ГОЛОСОВАНИЕ

Как вы считаете, нужно ли развивать альтернативную генерацию (прерывистые ВИЭ) в России?




Пределы роста. Почему не будет шестого технологического уклада

Приливные электростанции. Оценка эффективности использования.   23

Энергетика

20.10.2017 08:56  8.6 (9)  

Станислав Безгин

4334

Приливные электростанции. Оценка эффективности использования.

После публикации серии статей британских авторов об уэлских проектах приливных электростанций ("Energy Matters: Приливные электростанции (ч. 1). Прогулки вокруг бухты Суонси.", "Energy Matters: Приливная станция бухты Кардифа - может ли обеспечить энергией 1,3 миллиона домов Уэльса ?"), как обычно, мнения разделились. Меня пытались убедить в том, что приливные станции, это гидроэлектростанции второго сорта ;) , ну или третьего сорта, но всё-таки не брак. Что их польза для экономии топлива, а именно газа может быть весьма значительной, и что в некоторых случаях их использование оправданно. 

Постараюсь в этой заметки обосновать свою позицию и доказать, что строительство приливных электростанций почти всегда преступно и неэффективно.

Прежде всего хочу перевести некоторые абзацы, из последней третьей статьи британских авторов (Swansea Bay Tidal Lagoon and Baseload Tidal Generation in the UK ). Полностью переводить статью смысла нет, так как в основном автор в очередной раз доказывает, лживость утверждения, что в Британии возможна постройка двух станций, взаимодополняющих друг друга по суточному циклу.

На прошлой неделе Чарльз Хендри, бывший секретарь по энергетике, опубликовал свой долгожданный отчет, оправдывающий проект приливной электростанции в заливе Суонси-Бэй. Доклад Хендри является всеобъемлющим, но имеет одно ключевое упущение. Он не спрашивает, действительно ли могут приливные станции с искусственной лагуной обеспечить возобновляемой энергией базовую нагрузку сети в Великобритании. Мне очень хотелось показать, что это возможно, но я потерпел неудачу в этой попытке. Факты меня победили.

Время приливов разное для разных бухт побережья Британии. Поэтому в зеленой идеологии предполагается, что объединение генерации с нескольких станций может обеспечить бесперебойную поставку базовой нагрузки. Действительно, основная компания, развивающая эту технологию в Великобритании, Tidal Lagoon PLC, делала подобные заявление.

Я построил модель генерации на основе 7 лагун, расположенных вдоль побережья Англии в районах с самыми высокими приливами. Модель показывает, что идеология не работает на практике. Фактически британские приливные лагуны будут производить более прерывистую электроэнергию, чем любая другая форма возобновляемой генерации, обеспечивая четыре всплеска, разделенных четырьмя периодами нулевого производства каждый день. Часто утверждается, что предсказуемость приливов является положительным фактором. На самом деле это означает, что мы с уверенностью можем предсказать, что этот источник энергии станет катастрофой для общества, а также для окружающей среды.

 

Приливная лагуна Суонси-Бей

 

В своем майском 2015 году пост A Trip Round Swansea Bay Roger уже дал отличное описание проекта залива Суонси и о том, как работают приливные станции с лагуной. После завершения моей модели я был удивлен и рад видеть, что Роджер сделал те же самые выводы, что и я. Но небольшое повторение не наносит вреда, и я дам немного другую информацию.

Начнем с некоторых важных статистических данных:

Установленная мощность 320 МВт;

Ежегодная генерация 530 ГВтч в год;

Средний коэффициент загрузки (КИУМ) 18,9%;

Стоимость 1,3 миллиарда фунтов стерлингов;

До сих пор потрачено 35 миллионов фунтов стерлингов;

100 000 тонн стали;

5 миллионов тонн породы;

11,5 км ^ 2 морская дамба;

230 000 тонн выбросов углерода, сэкономленных в год;

Продолжительность эксплуатации 120 лет.

 

Так что же мне не нравится? Ну, для начала средняя мощность составляет около 60 МВт, и как мы увидим, максимальная мощность 320 МВт будет достигаться только на короткое время каждый месяц. В течение долгого времени выход равен нулю. 1,3 млрд. Фунтов стерлингов представляют огромную сумму для оплаты электростанции мощностью 60 МВт, которая, как гарантируется, может нанести экологический ущерб, как в бухте Суонси, так и в горах, где добывается камень. Подробнее о сравнении затрат позже.

 

Как работают приливные лагуны

 

Роджер дал отличное описание и указала на все ключевые моменты, хотя некоторые из них трудно понять. Приливы приходят и уходят два раза в день, а юго-западная Англия – имеет бухты с одними из самых сильных приливов в мире.

 

Рисунок 1 Карта диапазона силы приливов вокруг побережья Великобритании, взятая из обзора Хендри. Желтые и оранжевые области с самой высокой силой прилива, и поскольку концепция приливной лагуны экономически сомнительна даже в районах с сильными приливами, мы можем безопасно отказаться от использования мест большей части береговой линии с низким уровнем приливов.

 

Рисунок 2. Схема 12-часового цикла генерации приливных станций на веб-сайте Tidal Lagoon Power.

На каждом цикле возникает две возможности для генерации. Начинается пустой лагуны и идущего прилива, шлюзы при этом закрыты (верхний рисунок). Стена лагуны сдерживает воду. Примерно за 3 часа до максимума прилива шлюзы открываются и через генераторные установки в лагуну начинает поступать вода. Генерация продолжается в течение примерно 3 часов до достижения верхнего уровня прилива (средний рисунок). Затем шлюзы закрываются, а стена лагуны удерживает накопленную воду. Примерно за три часа до минимального уровня отлива шлюзы снова открываются примерно на три часа (нижняя панель). Следовательно, на каждом цикле есть два периода генерации и, соответственно, в сутки таких периодов четыре.

 

 Станция Mumbles располагается неподалеку от залива Суонси. Четыре приливных цикла показаны в течение 1 и 2 января 2014 года. Возможности генерации существуют за 3 часа до максимума прилива и за 3 часа до минимума отлива, как показано красным. Tidal Power plc говорят, что они могут генерировать в течение 3,5 часов. Дополнительные полчаса, если они существует, будут давать не более чем крошку энергии в то время, когда уровни воды уравновешиваются.

 

Рисунок 3 иллюстрирует, как это выглядит на практике

Идея состоит в том, что, если у нас есть вторая станция, смещенная на три часа, мы можем достичь почти непрерывной генерации. Для приливной генерации три часа - это магическое число. Если станции смещены на шесть часов, то возможность генерации при отливе на одном участке будет накладываться на прилив другой станции, усиливая, а не сглаживая прерывистость.

Семь приливных станций

 

Рисунок 4. Карта от Tidal Power plc, 7 потенциальных приливных станций приливов, выбранных для анализа в этой статье.

 

Рисунок 6 Данные о приливах для 7 станций, 1-15 января 2014 года.

 

 

Рисунок 7 На этой диаграмме показана сумма генерации станций, показанных на рисунке 6.

Суммирование набора из 7 станций создает это изображение (рисунок 7). То, что я надеялся сделать, это добавить или вычесть станции (лагуны), изменить размер и вес, чтобы создать плоскую линию (это то, что я думал, было необходимо для генерации базовой загрузки, хотя я уже неуверен в этом). Суммирование станций значительно уменьшает дисперсию, но я ничего не могу сделать, чтобы улучшить общую картину, связанную с тем фактом, что у нас есть две группы станций, которые почти полностью отстают друг от друга на шести часов. 3 часа - волшебное число, 6 часов - дорога к гибели.

 

Сравнение затрат с Hinkley C

 

Hinkley C известен тем, что является дорогостоящим и, возможно, очень неудачным ядерным энергетическим решением для Великобритании. Как стоимость Суонси-Бей сроит против стоимости Хинкли? Нам нужно начать с предпосылки, что залив Суонси не является электростанцией с мощностью 320 МВт, это электрическая станция мощностью 60 МВт, если учесть коэффициент использования мощности.

 

Hinkley Point C имеет установленную мощность 3200 МВт, и это также необходимо снизить до 85% КИУМ, оставив 2720 МВт. Прогнозируемая стоимость Hinkley C составляет 18 миллиардов фунтов стерлингов, что приводит к стоимости 6,6 миллиона фунтов стерлингов на установленную пониженную (фактическую) мощность.

Суонси-Бей имеет прогнозируемую стоимость в 1,3 млрд. Фунтов стерлингов, что приводит к стоимости 21,7 млн. Фунтов стерлингов на фактическую мощность, в 3,3 раза больше стоимости Hinkley C. Но на самом деле все еще хуже, так как Хинкли будет производить стабильную генерацию мощностью 3200 МВт большую часть времени и может большую часть времени поддерживать напряжение в энергосети без посторонней помощи.Суонси-бей, как и большинство возобновляемых источников энергии, будет зависеть от сети для предоставления услуг балансировки для того, чтобы функционировать. Стоимость этих услуг огромна и может легко удвоить реальную стоимость приливной энергии.

Проект залив Суонси сам по себе является маленьким и не будет создавать слишком большую проблему для энергосети. Но Tidal Lagoon plc имеет большие амбиции и хочет построить в общей сложности 5490 МВт мощности приливных станций (лагун). Чтобы это произошло, мы также должны быть готовы построить и содержать 5490 МВт мощности газовых электростанций, которые должны будут включаться и выключаться 4 раза в день (я неуверен, что это физически возможно) и обеспечивать энергией периоды провалов в генерации Суонси-бей в течение 100-летней жизни станции Суонси. Также хорошо известно, что запуск газовых станций в этом режиме серьезно снижает их эффективность, с увеличением их выбросов CO2. Ну и кроме того, кто-нибудь знает, где Великобритания будет брать газ через 100 лет?

 

(более подробную информацию о приливных станциях и британских проектах приливных станций можно посмотреть в статьях на которые даны ссылки в первом абзаце)

Далее я хотел обсудить варианты использования  приливных станций и их влияние на энергосистему.

