Новое исследование, выполненное в Массачусетском технологическом институте (MIT), показало, что слишком большая доля в энергосистеме ветрогенераторов и солнечных станций приведёт к росту расходов на энергосистему в целом.
Исследование было завершено в сентябре 2019 года. Один из его авторов, Джон Райли, изложил основные полученные результаты в статьеexternal link, opens in a new tab для "Utility Dive", опубликованной 2 декабря 2019 года. Он подчеркнул также роль атомной энергетики в безуглеродной энергетике будущего.
Верхний предел для ВИЭ
Авторы исследования считают, что доля ВИЭ в энергетике США растёт и должна расти, но у этого процесса есть границы. Как только она достигнет 40%, то расходы, налагаемые возобновляемыми источниками на энергосистему в целом, станут существенными.
Превышение предела 40%, считают авторы, чревато как минимум двумя неблагоприятными последствиями. Во-первых, всё больше и больше ВЭС и СЭС придётся "сворачивать" - иными словами, отключать от сетей в наиболее продуктивные периоды времени из-за переизбытка генерируемой электроэнергии.
Второе неблагоприятное обстоятельство - необходимость иметь резервные мощности для покрытия потребностей в те периоды, когда ветряные и солнечные станции не могут работать.
"Поскольку эти дополнительные резервные мощности большую часть времени простаивают, то они добавляют затрат для системы в целом", - считают авторы.
В качестве практического примера в исследовании была проанализирована ситуация в Калифорнии. Как известно, этот американский штат находится в числе лидеров по внедрению возобновляемой энергетики.
В апреле 2019 года в Калифорнии пришлось отключить от сетей часть возобновляемых мощностей. Суммарный простой отключённых мощностей составил 190 ГВт×ч. Такой объём электроэнергии можно было бы продать за сумму порядка "десятков миллионов долларов".
27 мая 2019 года на 13:00 по местному времени в Калифорнии было отключено 4,7 ГВт возобновляемых электростанций, большинство из которых - солнечные. Авторы называют это рекордом и напоминают для сравнения, что мощность ГЭС "Hoover Dum" составляет всего 2 ГВт.
Излишки электроэнергии можно было бы сохранять, например, с помощью аккумуляторов, но это дорогое удовольствие. Литий-ионный аккумулятор ёмкостью 1 кВт×ч стоит в США сегодня порядка 300 долларов. Это дешевле, чем раньше, но всё равно слишком дорого для массового хранения товара стоимостью 12 центов.
"Возможно, что когда-нибудь появится экономический смысл в вечернем ведении домашнего хозяйства за счёт энергии от полуденного солнца. Но трудно себе представить хранение энергии от мартовских ветров для тихих ночей августа или энергии от июньского солнца для тёмных дней января", - иронизирует в своей статье Райли.
Атомная помощь
Если у ВИЭ имеются пределы, то какие средства помогут в достижении цели по резкому сокращению выбросов парниковых газов? Возможно, что таким средством окажется технология улавливания углерода в выбросах, но над ней ещё работать и работать для того, чтобы она стала достаточно недорогой для массового использования.
Как ни банально это прозвучит, но хорошим средством станет атомная энергетика - именно благодаря своей способности работать в базовом режиме несения нагрузки 24 часа в сутки семь дней в неделю.
По стоимости киловатт-часа генерация АЭС может проигрывать генерации солнечных или ветряных станций, но это, по мнению авторов исследования, совершенно неважно: "Всё равно, насколько дешёвыми будут ВИЭ, если они не смогут генерировать энергию тогда, когда в ней появляется нужда".
Слабое место возобновляемой энергетики - её низкий КИУМ. Например, солнечная ферма может выдавать свою проектную мощность только в полдень, а пик спроса возникает только через несколько часов, когда мощность СЭС падает.
Аналогично обстоит дело с ВЭС - их максимальная мощность приходится на ночные часы, когда потребители спят, а в те периоды суток, когда потребители бодрствуют, мощность ветрогенераторов значительно ниже проектных значений. Таким образом, для обеспечения потребностей в полной мере понадобится формировать "бесполезные излишки" ВИЭ-станций.
Избежать этого или, хотя бы, сократить парк излишних мощностей возможно за счёт базовой генерации атомных энергоблоков и, как уже сказано, не так принципиально, насколько она может быть дороже возобновляемой генерации.
Тем не менее, расходы на строительство АЭС желательно сократить. И опять нужно сделать банальное утверждение - сооружение атомных энергоблоков идёт гладко тогда, когда у их строителей накоплен большой практический опыт.
Создание первого в своём роде аппарата всегда происходит медленно и болезненно, человечество не зря придумало такое понятие как "кривая обучения", напоминают авторы исследования.