Ветроэнергетика

Типичная конструкция «вертушки» с вентилятором на стержне, используемая для наземных ветряных турбин не очень подходит для установки на глубоководном шельфе. Для того, чтобы закрепить гигантский столб на морском дне потребуется огромное количество балласта. Более того, такие конструкции сложно (и дорого) не только устанавливать, но и обслуживать. Помимо этого, потребуются огромные подшипники для того, чтобы выдержать их огромный вес.

Учитывая эти факторы французская компания Eolink, как сообщает издание New Atlas, приступает к созданию демонстрационного образца плавучей ветряной турбины в форме пирамиды, которая позволит сократить количество материалов и вес более, чем на 30%, что в итоге сулит экономию затрат на производства электроэнергии.

Ключом к преимуществам этого типа конструкции является ее пирамидальное основание, заменяющее один полюс конструкции вертушки парой треугольников – почти так же, как на колесе обозрения. Массивный вес огромного вентилятора распределяется равномерно между подшипниками на двух концах, а не на одной консоли. Таким образом, гондола наверху может быть легче, и вместо одной монолитной опоры вы можете установить четыре гораздо более тонких в форме пирамиды. Это значительно снижает вес и позволяет использовать широкое основание внизу, а не крепление конструкции в одной точке. Отпадает также необходимость в тяжелом металлическом балласте для того, чтобы удерживать опору в вертикальном положении.

Такая конструкция значительно проще в сборке, развертывании и обслуживании, чем однополюсная вертушка.

С точки зрения создания и развертывания этих машин дела обстоят еще проще. Их можно строить на верфи и спускать прямо в воду, где они будут плавать на относительно небольшой глубине благодаря тому, что не несут большого балласта под ватерлинией. После сборки вы опускаете их в воду, буксируете в нужный участок, привязываете и все готово. Для развертывания или обслуживания не требуются специализированные крановые суда со стоимостью эксплуатации в несколько миллионов долларов в день, потому что в случае необходимости вы можете просто отбуксировать ветряную станцию обратно в порт и выполнять работу там, где это проще и дешевле.

Слева: напряжения в конструкции одностоечного исполнения больше. Справа: возможность касания лопастей в пирамидальной конструкции исключена.

В настоящее время компания Eolink, получив финансирование на сумму 23 млн долларов, приступает к производству полномасштабной турбины, которая пройдет испытания в Атлантическом океане. Это будет 5-мегаваттный демонстратор весом в 1100 тонн с квадратным 52-метровым основанием. Сам ротор будет иметь диаметр 143 м. Компания заявляет, что в его конструкции должно использоваться на 30% меньше стали, чем в традиционной "вертушке", при той же номинальной мощности. А так как лопасти больше не рискуют удариться о вертикальную башню их можно сделать более длинными и гибкими, что даст примерно на 10% больше выхода энергии при тех же ветровых условиях.

Строительство начнется в этом декабре и ожидается, что ветряная электростанция будет сдана в эксплуатацию в 2024 году.

Более того, компания заявляет, что данная конструкция масштабируется значительно лучше, чем традиционные ветряные турбины, поэтому у компании есть планы по созданию установки мощностью 20 МВт.

Чем больше возобновляемой энергии, тем она дороже. 43% ВЭ оплачивают (или кредитуют) немцы.

Статья 2015.г.

(Рисунок : Цена на электроэнергию для жилых помещений в сравнении с установленной мощностью ветра и солнца на душу населения по странам, Европа. Графика из поста Юана Мирна.)

(По оси Y показаны цены на электроэнергию для жилых домов за вторую половину 2014 года по данным Евростата. По оси X установленная ветровая + солнечная мощность на 2014 год, как указано в статистическом обзоре BP за 2015 год, нормализована до Вт на душу населения с использованием данных о населении за 2014 год, представленных ООН.)

(Опубликовано 17 августа 2015 г. Юаном Мирнсом (Euan Mearns )

Цена на бытовую электроэнергию в ЕС коррелирует с уровнем установленной возобновляемой энергии на душу населения. Данные показывают, что больше возобновляемых источников энергии приводит к более высоким счетам за электроэнергию. Представление о том, что возобновляемая энергия дешева, является одним из пяти обсуждаемых мифов об зеленой энергии.

Невозможно избежать вывода о том, что страны с самым высоким уровнем проникновения возобновляемых источников энергии имеют самые высокие цены на электроэнергию для населения и что весьма вероятно, что эти высокие цены в большей или меньшей степени вызваны высоким уровнем проникновения возобновляемых источников энергии.

Рисунок 2: Процент «новых» возобновляемых источников энергии (ветер, солнечная энергия, биомасса и т. д., за исключением гидроэлектростанций) в структуре мощности в Европе и США. Данные БП.

Тарифы на электроэнергию для жилых домов в Европе тесно связаны (r2 = 0,85) с установленной мощностью ветра и солнца на душу населения, что не оставляет сомнений в том, что доля возобновляемых источников энергии в энергетическом балансе страны является ключевым фактором, когда речь идет об установлении тарифов на электроэнергию для жилых домов.

Почему такая корреляция существует? Исчерпывающий обзор данных по всем странам, показанным на рис. 2, невозможен, но этот график энергетического перехода Германии дает некоторое представление. «Ставки, которые более точно отражают  ценник Energiewende», добавляют 43% (12,46 евроцента) к ставкам для домохозяйств в Германии. Также обратите внимание, что практически все повышение тарифов на электроэнергию для жилых домов в Германии в период с 2006 по 2013 год было результатом сборов Energiewende:

Рисунок 3: Ставки, влияющие на розничный тариф на электроэнергию в Германии, 2006–2016 гг.

Сколько денег задействовано в «ставках, которые более точно отражают цену Energiewende»? По данным BP, общее производство электроэнергии в Германии в 2016 году составило 648,4 ТВт-ч, по данным Евростата, бытовое потребление составило 19,6% от этого объема, а согласно рисунку 3 Energiewende плата за электроэнергию в 2016 году составила 12,46 евроцентов/кВтч. Эти цифры в сумме составляют 15,8 млрд евро (19,3 млрд долларов США), уплаченных бытовыми потребителями электроэнергии только в 2016 году. Если добавить данные за 2006 год, предполагая, что бытовое потребление составляет 20%, общая сумма увеличится до 150 миллиардов евро (~180 миллиардов долларов США), а добавление налоговых поступлений до 2006 года вполне может увеличить общую сумму до более чем 200 миллиардов долларов США.

Средние розничные цены на электроэнергию в Европе в 2016 г., центы США/кВтч

http://euanmearns.com/green-mythology-and-the-high-price-of-...

Ветер и Солнце в долях выработки электроэнергии

Ветер и солнечная энергия производят более десятой части мировой электроэнергии. В совокупности они являются четвертым по величине источником электроэнергии после угля, газа и гидроэнергии.

Ветряная и солнечная энергия впервые произвели 10,3% мировой электроэнергии в 2021 году, повысившись с 9,3% в 2020 году и удвоив свою долю по сравнению с 2015 годом, когда было подписано Парижское соглашение по климату.

50 стран (26%) произвели более десятой части своей электроэнергии за счет ветра и солнца в 2021 году, причем семь стран достигли этого рубежа впервые: Китай, Япония, Монголия, Вьетнам, Аргентина, Венгрия и Сальвадор.

Дания и Уругвай достигли 52% и 47% соответственно, лидируя в технологии интеграции энергосистем с высоким уровнем возобновляемой энергии.

С региональной точки зрения лидирует Европа с девятью из десяти ведущих стран. С другой стороны, на Ближнем Востоке и в Африке наименьшее количество стран достигает 10-процентного порога.

По данным Международного энергетического агентства (МЭА), к 2040 году сектору необходимо достичь нетто нуля в глобальном масштабе, чтобы достичь целей Парижского соглашения по ограничению глобального нагрева до 1,5 градусов. И для достижения этой цели ветровая и солнечная энергия должны расти почти на 20% каждый год до 2030 года.

Несмотря на рекордный рост возобновляемых источников энергии, рост производства солнечной и ветровой электроэнергии в настоящее время не соответствует требуемым показателям для достижения целей Парижского соглашения.

Фактически, когда мир столкнулся с беспрецедентным ростом спроса на электроэнергию в 2021 году, только 29% глобального роста спроса на электроэнергию было покрыто за счет солнечной и ветровой энергии.

https://www.visualcapitalist.com/mapped-solar-and-wind-power...

Заканчиваем знакомиться с книгой Дэниела Ергина "Новая карта. Энергия, климат и столкновение наций".

Все части сложены здесь.

Коротко для ЛЛ: Изменение климата ставит человечество перед необходимостью совершения энергоперехода. Несмотря на наличие целей и подвижек в этом плане, есть и серьёзные трудности.

Антропоцен. Впервые в истории человек сталкивается с глобальной реакцией на свои привычки, которая делает жизнь сложнее. Из-за изменений климата приходится изменять и жизнь. Результатом может стать энергопереход с отказом от значимой части углеродного топлива. Мобилизация общественного мнения в последние годы ускорила этот процесс. Но всё равно с сегодня на завтра это не произойдёт. Так было и с предыдущими переходами: уголь стал удовлетворять половину мирового спроса на энергию лишь в 1900 году, нефть – в 1960. И даже тогда потребление угля продолжало расти.

Стремление стран ограничить выброс углекислого газа неодинаково. Китай не желает «платить» за столетнюю эмиссию развитых стран. Тем не менее и он согласился ограничивать, правда на десятилетия позже Запада. На Парижской конференции были приняты конкретные планы действия. Однако соблюдение согласованных национальных вкладов остаётся на совести выполняющих стран. Никаких штрафов за неисполнение не предусматривается.

Величины годовой эмиссии, согласованные в Париже.

Есть и критические голоса. Трамп вообще вышел из Парижского соглашения, после чего Байден зашёл обратно. Есть риск, что углеводороды останутся в недрах в результате реализации мер по сохранению климата, и энергетические компании обесценятся. По этой причине пенсионные фонды и другие инвесторы прессуют нефтянку и газовиков с целью представить стратегию выживания в новых условиях. В компании вкладывается всё меньше средств. Билл Гейтс предупреждает:

На данный момент изъятие инвестиций снизило эмиссию, вероятно, на ноль тонн.

Потребительский спрос никуда не делся! 1,4 миллиарда автомобилей с ДВС всё ещё бегают по дорогам, а дивидендами BP и Shell платится каждая пятая пенсия в Британии. И даже газета Гардиан, отказывая в рекламе нефтегазовым компаниям, не может сделать этого для автоиндустрии и туризма: есть риск обанкротиться.

В авангарде борьбы с углеродными эмиссиями находится Европа. Приводом в энергопереходе служат правительства европейских стран. В рамках «зелёной сделки» континент хочет добиться Net zero к 2050 году: сколько углерода эмитируется, столько же должно и выводиться из атмосферы. Средства достижения этого прописаны в докладе, озаглавленном Taxonomy. Это инвестиции в альтернативную энергетику (которая на деле уже не альтернативная), избавление от угля, ограничение газа, а также углеродный налог на «грязный» импорт.

Цель впечатляет, а вот средства, за счёт которых предполагается её достижение, до сих пор покрыты туманом. Уже сегодня ясно, что декарбонизация неизбежно снизит экономический потенциал. По оценкам, уровень эмиссии на душу населения должен упасть до уровня Индии, где средний житель получает доход в 2000 долларов в год. Средний европеец имеет, кстати, 38 тысяч.

Сдерживание изменения климата является темой и в Штатах. Тамошние зелёные выступают за полный переход к чистой и возобновляемой энергии уже к 2030 года. Что они собираются делать при этом с парком реактивных самолётов, для которых на данный момент нет альтернативного топлива – непонятно. Некоторые горячие головы стремятся освободить от парниковых газов сельское хозяйство. Что значит – полностью избавиться от поголовья скота, эмитирующего метан. Тем не менее, демократы серьёзно взялись за Новый зелёный курс, и теперь, когда президент-демократ в офисе, реализуют её. Всё хорошо, вот только до сих пор автора терзают смутные сомнения: найдутся ли деньги для реализации столь амбициозных целей?

В течение ближайших десятков лет источники энергии, по мнению автора, будут оставаться разнообразными, но баланс будет смещаться в сторону ветра и солнца. Хоть крупнейшим безуглеродным источником остаётся атом, разрыв сокращается. Кстати, современная солнечная индустрия была запущена не кем иным, как нефтяными компаниями, страховавшимися на чёрный день уже полсотни лет назад. Свою лепту внесли и японцы на волне опасений остаться без ресурсов. Но лишь в девяностые солнечная энергетика стала мейнстримом после того, как германские субсидии встретились китайским производителем. Немцы субсидировали солнечные киловатты, не предписывая при этом, у кого покупать панели для их генерации. В результате немецкий производитель благополучно издох. А вот китайцы своим помогали. Гешефт заработал, и вот уже в 2013 году китайский рынок установленных панелей превзошёл немецкий. Одним из главных недостатков солнечной генерации остаётся прерывистость: ночью солнце не светит.

Технологический прогресс идёт и в ветровой энергетике. Вышки строятся всё выше, лепестки всё длиннее, материалы всё новее, управление и модели всё изощрённее. Сами вышки «дрейфуют» с земли на море, где ветер сильнее и постояннее. Но, как и солнце, ветер имеется не всегда. В условиях резких колебаний генерации особую важность приобретает стабильность и надёжность энергосетей. Неизбежно приходится заниматься вопросами хранения энегии и управления мощностями. Ветряки и панели не могут работать вне упряжи с газовой турбиной, которая позволяет быстро компенсировать падение мощности в тихие безветренные ночи. Что касается аккумуляции, то её возможности на данный момент ограничены. Можно качать насосами воду вверх, а потом пропускать её назад через турбину генератора. Но где найти столько площадей? Что же касается промышленных батарей, им ещё предстоит пройти долгий путь, несмотря на ощутимые вложения сегодня.

И всё же, несмотря на прогресс, крайне маловероятно, что к 2040 году энергоснабжение США, например, будет полностью из возобновляемых источников. Для этого сегодня ничего нет: ни технологий, ни денег, ни энергосетей, ни инфраструктуры. Даже Дания, которая часто производит больше ветровой электроэнергии, чем может сама потребить, вынуждена импортировать электричество, сгенерированное соседями из традиционных источников. Германия решила остановить свои 17 атомных реакторов после Фукусимы, но за тот же период Китай сдал в эксплуатацию 34. А рост вклада природного газа в мировую энергетику в 2018 году более, чем вдвое, обогнал возобновляемые источники. И, несмотря на рекордные темпы с солнцем и ветром, тот же Китай каждый месяц сдаёт в эксплуатацию три новых современных угольных электростанции.

Что касается прорывных технологий, то наибольшие шансы имеют технологии хранения энергии, атомные миниреакторы, а также водород. Касательно последнего, ожидания значительно превосходят возможность производства в большом количестве. Критическую важность имеет улавливание и хранение углерода. Если мы сможем убирать углекислый газ из атмосферы, то это обеспечит нам достижение климатических целей без полного отказа от углерода как энергоносителя. Способы разные: можно посадить лес, можно закачивать углекислый газ с электростанции под землю, можно использовать его для производства цемента и стали. