«Ветер, Ветер, ты могуч»  62

Энергетика

16.11.2018 06:25

Станислав Безгин

6964  8.9 (40)  

«Ветер, Ветер, ты могуч»


...причем, если уж и могуч, то везде одновременно

Для того чтобы мечтать об использовании бесплатной энергии нужно иметь голову, забитую различными зелеными мифами. Вот замечательная статья (How we can use wind power when there’s no wind) для простых британских зеленых, в которой, в упрощенной форме, подаются все эти мифы. В принципе, все те же мифы кочуют из одной "зеленой! статьи в другую, иногда для большей мутности оборачиваясь массой наукообразных терминов.

Собственно все эти мифы уже давно раскурочены, но тем не менее карго-культисты и члены секты "бесконечно вумной науки" раз за разом их поднимают. Мне попались интересные статистические данные о корреляции ветрогенерации в Европе и есть смысл поговорить об одном из этих мифов с фактическими данными.

Один из самых любимых мифов это о том что «Ветер всегда где-нибудь дует" и, следовательно, если кинуть магистраль в соседнюю страну, то когда ветра нет у нас, мы будем пользоваться их ветром. Особенно это будет здорово, когда сцука вумная наука изобретет дешевые сверхпроводники пригодные для построения магистральных линий.

Мы, конечно, много раз видели подачу этого мифа в разных комментариях, а в указанной статье он подан следующим образом:


The wind doesn’t always blow – and that’s ok
Wire countries together to share power

We’ve already built a few undersea cables called ‘interconnectors’ across to mainland Europe. These allow us to share energy supplies with other countries, and there are plenty more on the way. So if the wind drops in the UK, we can ask our friends in Denmark to share their energy with us.


Ветер дует не всегда, но это ок
Объединить несколько стран для совместного использования энергии

Мы уже построили несколько подводных магистралей (интерконнекторов), идущих в материковую Европу. Это позволяет нам делить энергоресурсы с другими странами. Поэтому если ветра нет в Великобритании, мы можем попросить наших друзей в Дании поделиться с нами своей энергией.

Давайте посмотрим, почему френды из Дании не смогут помочь френдам из Англии (и на оборот), а если смогут, то ценник их приведет в ужасть....

  1. И первой проблемой является необходимость в "овергенерации", то есть необходимость в каждой из двух дружественных стран иметь двойную мощность генерации. Как бы "для себя и для того парня". Это как бы логично, хотя почему-то и не для всех очевидно. Для того чтобы Дания смогла бы помочь френдам из Англии, Дания должна иметь генерирующие мощности покрывающие собственные потребности и дополнительно к этому мощности покрывающие потребности Англии. Никто ведь не будет отдавать "бесплатную" энергию в Англии, только для того, чтобы на собственные нужды закупать тоталитарную атомную энергию во Франции. И, следовательно, если разговор идет о двух странах со сравнимым объемом генерации/потребления, то каждая из них должна удвоить свои инвестиции в "чистую" энергетику. Ну а так как одинаковых стран по объемам потребления и потенциалу зеленой генерации не так много (или совсем не существует), то возникает ситуация перекоса в одну сторону. То есть, предположим, Англия (точнее Шотландия) имеет большие возможности «помогать» Дании, а вот Дания, со своими объемами, не может существенно помогать Англии. В общем случае это приводит к тому, что загрузка интерконнектора будет односторонней.
  2. И далее возникает проблема требуемой огромной мощности магистралей (интерконнекторов). Для того чтобы френды из Дании действительно смогли бы помочь Англии, мощность интерконнектора должна быть сравнима с мощностью ветрогенерации, чтобы, когда нет ветра, получать «бесплатную энергию» из Дании. Очевидно же, что если мощность такого интерконнектора составит менее 10% от мощности ветрогенерации, то никакой реальной помощи датские френды не окажут. Следовательно, чтобы не было стыдно говорить о «помощи», мощность интерконнектора должна быть хотя бы 50% от мощности ветрогенерации. Понятно, что это дорого…
  3. Ну и третья проблема, в реальной жизни выражение «ветер где-нибудь есть» статистически не подтверждается. Давайте посмотрим на реальные данные выработки ветроэнергии по европейским странам из статьи в блоге «Energy matters»


Quantifying wind surpluses and deficits in Western Europe

В данном посте использованы данные P-F Bach data base . Рассмотрен блок из девяти стран от Испании  до Норвегии с протяженностью 4 400 км, и шириной 1 900 км. Общая площадь около 2,66 млн. кв..км.

Рисунок 1

Фактический КИУМ ветрогенерации показан на рисунке 2. (КИУМ откорректирован с учетом ввода мощностей в течение года).

Рисунок 2

На рисунке 2 показан ряд случаев, когда коэффициенты использования мощности ветра тесно взаимосвязаны между странами, например, между Германией и Данией, а другие - там, где они отсутствуют, например, между Швецией и Испанией. Однако такие результаты можно было бы ожидать, учитывая, что Германия и Дания находятся рядом друг с другом, а Швеция - далеко от Испании. Расчеты по данным 2013 года, показанные на рисунке 3 дают коэффициент корреляции (R), идущий асимптотически к нулю (т. е. Отсутствие корреляции) на расстоянии от примерно 4000 км:

Рисунок 3

По данным 2016 года, получается схожая картина корреляции

Рисунок 4

Согласно рисунку 4, корреляция отрицательна при расстояниях более 2250 км, что указывает на то, что добавление ветра из стран, расположенных на расстоянии более 2 250 км, начнет снижать, а не усиливать пики и провалы. Однако уровень снижения будет минимальным при низких значениях R. Необходимо было бы импортировать электроэнергию из стран, по крайней мере, на 3 000 км, прежде чем снижение стали бы сколько-нибудь заметными, что на практике означает, что Германия должна будет импортировать ветроэнергетику из Сибири, Казахстана или Ирана, чтобы снижать прерывистость свой ветроэнергетики даже минимально.

На рисунке 5 приведены коэффициенты использования мощности ветрогенерации а в течение двух часовых периодов в январе 2016 года, когда был наибольший дефицит и излишек ветрогенерации, как описано в следующем разделе. На графике 20 января показаны коэффициенты мощности ниже или значительно ниже среднего по всей Западной Европе, что еще раз подтверждает, что когда ветер не дует, он необязательно дует в другом месте. На графике 30 января показаны коэффициенты мощности выше или намного выше среднего, за исключением Испании, что указывает на то, что, когда ветер дует где-то, он, вероятно, будет сильно дуть и в большинстве других мест.

Рисунок 5


Количественная оценка излишка и дефицита ветрогенерации:

Для выполнения этой работы я неизбежно должен был сделать некоторые предположения относительно зеленого, возобновляемого будущего Европы. Мое основное предположение заключалось в том, что 50% электроэнергии каждой страны будет обеспечено комбинацией ветра и гидроэнергии. Это привело к тому, что ветер обеспечивает 50% производства в странах без значительного гидроэнергетики (Дания, Германия, Великобритания, Чехия и Нидерланды), пропорционально более низкие проценты в Испании (8% гидро), Франции (12%) и Швеции (41 %) и очень низкий процент в Норвегии (95% гидро).


Затем я выбрал январь 2016 года в качестве образца и сделал следующее:

  1. Откорректировал данные почасовой загрузки P-F Bach, так чтобы в течение января они составляли 50% от общего количества в каждой стране.
  2. Отрегулировал почасовую генерацию ветра и гидроэнергии так, чтобы общий ветер + гидрогенерация в течение января обеспечивали общую скорректированную нагрузку, рассчитанную на шаге 1.
  3. Отнял  1 из 2, чтобы получить излишки и дефицит ветра.

Результаты за январь 2016 года, разделенные по странам, графически представлены на рисунке 6. Бывают случаи, когда баланс излишков и дефицитов ветра уравновешивается (площадь выше нулевой линии = площадь ниже), но большую часть времени график находится в избытке или в дефиците , Суммирование данных по всем девяти странам показывает наибольший профицит (115,7 ГВт), который произошел в 7 утра 30 января, и самый большой дефицит (112,3 ГВт) в полдень 20 января:

Рисунок 6

Рисунок 7 показывает дефицит и излишек по странам в гигаваттах.

Рисунок 7

Как и следовало ожидать, три крупнейшие экономики (Германия, Франция и Великобритания) вносят гораздо больший вклад в дефициты и профициты, чем шесть меньших - между ними они составляют 81% от положительного сальдо 30 января и 72% от дефицита 20 января , Ключевой вопрос, однако, является величина отклонений. Могут ли излишки и дефициты ветра, превышающие 110 ГВт в Западной Европе, уравновешиваться передачей ветровой энергии в и из меньших экономик Центральной и Восточной Европы? Почти наверняка нет. И профицит 30 января пришлось бы терять, а если бы не было достаточного количества резервных мощностей,  то дефицит 20 января привел к блэкаутам части Западной Европы. Отметим также, что фактические максимальные излишки и дефициты будут еще выше, если в расчетах использовались бы интервалы менее одного часа.

Posted on November 7, 2018 by Roger Andrews

Оригинал статьи - здесь


IV. И далее у нас возникает следующая проблема, прямо вытекающая из высокой корреляции между странами – это низкий коэффициент использования магистрали.

Прежде всего, как я и говорил в пункте 1, до тех пор, пока не сделана овергенерация, то есть не построен излишек мощности, говорить о «помощи» не приходится. Наличие профицита на указанном графике, всего-навсего обозначает, что страна на несколько часов отключит собственную тепловую генерацию (атом, газ, уголь). А реальный избыток возникает только тогда, когда ветрогенерация превышает полное потребление страны.

В таких условиях интерконнектор, предназначенный для взаимной балансировки ветрогенерации двух стран, работать практически не будет. От слова совсем.

Чтобы это хотя бы теоретически стало бы возможным, нужно увеличить мощности еще хотя бы вдвое. (это можно сделать мысленно, умножая на 2. Для большинства стран кроме Норвегии, ошибка будет несущественная). В этом случае нахождение на нулевой линии будет обозначать, что в моменте ветрогенерация покрывает все потребности страны, а отклонения дают дефицит и профицит энергии.

Если на приведенном рисунке (рисунок 6) мы посмотрим на потенциальную «взаимопомощь» Германии и [Франции+Испании] (теоретически можно протянуть такой специально обученный интерконнектор), то мы видим, что было 15 дней, когда дефицит на одной стороне совпадал с профицитом на другой стороне. Но в большинстве случаев это совпадение происходило:

  • а) на несколько часов в сутки (4-6 часов)
  • б) на очень незначительный объем.

То есть если говорить о гипотетической мощности такого интерконнектора в 20 гигаватт (примерная величина максимального дефицита/профицита Испании+Франции) то за месяц не будет ни одного дня с загрузкой близкой к 100%. Чаще всего загрузка будет менее 50%.

Таким образом, мы получим интерконнектор (весьма длинный и дорогой) с мощностью 20 гигаватт, который будет работать с коэффициентом равным:

Если мы сократим мощность интерконнектора в два раза, то за счет увеличения средней загрузки в часы работы (примерно до 0,7-0,8), незначительно увеличится коэффициент использования, но резко сократится объем передаваемой по нему энергии.

Понятно, что верно и обратное, чем более потенциально полезным является интерконнектор, то есть чем больше мощности он позволяет перебросить, тем меньше коэффициент его использования.

Попытка увеличить расстояние между странами, например, магистраль от Испании до Швеции, может дать нам незначительное увеличение количества дней и часов, при которых совпадает наличие профицита и дефицита. В этом случае на указанном графике количество дней будет примерно 16, и количество часов, возможно, будет чуть больше 6. Это даст нам крайне незначительное увеличение коэффициента использования, но тут мы возвращаемся к цене и потерям.

Если в попытке уйти от высокой цены мы кинем магистраль на короткое расстояние, например, Дания- Север Германии, то сэкономив на цене, мы получаем ситуацию, когда несовпадение профицита и дефицита на концах магистрали, происходит только по большим церковным праздникам. (на рисунке 6 визуально виден 1 (один) день, в течение нескольких часов которого имеется несовпадение дефицита и профицита двух этих стран). Коэффициент использования такой магистрали стремится к нулю.

Вывод: Таким образом, мы получаем ситуацию, при которой использование магистрали на коротких расстояниях становится бессмысленным из-за крайне низкого коэффициента использования, а на дальних расстояниях, магистраль бессмысленна из-за низкого коэффициента использования в сочетании с высокой ценой


Миф о том, что можно увеличить использование «бесплатной» генерации ветра за счет увеличения площади объединённой энергосистемы является абсолютно ложным

Обратите внимание, что даже если шибко вумные ученные, когда-нибудь доведут до промышленного применения технологию сверхпроводимости, исполнив мечту зеленых, она не будет дешевой и при подобных коэффициентах использования применять ее будет невозможно. Безусловно, такой метод балансировки ветра станет выгодным буквально на следующий день после того, как добрые инопланетяне с планеты Набиру бесплатно построят все требуемые магистральные линии с эффектом сверхпроводимости. Поэтому ждем…

Разумеется, при попытке балансировать северный ветер с помощью южного солнца, мы не получим эффекта положительной корреляции, хотя и отрицательная корреляция будет близка к нулю. Желающие могут поискать сами данные корреляции ветра и солнца и прикинуть коэффициент загрузки магистрали. Учитывая, что солнце принципиально дает энергию только 6-8 часов в день, то значительной разницы мы не получим. По-прежнему большую часть времени интерконнектор будет "стоять пустым". То есть на юге почти каждый день (летом) будет возникать избыток на несколько часов, но далеко не каждый день, этот избыток будет востребован на севере. Ну и нужно учитывать, что возможность встречной загрузки такого интерконнектора, то есть с севера на юг, будет минимальной, так как панели есть смысл размещать в пустынной области, без дождей, без бедуинов, но с чистой водой. (Попробуй еще такую найди). За редким исключением потребление на южной стороне будет в разы (или на порядки) меньше потребления на северной стороне.

Но ведь интерконнекоторы используют? И более того, почти повсеместно звучат призывы к строительству новых магистралей (например, с Севера Германии на промышленный Юг Германии) для увеличения возможности внедрения новых объемов альтернативной генерации.

Это действительно так, но это не имеет никакого отношения к зеленым мифам о снижении прерывистости при увеличении расстояния между объектами прерывистой генерации. Речь в данном случае идет только о том, что единственным реальным (хотя и крайне дорогостоящим) методом балансировки прерывистой генерации является ее балансировка с помощью традиционной генерации. Но возможности системы производить такую балансировку довольно ограничены. При достижении критического уровня, думаю, что где-то в районе 20-30% прерывистой генерации, расходы системы начнут крайне резко расти, и система , вероятно, начнет разрушаться. Единственный способ увеличить объем прерывистой генерации – это за счет интерконнекторов увеличить совокупной объем энергосистемы, и тем самым снизить относительный процент прерывистой генерации в системе. Несколько напоминает разрастание паразита на организме и выбрасывание им новых «щупалец» для получения доступа к новому объекту паразитирования.

То есть, чаще всего вся фенечка этих интерконнекторов в том, что на одной стороне регион "богатый" прерывистой генерацией, а на другой стороне  регион с остатками традиционной генерации. После того как на обоих концах будет 60-80% прерывистой генерации, интерконнектор можно демонтировать и сдавать на цветмет, так как денег за прогонку энергии с коэффициентом использования менее 10%, скорее всего, не хватит даже на расходы по эксплуатации и текущему ремонту.

Telegram: StanislavBezgin

Twitter: StanislavBezgin


Оцените статью