Долгосрочные перспективы ресурсного обеспечения технически развитой цивилизации

[AlexAV]

Более высоких КИУМ на основе опыта repowering, когда ветряки на имеющихся ветровых станциях заменяются на более крупные - у них опоры выше, ветер на большей высоте более стабильный, КИУМ повышается.

Объяснение никуда не годится. Средний КУИМ за 1990 - 1994 получается 16,27%. За 2010 - 2016 - 18,206%. Рост совершенно незначителен и вероятно связан с ростом доли морских ветрогенераторов. При этом мощность и высота установок за 20 лет сильно выросло. Как видно это не очень помогло. Явно не тот фактор, за счёт которого можно увеличить результат в 2 раза. Скорее просто где-то в модели неадекватные приближения, о которых не указано.

[AlexAV]

На счет "считать правильно" думаю определились, так как я про стоимость на рынке а вы про  капитальные затраты на СЭС за 1 Вт.

Правильно - это значит за систему способную давать энергию в целом, а не за её одну деталь. Более того - правильно, значит за фактически отдаваемую мощность, а не за некую виртуальную цифру. Для СЭС правильная величина, та которая собственно и будет определять стоимость энергии, и которую имеет хоть какой-то смысл сравнивать с теми же АЭС - это отношение стоимости СЭС в целом к КИУМ. Стоимость панели в вакууме - хороша только для картинок в рекламных агитках и не отражает адекватно стоимости энергии.

Министерстве энергетики США на 2015 год , капитальные расходы АЭС составляют $5530 на кВт мощности .. или 5530/ 1000 = 5,5 за 1 Вт. Есть разница 1,5Вт СЭС и 5,5 АЭС.

Ну товарищи просто квалификацию скорее всего потеряли. Лучше смотреть стоимость у тех, кто их ещё умеет строить. Росатом или китайцы скажем.

А про КИУМ и 0,15 и прочее.. тут  по анекдоту выходит.

Там где КИУМ выше 0.15 обычно кроме скорпионов и тушканчиков никто не живёт. Упомянутая китайская СЭС (с КИУМ = 0.13) находится в Южном Китае практически на линии тропика. Если Вы считаете это крайним севером...

Ведь ясно сказано сотни раз - цель это заменить до 30% энергии

30% - почему бы и нет (естественно только от электроэнергетики, заменять при такой стоимости энергии промышленное тепло - абсурдно). При условии конечно, что много лишних денег и рост цен на электроэнергетику не пугает. Флуктуации в генерации на систему сказывается крайне неблагоприятно, и бороться с этими эффектами дорого. Истинная цена энергии (а её корректно считать в розетке конечного потребителя и никак иначе) ухудшается. Есть чудесный пример Дании очень этим делом увлёкшейся (при этом она использует европейскую сеть как аккумулятор бесконечной ёмкости, так что даже эта цифра будет сильно заниженной, если рассматривать замкнутую систему). Посмотрите цены на электроэнергию там и сравните с российскими или китайскими.

Вот только что это решает?

Вообще что есть КИУМ ? Это коэффициент использования установленной мощности - равна отношению среднеарифметической мощности к установленной мощности. Но где же здесь  учет капитальных затрат на строительство? А где учет эксплуатационных расходов.

Капитальные затраты нормированные на КИУМ - определяют нижнюю планку себестоимости энергии. Для СЭС (если смотреть не на картинки презентаций, а на стоимость реальных проектов) уже сама по себе весьма высока. Сюда нужно добавлять, если считать по честному, и эксплуатационные расходы, и стоимость доставки до потребителя, все системы борьбы с колебаниями генерации в сети и т.д.

Вообще самыми объективными данными была бы стоимость энергии для конечного потребителя (ну т.е. то что значится в официальном тарифе) для замкнутой сети, где большую часть энергии генерируется от солнца. Это была самая объективная оценка истинной её стоимости. Всё остальное - более или менее объективные оценки. В большинстве случаев дающие заниженную себестоимость (т.к. в расчёте всегда принимается во внимание конечное количество факторов, всегда есть то, что не учтено, но может внести вклад в издержки).

Вообще здесь надо посмотреть островные энергосистемы. Там применение ВИЭ наиболее оправданно (т.к. альтернатива - дорогой дизель) и сейчас во многих местах их доля достаточно велика, чтобы их использовать для оценки стоимости именно ВИЭ. Плюс эти системы по естественным причинам замкнуты, что даёт таким оценкам большую объективность.

Как можно сравнивать например СЭС и АЭС или ТЭС если взять срок службы там и там в 25 лет? Кто то может сказать сколько будет стоить единица топлива для ТЭС через 10 лет? Но для СЭС оно бесплатно. СЭС = капитальные расходы + эксплуатационные. Это величины постоянные. Для ТЭС = капитальные расходы + эксплуатационные + стоимость топлива (что есть величина переменная).

Естественно. Но тут нет больших проблем с оценкой стоимости. Почти все энергосистемы построены чисто из них. И не представляет труда выяснить реальную стоимость на всех этапах от генерации до потребителя. Для того чтобы увидеть экономику АЭС достаточно полистать финансовые отчёты Росатома.

А вот для нестабильных ВИЭ, в силу специфических особенностей, достаточно объективна будет лишь замкнутая система с их большой долей (очень много издержек там переносится с генерации на сети).  Без этих данных оценки будут спекулятивны и по большей части оценками снизу (т.е. реальная цена заведомо выше оценок).

[AlexAV]

Разъясните, а то у меня выходит:
 (кликните для показа/скрытия)

У меня там очевидная опечатка. Естественно цена 500 млн. $.

[AlexAV]

Кстати свежая работа, касающаяся возможности построения энергетики на ВИЭ, вышедшая в этом году:

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1364032117304495

Авторы проанализировали описанные в литературе сценарии построения энергосистемы 100% на ВИЭ. И приходят к выводу, что все они либо содержат заведомо не соответствующие реальности предположения, или не отвечают требованиям обеспечения стабильности работы сети. Т.е. построение энергосистемы на их базе, обеспечивающие энергоснабжение в том виде, в котором мы его представляем сегодня невозможно. 

В заключение пишут:

Our sobering results show that a 100% renewable electricity supply
would, at the very least, demand a reinvention of the entire electricity
supply-and-demand system to enable renewable supplies to approach
the reliability of current systems. This would move humanity away
from known, understood and operationally successful systems into
uncertain futures with many dependencies for success and unanswered
challenges in basic feasibility.

C чем можно полностью согласиться. Возможна так жить и возможно - но это уже будет другая цивилизация. Мир в котором электричество есть не когда оно нужно, а когда всевышний пошлёт.

[AlexAV]

При КИУМ СЭС в 13% и КИУМ ветра в 18% думаете это возможно? Ну если только гидро приплюсовать и био. Опять же остальная энергетика должна работать в качестве маневренных мощностей, а значит об АЭС нужно забыть.

Ну если не смотреть на цифры в платёжке, то имея 70% тепловой генерации балансировать получающуюся пилу технически возможно, ценой конечно сильного повышения износа оборудования ТЭС. АЭС с такой системой действительно плохо совместимы. Правда это всё скорее похоже на какую-то форму мазохизма. Полезную роль может иметь разве что небольшое количество СЭС с номинальной установленной мощностью на уровне превышения дневного пика над ночным минимумом. Для России это 20 ГВт. А дальше от такой генерации будет больше проблем, чем пользы.

АЭС в этом плане вещь куда более осмысленная. Процентов 70% (на уровне базовой нагрузки) генерации на них проблемой для сети не является. Далее конечно тоже будут сложности. Но всё же если выбирать чем заменять углеводороды, то лучше на 70% АЭС и без проблем, чем на 30% с огромным отрицательным влиянием на сеть.