Хочу сразу уточнить, что везде использую термин «приливная электростанция» вместо термина «прерывистая приливная электростанция». Это можно оправдать тем, что действующие и проектируемые сегодня приливные станции, скажем так, реальные приливные электростанции, все имеют прерывистый режим работы. Это объясняется тем, что такие станции намного дешевле, а при абсолютной незначительности приливных станций в общем энергобалансе, проще игнорировать вред, который они причиняют системе, увеличивая потребность в балансировке, чем заморачиваться сложными и дорогими проектами.

Я верю в теоретическую возможность создания приливных станций способных давать «ровную» энергию 24 часа в сутки весь месяц. Но фактически такие станции существуют только в виде дипломных работ и разработок кухонных изобретателей, в том числе заслуженных изобретателей машинок с неонкой. Поэтому в данной статье я обсуждаю только возможности и проблемы, связанные с реальной приливной энергетикой. И предлагаю, всем сторонникам виртуальной приливной энергетики, обсуждать виртуальные преимущества фантастических проектов в отдельных заметках. С обязательным уточнением, что проекты именно виртуальные.

Всегда при этом стоить помнить:

«Видишь сынок, виртуально мы с тобой долларовые миллионеры, а фактически имеем только двух валютных проституток и старого деда педераста

Давайте посмотрим какие могут быть варианты использования крупных приливных электростанций. (Я не собираюсь рассматривать мелкие станции с генерации до сотни мегаватт. Вред и польза от таких станций незначительна и просто может игнорироваться.)

Прежде всего изучим варианты использования таких станций без включения в общую энергосеть.

Функционирование независимой от энергосети станции.

Вариант 1.

Выработка водорода, для последующего его использования.

В этом варианте, вся «бесплатная» энергия станции направляется на выработку жидкого водорода, который впоследствии перевозится танкерами к месту потребления. Такая схема прорабатывается для проектируемой Пенжинской приливной станции.

Какие минусы у такой схемы?

  • Большие затраты на саму станцию. Станция должна быть очень мощная, чтобы был смысл начинать такой проект. (Для Пенжинской ПЭС инвестиции, только в саму станцию, оцениваются в сотни миллиардов долларов, мегапопил);
  • Чтобы не терять энергию на сизигийных пиках, мощность водородного завода придется устанавливать по максимальной мощности выработки станции. В результате коэффициент загрузки мощности завода, будет равен КИУМ станции, то есть на уровне 20%. Это, конечно же, будет не эффективно;
  • Большие затраты, по строительству дорогостоящей портовой инфраструктуры и инфраструктуры промежуточного хранения водорода;
  • Дорогостоящая перевозка жидкого водорода;
  • Ограниченный рынок сбыта жидкого водорода;
  • Большая энергоемкость процесса электролиза.

Я склоняюсь к мысли, что в настоящее время, подобные проекты в принципе не могут быть эффективными.

Вариант 2.

Промышленное использование энергии в месте выработки.

Данный вариант также не является возможным. Большинство крупных промышленных потребителей электричество используют энергию в непрерывных процессах. Но даже если удастся подобрать производство, с возможность четыре раза в день останавливать работу, никого не устроит десятикратная внутримесячная разница в объеме энергии. Любой завод, работающий в таком режиме, будет планово убыточным или, как минимум, намного менее прибыльным чем заводы конкурентов.

Функционирование приливной станции включенной в энергосеть.

Следовательно, серьезно можно обсуждать, только варианты совместной работы приливной станции и существующей энергосистемы. То есть различные варианты «помощи» которую оказывает ПЭС в деле экономии топлива и ресурсов.

Вариант 3.

Хранение части энергии, для последующего использования.

Единственный вариант приемлемый для сети, это работа приливной станции в полностью регулируемом режиме. Такой вариант может быть достигнут при совместном строительстве и использовании приливной станции и гидроаккумулирующей станции.

Основная проблема для создания подобной эффективной пары – внутримесячные колебания (сизигийные/квадратурные приливы). Если бы у приливных станций был бы прерывистым только внутрисуточный цикл, то для полного решения прерывистости энергии, было бы достаточно аккумулирующих систем с объемом хранения примерно 1-1,2 гагаваттчас, на каждый гигаватт установленной мощности.

(комментарии :

  • Spring tide - Сизигийный прилив — наибольший прилив, когда приливообразующие силы Луны и Солнца действуют вдоль одного направления (такое положение светил называется сизигией).

  • Neap tide Квадратурный прилив — наименьший прилив, когда приливообразующие силы Луны и Солнца действуют под прямым углом друг к другу (такое положение светил называется квадратурой )

К сожалению, нельзя считать, что станция дает в сеть базовую «ровную» нагрузку, если она несколько дней в месяце работает с КИУМ около 40-50%, и несколько дней в месяце с КИУМ менее 5%.

Поэтому для полного покрытия внутрисуточных и внутримесячных колебаний генерации, нужен объем хранения примерно 50-60 Гвтч на каждый гигаватт установленной мощности станции.

