Реальная стоимость энергии ветра и солнца.
Я регулярно слышу, что ветер и солнце стали, наконец, дешевле ископаемого топлива... и каждый раз, когда я это слышу, мой детектор бреда звенит как сумасшедший.
Отчасти потому, что рынок очень эффективно заменяет одни источники энергии на другие в зависимости от их стоимости. Вот, например, история с керосином, выделение мое:
Когда в 1857-м году на рынке появилась керосиновая лампа чистого горения, изобретенная Майклом Дицем, это сразу же повлияло на китобойный промысел. Керосин, известный в те времена как «угольное масло», прост в производстве, дешев, пахнет при сжигании лучше, чем топливо животного происхождения, и не портится при хранении, как китовый жир. Люди почти сразу забросили масляные лампы. К 1860-му году в США работало не менее 30 керосиновых заводов, и китовый жир в конечном итоге был вытеснен с рынка. Когда в 1895-м году стоимость спермацетового масла из-за отсутствия спроса упала до 40 центов за галлон, керосин, который пользовался очень большим спросом, продавался менее чем по 7 центов за галлон.
У меня возник вопрос: если энергия ветра и солнца настолько дешева, почему так невысоки темпы замены энергии от традиционных источников? (Примечание: за 10 лет доля ископаемого топлива в мировом энергетическом балансе практически не изменилась, было 80.3%, стало 80.2%)
Поэтому я решил разобраться в этой теме. Основной показатель, используемый для оценки того, насколько дорогим может быть источник энергии, называется «LCOE», приведенная стоимость энергии. Он учитывает все затраты на новые электростанции - капитальные затраты, накладные расходы и затраты на техническое обслуживание, затраты на топливо, затраты на финансирование, весь спектр затрат на этот источник энергии. Ну... кроме одной важной составляющей расходов, но мы вернемся к этому позже.
Вот последняя информация о LCOE для различных источников энергии из отчета Агенства энергетической информации США (EIA) за 2021-й год, озаглавленного «Нормированные затраты на ресурсы нового поколения».
Рис. 1. Нормированные затраты на электроэнергию согласно EIA, 2021 г.
И да, здесь ясно говорится о том, что энергия наземных ветряных турбин и солнечных установок без резервных аккумуляторов дешевле, чем у любого другого источника энергии.
Я посмотрел на это, и мой детектор бреда начал мигать красным, а стрелка зашкалила... Почему?
Из-за цифр в первом столбце - «коэффициент использования установленной мощности» (КИУМ). Коэффициент использования для системы производства электроэнергии - это то, какой процент от «паспортной» выработки она фактически производит. Например, если в паспорте ветряной турбины указано, что она может генерировать 16 гигаватт-часов в год, если будет работать 24/7/365, а из-за прерывистого характера ветра она фактически генерирует только четверть от этого, то ее КИУМ составит 25%.
Я посмотрел на заявленные КИУМ для ветровых и солнечных установок, которые, по мнению специалистов EIA, составляют свыше 40% и 30% соответственно, и подумал: «Не может быть. Это невозможно.»
Частично ошибка в КИУМ солнечных установок объясняется в сноске 4, а именно:
Предполагается, что используется фотоэлектрическая (PV) технология с одноосным слежением. Гибридная солнечная система представляет собой фотоэлектрическую систему с одноосным слежением в сочетании с аккумуляторной системой хранения на 4 часа.
Почему это проблема? Ну, потому что системы слежения должны двигать каждую солнечную панель с постоянной скоростью в течение дня, чтобы панели всегда были обращены к солнцу. Затем, в конце дня, они возвращают панели в исходное положение. В отличие от статических систем, они требуют сложной комбинации двигателей, датчиков, подшипников, рычагов и т.п. для поворота панелей.
А поскольку такие механические системы «с одноосным слежением» дороги в установке, дороги в эксплуатации, дороги в обслуживании и подвержены повреждениям из-за погодных условий, крупные солнечные электростанции очень редко их используют. Почти без исключения они представляют собой системы с фиксированным направлением панелей, которые надежно закреплены на (теоретически) ветроустойчивой раме, как на солнечной электростанции Topaz, см. ниже.
Рис. 2. Фиксированное крепление солнечных панелей, солнечная электростанция Topaz, одна из крупнейших в мире.
Если вы представите двигатели, шестерни, рычаги и другие механизмы, которые необходимы для одноосной системы слежения, чтобы иметь возможность вращать каждую из этих девяти миллионов (!) солнечных панелей, вы поймете, почему фиксированные солнечные панели являются нормой для больших установок.
В любом случае, подумал я, надо найти реальные данные по КИУМ. В удивительном источнике «Наш мир в данных» есть вся необходимая информация. Вот текущие средние значения для всех реальных ветряных и солнечных установок в мире за последний год, по которому у нас есть данные, 2019-й.
Рис. 3. Фактическая и теоретическая (паспортная) генерация по данным за 2019-й год.
Как видите, EIA находится далеко в мире фантазий относительно КИУМ для ветровых и солнечных установок. В обоих случаях они указывают гораздо более высокие КИУМ, чем мы имеем здесь, в реальности.
Согласно рис. 1, они заявляют приведенные ниже нормированные затраты в центах США за киловатт-час:
Газовые установки комбинированного цикла - 3.45 цента за КВт-ч;
Солнечные установки - 2.90 цента за КВт-ч;
Наземные ветроустановки - 3.15 цента за КВт-ч.
Это и есть основание для утверждений, что возобновляемые источники энергии сейчас являются самыми дешевыми источниками электроэнергии. Однако, учитывая фактические КИУМ, в действительности эти затраты составляют:
Газовые установки комбинированного цикла - 3.45 цента за КВт-ч;
Солнечные установки - 6.21 цента за КВт-ч;
Наземные ветроустановки - 4.97 цента за КВт-ч.
«Самые дешевые источники»? Как бы не так.
Что касается морских ветроустановок, то данные по ним тоже далеки от реальности. Они заявляют 11.5 цента за КВт-ч, но новая ветроэлектростанция на Блок-Айленде берет с компании коммунальных услуг, не с конечных потребителей, 24.4 цента за КВт-ч...
И, наконец, есть огромная очевидная проблема... резервирование. Это те недостающие затраты, о которых я упоминал выше.
Если вы добавляете гигаватт ненадежной возобновляемой энергии ветра или солнца в систему, вам также необходимо добавить дополнительный гигаватт от какого-либо надежного управляемого источника, где «управляемость» означает, что вы можете увеличивать или уменьшать подачу энергии по своему желанию для замены возобновляемых источников, когда нет ни ветра, ни солнца. В приведенном выше документе EIA по нормированной стоимости упоминается необходимость резервирования... но он даже не касается его стоимости. Все, что он говорит, это:
Поскольку нагрузка должна быть постоянно сбалансирована, генерирующие блоки с возможностью изменения выходной мощности в соответствии с потребностями (управляемые технологии) обычно имеют большую ценность для системы, чем менее гибкие блоки (неуправляемые технологии), которые используют для работы прерывистые ресурсы. Значения LCOE для управляемых и неуправляемых технологий указаны отдельно в следующих таблицах, поскольку их сравнение необходимо проводить осторожно.
Они говорят, что управляемые технологии имеют «большую ценность для системы»... но они не упоминают, что «большая ценность» переводится как более высокие реальные затраты в случае неуправляемых технологий возобновляемой энергии.
Насколько более высокие? Ну... они не говорят. Но можете быть уверены, что бесплатно это не будет. Как минимум, это будут капитальные затраты на управляемые резервные мощности плюс некоторые другие постоянные и переменные ресходы... и это означает, что из-за стоимости необходимого резервирования маловероятно, что энергии солнца и ветра когда-либо будут конкурентоспособны.
Коротко: ни ветровая, ни солнечная энергии не готовы к роли основных источников энергии, и из-за потребности в резервировании они могут быть не готовы никогда.
Мой перевод из The Real Cost of Wind and Solar.
Еще одна причина не верить в дешевизну возобновляемых источников энергии - то, что их внедрение повсюду связано с различными схемами субсидирования. Например - Выгодное дельце. Нахрен субсидии, если это выгодно?!
Еще по теме:
"Зеленое чудо" Германии, 20 лет спустя
Немцы доигрались с "зеленой энергией"