[AlexAV]

Вот таких полтысячи по Беларуси натыкать - и никакая АЭС не нужна.    Это в разы дешевле, кроме того, привлекаются деньги частных инвесторов. А то, что сейчас делают, строя АЭС за безумные деньги, причем в кредит, только глубже загонит страну в долговую яму.

У него же в условиях "ветряной" Белоруссии КИУМ хорошо если хотя бы 10% будет (номинал обычно указывается для ветра 10 или 12 м/с, а теперь посмотрите на среднюю скорость ветра , и, да, отдаваема ветрогенератором мощность - пропорциональна кубу его скорости). Т.е. настоящая среднегодовая генерация у него хорошо если 2900 МВтч/год достигнет (вообще если мы говорим о ВИЭ, то установленная мощность - почти бессмысленная цифра, всегда надо указывать не её? а реальную годовую генерацию). С учётом КУИМ для генерации того же количества электроэнергии, что и один блок ВВЭР-1200 (с КИУМ 80%) потребуется около 2900 таких ветрогенераторов. И по деньгам это сильно дороже АЭС (особенно учитывая существенно меньший срок службы ветрогенератора по сравнению с реактором).

Но даже в этом случае ни о какой полноценной замене речи не идёт. Здесь сразу становится существенным второй момент - качество генерируемой электроэнергии. И вот с этим качеством у ветрогенераторов с графиком генерации в виде невменяемой пилы с часто многодневными провалами, когда ветрогенератор вообще ничего не отдаёт - как-то не очень. По большей части из-за нестабильности без адекватной аккумуляции ветрогенератор в энергосистеме - элемент сугубо вредный, сильно увеличивающий издержки сетей и нормальных источников энергии. А создать эту адекватную аккумуляцию на современном техническом уровне невозможно. АЭС в отличие от ВЭС - хотя бы даёт стабильную, предсказуемую и управляемую мощность, отдаваемую в сеть.

Ветрогенератор как основа электроэнергетики (особенно в условиях лесистых равнин, как в Белоруссии) - лишь способ экономического самоубийства.

[AlexAV]

Цифры дают более четкое понимание. КИУМ ветряка 16%

16% - это северная Германия, где хоть ветер более-менее есть, а здесь предлагают для Белоруссии  со среднегодовой скоростью ветра 1,2 - 3 м/с (http://energywind.ru/recomendacii/skorost-vetra-belarus/Minskaya-oblast). На планете для ветрогенерации наверное нет места хуже лесной зоны русской равнины.

[AlexAV]

А каким образом в Америке КИУМ ветряков с годами только растёт?

Значит стали ставить чаще не где попало, а в местах, где хоть ветер есть. КУИМ очень зависит от локальных погодных условий (зависимость по кубу скорости ветра всё же). В Германии, где их видимо как ставили где попало, так и ставят, КИУМ наземных установок с 1990 года почти не изменился.

[AlexAV]

Очень неплохая статья о проблемах возобновляемой энергетики:

http://www.lowtechmagazine.com/2017/09/how-to-run-modern-society-on-solar-and-wind-powe.html

[AlexAV]

При фразе - ВИЭ у товарисчей в голове возникает ассоциативные картинки - СЭС и ветряк.

Обычно наоборот. Как раз адепты СЭС с ветряками склонны сводить все ВИЭ к ним. Особенно часто по неясной причине склонны исключать из списка ГЭС (что конечно совершенно неверно).

