктуры играет незначительную роль, поскольку она меркнет по сравнению с несколькими триллионами долларов на ветроэнергетику, солнечную энергию и хранение энергии, а это именно то, что она будет стоить при текущих ценах.
И десятилетия времени производства, если забыть о других покупателях.
По размерам и сложности описываемая энергосистема (полностью на VI?) больше подходит даже не для середины XXI века, а для конца, и, скорее всего, наше поколение увидит близость квантовых компьютеров, искусственный интеллект и «котлы» на угольных и газовых электростанциях.
Таким образом, человечеству придется выжимать последние соки из традиционных источников энергии еще многие десятилетия.
Кстати, текущий ориентир для передовой Германии по доле ВИ? в 2050 году это 80% .
Нет худа без добра
Но есть и положительные стороны.Сложность энергетической системы с растущей долей возобновляемой энергии? растет нелинейно и перейти от текущей доли в модели 16% к тем же 80% проще, чем от 80% к 100%.
Перебираете комбинации с долей ВИ? 80% дали следующие результаты оптимального сочетания: 615 ГВт «ветра» (6х), 165 ГВт «солнечного» (3х), 193 ГВт генерации газа и отсутствия накопления.
Тот же февраль: 
Потери составляют сравнительно скромные 6%, а стоимость электроэнергии — $102,5 за МВтч.
Превышение идеала составляет $25 за МВтч, включая потери и уравнивание, а также установку и использование газовой генерации.
Проливает ли этот сценарий свет на необходимость резервирования VI? традиционная генерация, в нашем случае газ.
Максимальное потребление в модели — 267 ГВт, а газ придется провести на 200 ГВт. То есть несмотря на идеальный расклад и доли ВИ? в 80% почти всю энергосистему придется поддерживать за счет традиционной генерации.
По поводу отсутствия накопления: на данный момент это просто очень дорого (в модели заложена цена $250 за кВтч).
Во-вторых, «ветер» плохо справляется с хранением: периоды сильного и слабого ветра длятся сутками, и соответственно объем аккумуляторов нужен на несколько дней потребления (10 000-20 000 ГВтч).
Такой объем будет использоваться редко и мало, а значит, окупить его будет сложно.
Для сравнения, текущая мировая производственная мощность составляет около 100 ГВтч в год. «Солнце», которое будет заряжать и разряжать аккумуляторы каждый день, гораздо лучше справляется с накоплением, но из-за низкой зимней инсоляции их придется устанавливать слишком много, а летом энергия будет теряться, увеличивая стоимость.
Запуск модели в разных частях VI? показывают, что варианты с основой «ветер» более оптимальны.
Ниже представлена таблица для трех долей VI?, где варианты с разной кратностью «ветер», «солнечная энергия» и аккумулирование отсортированы по стоимости электроэнергии (LCOE): 
Конечно, эта модель многого не учитывает и вряд ли вся Европа будет окутана интерконнекторами на десятки ГВт - меня интересовали концепции на фундаментальном уровне и общая ситуация.
Поиграть с моделью можно в Telegram оба (Celado_bot) из последний статьи, в чате с которыми можно лично смоделировать поведение энергосистемы, задав интересующие параметры «солнечной», «ветровой» и аккумуляционной.
Так кто же будет экономить возобновляемую энергию?) При очень сильном желании реально построить энергосистему полностью на возобновляемой энергии?, потратив несколько триллионов долларов (в нынешних ценах) на «спасение» концепции и, как следствие, , имеют заоблачные цены на электроэнергию.
Если доли меньше 100%, то сохранить ВИ? Может быть полное резервирование производства газа.
Учитывая, что это будет стоить относительно недорого, такой вариант не выглядит фантастическим! Теги: #Энергия и аккумуляторы #моделирование #электричество #возобновляемые источники энергии
-
Можно Ли Заработать На Парковке Доменов?
19 Oct, 24 -
Mail.ru Обманул Тысячи Пользователей
19 Oct, 24 -
3-Я Встреча Петербургской Группы Alt.net
19 Oct, 24