Технически это возможно и не создает никаких проблем, за исключением того, что совокупные затраты на строительство станции, аккумулирующей системы и магистрали между ними, уносит в космос цену «бесплатной» энергии. Именно поэтому на западе сейчас разрабатываются только наиболее дешевые проекты, предусматривающие генерацию только прерывистой энергии и приоритетную отдачу ее в сеть. При этом вопросы балансировки должны решаться кем-то другими. А вопросы эти весьма серьезные и неприятные.

Вариант 3.

Создание пары взаимодополняющих станций.

Как обсуждалось в выше приведенной статье, зеленые активисты пытаются убедить общественность, в том, что возможна двадцати четырех часовая «ровная» генерация энергии, в том случае если подобрать и построить «правильную» пару примерно одинаковых станций.

Лживость этого утверждения для Англии, прежде всего, заключается в отсутствии в Англии двух подходящих заливов, в которых возможно строительство дополняющих друг друга станций с трехчасовой разницей в приливах.

Но даже если провести поиск по побережью Франции, Норвегии и других стран северо-западной Европы , и даже если найти такие бухты, это не позволит создать эффективно работающую пару станций, так как луна и солнце действуют на весь регион одинаково и одновременно.

То есть в лучшем случае так же как в случае электростанции с добавлением небольшой аккумулирующей системы, мы получим равномерный внутрисуточный выход энергии, но с разницей в объеме генерации до десяти раз внутри месяца.

Разумеется, это делает невозможным самостоятельное использование пары таких станций.

Паразитирование станции на существующей энергосистеме.

То есть мы опять возвращаемся к факту – приливная станция способна работать в общей энергосети, только в том случае если «на берегу» стоит газовая станция. «Back-up capacity» - подпирающая мощность, которая четырежды в сутки включается для заполнения провалов, а в период квадратурных приливов, газовая станция генерирует почти всю необходимую энергию. При этом установленная мощность газовой станции, должна равняться 95-96% установленной мощности приливной станции. И на берегу должна стоять именно газовая станция, так как атомные или угольные станции не имеют нужной гибкости, а гидростанции имеют явную сезонность.

Именно необходимость всегда строить и содержать двойную инфраструктуру (подпирающую мощность) отличает альтернативную энергетику от нормальной регулируемой энергетики.

Если мы строим новую газовую станцию на один гигаватт мощности, мы можем закрыть атомную станцию такой же мощности, если боимся потенциального загрязнения, или угольную станцию, если хотим снизить загрязнение воздуха.

Если мы вводим в строй новый завод с потреблением в один гигаватт, то нам нужно достаточно построить новую угольную фабрику мощностью один гигаватт (или чуть больше), или новую газовую станцию.

Но если мы строим новую ветроэлектростанцию, мощностью один гигаватт, то мы не можем сократить даже сотню мегаватт ранее построенных станций, а если речь идет об увеличение потребления энергии, то наряду со строительством ветроэлектростанции, мы будем вынуждены построить либо нормальную станцию такой же мощности, либо новый интерконектор в регион с сохранившейся нормальной энергетикой.

Следовательно, выгода для общества (системная выгодность) от любого проекта прерывистой альтернативной энергетики равна стоимости сэкономленного газа, который не потребовалось сжигать в период наличия/выработки «бесплатного» электричества. При этом из полученной выгоды необходимо отнять операционные расходы, связанные с работой альтернативной станции, и капитальные расходы на ее строительство.

 

Для начала давайте посмотрим какой сейчас может быть разумная структура производства энергии при сочетании угля и газа.

Например в энергосистеме мы имеем следующее потребление:

Высокий сезон – Максимум 2 000 Мвт Минимум – 1 200 Мвт;

Низкий сезон - – Максимум 1 500 Мвт Минимум – 1 000 Мвт;

Разумным будет использовать угольную генерацию с установленной мощностью 1 200 Гвт (60% от максимума) и КИУМ в пределах 70-90% и газовую генерацию с установленной мощность 1 000 Гвт (50% от установленной мощности, включая резерв 10%) и КИУМ в пределах 30-40%.

В этом случае

в высокий сезон в сутки:

угольная генерация будет вырабатывать примерно 25 Гвтч;

газовая генерация будет вырабатывать примерно 9 Гвтч.

 

Расход угля = f(25 Гвтч) , то есть какая-то функция от вырабатываемого объема энергии;

Расход газа = f (9 Гвтч);

Понятно, что такая структура энергетики может обеспечивать общество надежным, стабильным и относительно дешевым электричеством. При этом практически для всех стран мира, кроме США, уголь является более дешевым видом топлива, чем газ. С точки зрения запасов, он также предпочтительней, так запасы легко извлекаемого угля на земле составляют сотни лет, при текущем уровне потребления, а запасы газа – десятки лет.

С точки зрения экологии такая структура так же дает приемлемый результат, если используются современные станции с максимальной очисткой выбросов от пепла, золы, радиоактивности и пыли. Фактически разница только в том, что угольные станции выбрасывают в два раза больше углекислого газа чем газовые станции. Но углекислый газ не является «загрязнением» и вопрос о сокращение его выбросов для «спасения планеты» является исключительно религиозным.

Естественно, что в подобную структуру может быть добавлена атомная или гидрогенерация с соответствующим снижением доли угольной генерации.