А вообще конечно ВИЭ - сборная солянка из совершенно различных видов генерации, с разным потенциалом, себестоимостью, статистическими характеристиками генерации и т.д. Более того, даже сам термин возобновляемости энергии до определённой степени размыт. Скажем нужно ли считать АЭС тоже ВИЭ? Казалось бы нет, т.к. при её работе расходуется уран. А если уран для неё извлекается из морской воды, количество которого возобновляется континентальным стоком (для бридеров работающих в замкнутом цикле здесь баланс по энергии должен сойтись)? И например торф? Он имеет как достаточные геологические запасы, так и заметную скорость возобновления. В зависимости от требуемых объёмов добычи его можно использовать и в режиме истощения (как не возобновляемый ресурс) и в режиме возобновления запасов. Или скажем морские ВЭС, критически зависимые от наличия коррозиестойких сплавов, которые без хрома и никеля не получаются. А хром и никель - ресурсы не возобновляемые и никаких возобновляемых/условно неограниченных источников у них нет. Нужно ли такую энергию считать возобновляемой?  Или например биотопливо, которое в рамках современных методов ведения сельского хозяйства завязано на не возобновляемых ресурсах фосфоритов и калийных солей?

Лучше такими искусственными категориями не пользоваться вообще и рассматривать каждый вид генерации по отдельности. Все же очевидно, что проблемы и лимитирующие факторы для ГЭС, ГеоТЭС и СЭС абсолютно разные, имеют разные физические причины и решаться должны по разному. Зачем их объединять в одну категорию? Даже объединённое рассмотрение СЭС и ВЭС не правильно. Общие проблемы с нестабильностью у них есть, но статистических характер этой нестабильности сильно отличается, равно как и пути решения этих проблем, обусловленные физическими принципами генерации.

Опять же вопрос возобновляем ости для каждого вида должен исследоваться отдельно. При этом нужно учитывать потребление не только ископаемого топлива, но и всех невозобновляемых ресурсов в полном цикле производства и использования (редких металлов, фосфоритов и т.д.). Если источник берёт энергию скажем от ветра - это ещё не значит, что для его функционирования не нужны не возобновляемые ресурсы.

[AlexAV]

Даже про CSP (concentrated solar power, ну т.е. зеркалами нагревать теплоноситель) не упомянули.

У CSP свой комплекс проблем. Они абсолютно не способны использовать рассеянный свет, поэтому предельно чувствительны к облачности. Такие системы могут успешно работать только в очень специфическом климате.

Как видим на примере Китая у них УЖЕ ЕСТЬ целая само балансирующая система на ВИЭ, где компенсатор это ГЭС.

Сколько-нибудь заметное количество ВЭС и СЭС такой компенсатор балансировать не сможет. Там уж совсем астрономический объём аккумуляции нужен. В паре с АЭС вероятно и хватит.

[AlexAV]

Они очень хорошо занимаю нишу базовой мощности, на уровне 30-40% генерации.

По годовой выработки энергии - больше. Минимальная потребляемая мощность в ОЭС России скажем не опускается ниже 90 ГВт, эта же цифра где-то определяет объём мощности, которая может работать в базовом режиме. В год это 790 ТВтч, при потребление электроэнергии 1054 ТВтч, т.е. приблизительно 75%.

СЭС например сейчас хорошо вписываются в дневной пик потребления электроэнергии...

Да, но в пределах дневного пика. Для ОЭС России где-то 25 ГВт номинальной мощности. В год это даст где-то 40 ТВтч или 4% общего потребления. Если больше, то без адекватной аккумуляции они скорее будут создавать проблемы для сети, чем их решать.

[AlexAV]

Так вся фишка в том что панели очень дёшевы, а скоро будут совсем почти бесплатны - центов 10 за ватт (сейчас 23).

Панели лежащие на складе электроэнергию не производят. Её производит инженерный комплекс под названием СЭС. И во всех расчётах надо брать стоимость 1кВт СЭС, а не голой панели. И она совсем не 23 цента и уж тем более не 10 центов.

Вот скажем стоимость номинальной установленной мощности СЭС малой (10кВт - 100кВт) мощности по постоянному току в США:



Как можно видеть стоимость самых дешёвых систем около 3$/Вт и никакой тенденции к её снижению после 2014 не просматривается. Называть эту цифру "сверхдешёвой" (с учётом, что реальная среднесуточная хорошо если 1/6 от этой величины будет, и то только в месте с очень хорошим климатом) как-то странно. Если же закладывать избыточность, то стоимость вообще получится безумной.

Для более мощных систем удельная цена закономерно несколько ниже, но не радикально. То же для систем мощностью 0,5 - 5МВт:



Т.е. для дешёвых систем в США около 2$/Вт номинала.

[AlexAV]

Не знаю откуда Вы надрали этих скриншотов, но вот

Отсюда: https://energy.gov/eere/sunshot/quarterly-solar-industry-update (первый график из https://www.nrel.gov/docs/fy17osti/68425.pdf на странице 46, второй - https://www.nrel.gov/docs/fy17osti/69107.pdf, страница 37). Реальные фактические цифры от американского департамента энергии.

[AlexAV]

У меня тоже реальные фактические цифры от американского департамента энергии скриншот я выдрал из отчёта NREL, это подразделение DOE https://www.nrel.gov/docs/fy17osti/68925.pdf, страница 6.

На вашем графике - не фактическая цена, а цена каким-то образом скорректированная на инфляцию (что чётко там сказано). Отсюда и различие (видимо приводили к ценам 2010 года). А при анализе лучше пользоваться реальной фактической ценой (при использование скорректированной надо и все остальные цены корректировать по их же методике, чтобы понять смысл этих цифр, а фактическую можно сравнивать с другими фактическими ценами в номинале без всяких дополнительных корректировок).

[AlexAV]

Правда, это мощность в постоянном токе, а не в переменном, действительно существенный фактор.

На графике приведённом мной - тоже в постоянном, на что указывает индекс dc.

[AlexAV]

Зимой нет проблем - панели с трекерами, и даже при плотной облачности будет на всё хватать, избыток-то на порядок обеспечить не проблема.

А давайте посчитаем. Стоимость 1Вт номинала дешёвых СЭС большой в 2016 в США - 2$. В пасмурный декабрьский день на широте Лондона среднесуточная инсоляция на поверхность под оптимальным углом составляет около 25 Вт/м2. Т.е. чтобы получить 1кВт энергии среднесуточно нужно будет установить 40 кВт номинальной мощности солнечных панелей. При стоимости СЭС 2$/Вт это потребует инвестиций 80 000 кВтч при таком способе решения проблемы. При ставке 5% себестоимость по LCOE такой системы составит не менее 60ц/кВтч. Абсолютная неадекватность таких цен для практического применения совершенно очевидна.

Не годится.

[AlexAV]

Нет, средняя цена $1.03 и падает.

А давайте посмотрим на конкретные реализованные в 2016 и 2017 году проекты. Скажем Silver State South Solar Project. Пущена в середине 2016 года. Стоимость строительства - 744 млн. $ (http://www.businessinsider.com/us-2015-renewable-energy-investments-2016-5), номинал 250 МВт. Стоимость мощности очевидно около 3$/Вт. От заявленной Вами 1$/кВтч стоимость строительства как-то сильно отличается.

Приведите пример конкретной станции с заявленной ценой строительства.

[AlexAV]

Нынешний тариф на электричество в Лондоне - около 20 центов,

Не путайте стоимость на шине электростанции и у конечного потребителя. В стоимость у конечного потребителя входят также расходы сетей. Конечно в первую очередь важна стоимость у потребителя, но вот только она никогда не будет равна стоимости на шине электростанции. Для корректного сравнения стоимость генерации нужно увеличивать на суммку стоимости доставки этой энергии потребителю (а также всех систем обеспечивающих его стабильное и бесперебойное электроснабжение).

[AlexAV]

Цена больших ground-mounted систем в странах с permissive environment сейчас - от 1-1.5 доллара

Ну так приведите же цифры по конкретной СЭС. А то ккакю не возьмёшь, цена в заявленный диапазон по факту не укладывается.