Вариант 5.

Схема с максимальным использованием энергии приливной станции.

Если предполагается, что приливные станции помогают энергосистеме, то будет логичным и рациональным использовать максимально большой объем приливной генерации, чтобы максимизировать получаемую прибыль. Верхним пределом в этом случае будет минимальный объем потребления энергии в низкий сезон. Чтобы не терять часть энергии на сизигийных пиках, мы должны ограничить установленную мощность станции именно этим значением.

То есть мы добавляем в систему 1 000 Мвт мощности приливной генерации.

Так как целью является максимальное использование «бесплатной» энергии, то приливная генерация получает высший приоритет по доступу в сеть. Это значить что диспетчеры будут четыре раза в сутки сокращать или полностью останавливать выработку энергии другими видами генерации.

Угольная генерация в таком режиме работать неспособна, по крайней мере эффективно работать неспособна. Следовательно, придется закрыть и ликвидировать большую часть угольную генерации. С учетом сезонной разницы в потреблении, можно будет оставить порядка 15% (от максимального пика потребления) угольной генерации, которая будет работать с КИУМ 60-70%, и планово полностью останавливаться на несколько дней в низкий сезон в периоды сизигийных приливов.

Для балансировки сети и замены выбывающих угольных станций, нам придется поставить новые газовые, более гибкие мощности в размере, соответственно, 45% (от максимального пика потребления).

В результате мы получаем следующую структуру энергосети:

Угольная генерация установленной мощностью 300 Мвт, КИУМ 60%;

Газовая генерация установленной мощность 1800 Мвт, КИУМ 60% % ;

Приливная генерация установленной мощностью 1 000 Мвт, КИУМ 20%.

в высокий сезон в сутки (в среднем по месяцу)

угольная генерация будет вырабатывать примерно 4 Гвтч;

газовая генерация будет вырабатывать примерно 25 Гвтч;

приливная генерация будет вырабатывать примерно 4,8 Гвтч;

При этом расход топлива изменится следующим образом

Расход угля = f(4 Гвтч) , то есть снизилось примерно в 8 раз;

Расход газа = f (25 Гвтч), то есть увеличилось примерно в 2,8 раза

Какие будут совокупные плюсы и минусы для системы:

  • Расходы на строительство и подключение приливной электростанции мощностью 1 000 Мвт;
  • Расходы на закрытие угольных станций;
  • Расходы на строительство новых балансирующих газовых станций мощностью 800 Мвт;
  • Снижение потребления угля и резкий рост потребления газа. Учитывая, что для большинства стран мира, стоимость и ценность газа намного превышает стоимость угля, то в большинстве случаев изменение структуры потребления топлива будет резко убыточно, несмотря на то, что 10-12% энергии в системе будет «бесплатной»;

Таким образом, даже оценивая только изменение структуры потребления топлива, то есть замену дешевого угля, на дорогой газ, можно говорить о безусловной вредности и неэффективности «помощи» от приливных электростанций. А если оценивать совокупные затраты, включая необходимость строительства новых газовых станций, практически в полном объеме от установленной мощности приливных станций, то становится очевидно, что строительство приливных станций не только бесполезно, но и крайне вредно и даже преступно по отношению к энергосистеме. Даже для США, с их искаженным ценообразованием и получением прибыли от подобного изменения структуры потребления топлива, внедрение приливных станций будет убыточно, так как, по сути, потребует двойных инвестиций, один раз в приливную станцию, а второй раз в новую газовую станцию.

 

Понятно, что не существует стран, в которых половина потребления может обеспечиваться приливными станциями. В этом отношении, расчет является гипотетическим и необходим чтобы показать «очищенное», масштабированное влияние приливной энергетики на энергосистему страны. Но если энергосистема уже имеет значительную долю альтернативной энергетики, которая оказывает существенное негативное влияние на станции «базовой нагрузки», в том числе приводя к закрытию таких станций, то влияние добавления приливных станций, будет приводить именно к такому результату, в той же пропорции, но только в меньшем масштабе. То есть к необходимости дополнительного закрытия угольных станций, и необходимости дополнительного строительства газовых станций. Таким странами в мире являются сегодня Австралия, Дания, Германия, Британия, Ирландия.

 

Если предположить, что где-то в мире существует энергосистема, работающая только на газе (Я знаю только одну такую страну - Катар), то добавление в такую систему приливной электростанции не потребует строительства новых газовых станций и невыгодного изменения структуры потребления топлива. И то только в том, случае если существующие станции смогут эффективно маневрировать в заданных параметрах. То есть в этом гипотетическом случае, добавление приливной станции установленной мощностью примерно в 50% от максимального потребления, вызовет чистое снижение общего расхода газа на 10-11%.

Так же и добавление незначительного объема приливной энергетики в действующую энергосистему, вызовет незначительное увеличение нестабильности системы, которое просто будет проигнорировано. В этом случае, зеленые активисты, будут говорить об отсутствии вреда для системы (они обманывают) и можно говорить о «чистой» экономии газа.

Будет ли это окупать многомиллиардные затраты на строительство станции? Скорее всего, нет. Но так же, как и в следующем варианте все будет зависеть от стоимости приливной станции.

Вариант 6.

Схема с максимальным использованием дешевой энергии базовых станций.

Естественно, что если в систему уже есть станции, обеспечивающие базовую нагрузку, и особенно если это атомные станции, то досрочно отправлять их на пенсию, только для того, чтобы запустить приливную станцию было бы не рационально. (Хотя в борьбе за «спасение планеты» закрываются угольные и атомные станции сплошь и рядом.)

В этом случае, можно использовать схему работу с отдачей приоритета угольным и атомным станциям. Разумеется, сейчас на западе никто не отдает приоритет по доступу к сети угольным станциям перед альтернативными станциями, но теоретически такая схема возможна и в некоторых страна обсуждается.

В этом случае 50-60% пиковой потребности обеспечивается угольными (атомными) станциями. А добавление приливной станции позволяет экономить газ при балансировке пиков потребления.

То есть в систему может быть добавлена станция с установленной мощностью в размере от 0% до 40% от пикового потребления системы. Причем станция будет вырабатывать максимум только в дни сизигийных приливов.

За счет того, что каждый из четырех суточных всплесков производства приливной энергии может совпасть с пиком потребления только случайно, то если станция действительно крупная (несколько гигаватт), то часть энергии все равно будет теряться. Если посмотреть, например, наложение кривой генерации и кривой потребления, приведенные в статье ____, то видно, что один из четырех всплесков генерации будет теряться почти полностью. То есть в фактическом использовании, теряться будет порядка 10-30% от всей вырабатываемой приливной энергии, что снизит КИУМ приливных станций до 12-16%

В результате фактическая мощность приливной станции Суонси-бей составила бы не более 21-28 Мвт.

И пользу, которую в течение ста лет будет причинять обществу эта станция, будет равна расходам на газ одной маленькой газовой станции такой же мощности. Чтобы оценить размер этой пользы воспользуемся данными приведенными в американской статистике (https://www.eia.gov/electricity/annual/html/epa_08_04.html), в которой приведена стоимости газа, в 0,028-0,064 $ на один квтч газовой генерации. (раньше было дороже, сейчас дешевле). (До периода сланцевой революции, американские цены адекватно отражали общемировые цены на газ).

150 000 квт *18,6% КИУМ * 24 ч * 365 дн. * 100 лет. * 0,064$ = 1,560 млрд. долларов.

(для европейского варианта, берем максимальное значение цены газа). А с учетом, того, что когда-нибудь газ подорожает еще раз удвоим и будет 3,2 млрд. доллара причиненной за сто лет пользы.

 

И сравним с расходами, которые мы сделаем, чтобы когда-нибудь (может быть) получить эту пользу.

Стоимость строительства – 1,7 млрд долларов.

Ежегодные расходы (возьмем как минимально типичные для ГЭС 2% (они могут быть от 1% до 4%), хотя для соленной воды они наверняка будут выше) (https://www.irena.org/documentdownloads/publications/re_technologies_cost_analysis-hydropower.pdf) =

Расходы на ПЭС = расходы на ГЭС =1% от капитальных затрат в год.

= 100 лет. * (1,7*0,01) = 1,7 млрд. долларов.

Проценты, хотя бы по минимуму 3% годовых, в течение 50 лет, при равномерном погашении=

= 1,7 млрд. * 0,03 *50 /2 = 1,3 млрд. долларов.

Таким образом, для того чтобы причинить пользу от 1 до 1 ,5 млрд долларов, или даже с учетом роста цены на газ в сумме до 3 млрд долларов. (Причем польза эта равномерно размазана на сто лет). Мы должны понести расходы в сумме 1,7 млрд долларов сразу единовременно и потом еще 3 млрд долларов в течение ста лет.

Я бы сказал, что в таком варианте это однозначно невыгодно. Смесь религиозного бреда и наглого коррупционного попила.

 

В каком случае это может быть выгодно? На мой взгляд, только в том случае, если в проекте полностью отсутствует строительство станции как таковой. То есть полностью отсутствует строительство специальных гидротехнических средств и устройств. Если приливная станция, или в данном случае, правильнее сказать, просто приливные турбины, устанавливаются как побочные устройства на готовое гидротехническое сооружение, например, мост через устье реки, пролив или залив, буровую платформу, другие сооружения, напрямую не связанные с приливными станциями. В этом случае, нам потребуется сделать только разовые затраты фактически только на турбины.

Примером такого подхода, может являться корейская станции Sihwa Lake Tidal Power Station.

В конце девяностых корейцы сделали искусственное озеро с пресной водой для ирригации. Что-то там проектировщики напутали, и озеро очень быстро превратилось в грязную вонючую лужу, вода из которой была непригодна даже для орошения. В двухтысячных годах, готовую дамбу и лагуну решили использовать для устройства приливной электростанции, так как основные работы фактически уже были сделаны, то станция обошлась всего в полмиллиарда долларов.

Не могу сказать, является ли использование этой станции безусловно выгодным для Кореи или нет. На мой взгляд, это как раз зависит от того, по какому варианту (пятому или шестому) они работают. Если приоритет отдан, получению «бесплатной» энергии, то совокупные потери для энергосистемы Кореи, а именно:

  • - снижение КИУМ угольных и/или атомных станций;
  • - изменение структуры потребления топлива;
  • - необходимость строить новые мощности газовой генерации;
  • - расходы на строительство приливной станции;
  • - расходы на работу, обслуживание и ремонт приливной станции.

Вполне могут превышать выгоду от экономии газа, как топлива.

 

При этом новая планирующуюся, а точнее, замороженная, станция Incheon Tidal Power Station могла бы давать в четыре раза больше энергии, и при этом стоить уже в шесть раз больше чем Sihwa Lake Tidal Power Station. Вероятность, того, что она будет прибыльной [для системы в целом] крайне мала. Хотя это и не значить, что она будет неприбыльной для инвесторов.

 

Собственно, насколько я понимаю, в Корее сейчас работает только одна приливная станция, о которой я написал. Все остальные проекты приливных станций в Южной Корее на сегодня заморожены. Возможно причиной действительно является большой экологический вред, который они наносят природе, а возможно понимание их системной убыточности и вредности для энергетики страны. Как бы то ни было, пока сложно сказать, как активно и успешно будут развиваться приливные станции в Южной Корее.

Ну и для полноты картины давайте посмотрим на вторую крупную действующую приливную станцию. На французский проект Rance Tidal Power Station (Мощность 240 Мвт. КИУМ 24%) который работает уже пятьдесят лет.

Стоимость 620 млн. франков, насколько я понимаю сейчас это можно пересчитать примерно в 800 млн. долларов. Либо этот пересчет сильно занижен, либо тогда воровали намного меньше, и цена станции примерно в 3 раза меньше чем у станции Суонси-бей.

В середине девяностых была реализована десятилетняя программа ремонта и реновации станции с расходами, в деньгах 2017 года, примерно на сумму еще 200 млн. долларов. И, очевидно, что потребуется еще одна такая программа через 10-15 лет.

То есть общий крупные разовые расходы на станцию составят примерно 1,2 млрд долларов (в долларах 2017г).

Станция генерирует примерно 500 Гвтч энергии ежегодно в течение 51 года.

То есть экономия на газе за это время составила что-то вроде =

= 500 000 000 *51 год * 0,045$ = 1,147 млрд. долларов; (Эта сумма, скорее всего, сильно завышена, так как в период изобилия голландского, алжирского и советского газа, цена на него была относительно невысокой).

Операционные расходы на обслуживание 2,5 цента на квтч)=

= 51 год * (500 000 000*0,025) = 637 млн. долларов.

Таким образом, для общества, для энергосистемы, разница между текущей экономией [газа] и текущими затратами [на станцию] пока вряд тли превысили пятисот миллионов. То есть на сегодня станция не окупилась даже наполовину. Возможно, в будущем соотношение расходов и экономии изменится, и к своему столетию станция действительно окупится.

Для Франции, где основная энергетика атомная, добавление в систему лишней вариативности, даже в таком незначительном масштабе, явно убыточно, так как заставляет снижать (хоть и на доли процента) КИУМ атомных станций.

В комментариях, меня пытались убедить, что так как станция получает 12 евроцентов за каждый произведенный киловаттчас, то она очень прибыльная, полезная и давно окупилась.

Понятно, что тут происходит путаница понятий «личная выгода инициатора проекта», «возврат денежных средств, вложенных в проект» и «системная выгодность проекта [для общества]».

Можно вспомнить в данном случае, химический завод товарища Корейко, в котором жидкость бегала по трубочкам. (кстати, чем-то похоже ;))

Как известно, товарищ Корейко похитил выделенные кредиты, и получил «личную выгоду», но это не значит, что его «завод» являлся системно выгодным и полезным.

Если бы государство платило бы ему по 12 евроцентов за каждую бочку его «продукции», то «завод» товарища Корейко очень быстро бы «окупился» и начал бы приносить прибыль. Но это опять же не значит, что завод является выгодным для общества.

Ситуация с французской приливной станцией точно такая же, то, что были возвращены денежные средства, вложенные в проект, не имеет никакого отношения к фактической убыточности или потенциальной наноприбыльности станции для энергосистемы Франции.

 

Выводы:

В большинстве случаев, думаю не ошибусь, говоря о девяносто девяти случаях из ста, строительство и ввод в эксплуатацию новых крупных приливных электростанций будет абсолютно бессмысленным, неэффективным и системноубыточным. Особенно в тех случаях, когда при принятии решений будут руководствоваться не приоритетами снижения общесистемных расходов на энергосистему, а религиозными целями снижения выбросов углекислого газа, или коррупционными целями распила зеленых бюджетов.

При этом нужно понимать, что я говорю именно об убыточности для системы в целом. Для эффективных менеджеров, особенно при условии получения дотаций и гарантий от государства, проекты могут быть вполне прибыльными и окупаемыми.

Для добавления в систему новой крупной приливной станции, без увеличения нестабильности системы, в систему должны одновременно добавляться газовые балансирующие станции, такой же мощности.

Таким образом, в общем и в целом, прерывистые приливные электростанции не могут сравниваться и не имеют ничего общего с гидроэнергетикой. Они безусловно целиком и полностью относятся к альтернативно одаренным видам энергетики, и поэтому должны применять исключительно на Западе.

С учетом всей совокупности дополнительных расходов, возникающих в системе, стоимость сэкономленного газа не покрывает расходов на строительство, содержание приливных электростанций и балансировку их прерывистой генерации.

Исключением могут являться проекты малых электростанций, которые устанавливаются, как побочный, дополнительный бонус при строительстве новых гидротехнических сооружений (мостов, дамб, морских платформ).

 

 

Я прекрасно понимаю, какие аргументы будут у сторонников альтернативной энергетики вообще, и сторонников приливных станций в частности:

  • А давайте не будем считать для больших станций, это никому не нужно. Нас вполне устроит мааааленькое (незаметное) паразитирование на существующей сети;

Действительно, вред мелких станций теряется в общем «шуме» вариативности потребления и производства. Это, однако, не значит, что мелкие станции не являются вредными для энергосистемы. В конце концов, вред от таких станций суммируется и в итоге выражается в очень значительной доле в общей генерации.

  • А давайте как будто бы, все газовые станции уже построены, и мы как бы случайно их используем для балансировки;

Конечно, можно зажмурится и сделать вид, что проблемы балансировки не существует, что газовые станции обязаны балансировать пилу потребления, и что от существования прерывистой энергетике есть какая-либо польза, кроме несущественной экономии газа. Но лучше этого не делать.

  • А давайте посчитаем, что получится, когда газ будет стоить в сто раз больше;

А давайте не будем. Когда газ будет стоить в сто раз больше, то газовая энергетика не сможет существовать, точнее, ее энергию никто не сможет покупать, и, соответственно, приливная энергетика не сможет на ней паразитировать.

  • А давайте не будем смотреть на прерывистую приливные станции, хотя все строят только такие. Давайте лучше рассматривать в вакууме различные абстрактные фантастические проекты приливных станций с 24-часовой генерацией.

А давайте…. Только без меня и отдельно от реальной приливной прерывистой энергетики.

  • А давайте всех заставим жить прерывистыми циклами, и тогда альтернативная энергетика станет выгодной.

Прежде всего нужно понимать, что пила потребления является проблемой для существующей энергосистемы. При снижении пилы потребления появляется возможность более равномерно загружать угольные, атомные и гидростанции, что позволяет снизить общесистемные расходы на капитальные и текущие затраты в энергетике.

Таким образом, ставить знак равенства между смарт управлением потреблением и альтернативной энергетикой, совершенно неправильно.

Попытки внедрить смарт управление потреблением можно разделить на две части:

  1. Разумные попытки выровнять пилу потребления за счет смарт техники, и переменных тарифов. То есть те методы, которые не приводят к существенному ухудшению качества жизни и падению производительности общества.
    Эти методы имеют естественные ограничения и их возможностей недостаточно даже для реального выравнивания пилы потребления. Не говоря уж о возможности произвольно изменять (увеличивать) потребление подстраиваясь под альтернативную энергетику. Но эти методы полезны и должны применяться, без связи с альтернативной энергетикой, для снижения совокупных расходов общества.
  2. Неразумные попытки изменять пилу за счет ухудшения качества жизни и снижения коэффициента загрузки производственных мощностей. Такими методами действительно можно заставить потребителей получать энергию только тогда, когда она есть у альтернативных энергетиков, но совокупное падение производительности общества, превысит сомнительную потенциальную пользу от экономии ресурсов.
  • А вот когда-нибудь изобретут технологию дешевого хранения энергии, и альтернативная энергия станет выгодной.

А вот давайте подождем, до того времени, когда/если это произойдет и только после этого будем внедрять альтернативную энергетику.

  • Как же вы не понимаете, что в Европе не хватает ресурсов и поэтому им надо, что-то делать.

Необходимость «что-то делать» не является логически обоснованным доводом для оправдания контрпродуктивных, системоразрушаюших действий. Развитие паразитарной энергетики приводит к увеличению расхода ресурсов, и тем самым приближает острую фазу кризиса. Замена угля, которого много, на газ, которого мало, так же является совершенно идиотским, с точки зрения экономии ресурсов.

Кроме того, из факта «нужно найти выход», логически совершенно не следует факт «выход существует». Вполне возможно, что Европа попала в безвыходную ситуацию, но это не значить, что ситуацию нужно усугублять развитием альтернативной энергетики.

  • Что же вы предлагаете?

Зачем и кому я что-то должен предлагать?

Впрочем, если говорить о России, то я безусловно предлагаю запретить внедрение в стране любых видов малой и большой альтернативной энергетики, за исключением туристических вариантов и отдельных крохотных точечных проектов (например, освещение переходов на не электрифицированных загородных дорогах).

Если говорить о Западе, то меня безусловно радует бурное развитие там альтернативной энергетики и хочется им пожелать еще более бурных «успехов» в этом направлении. 

 

 


Оцените статью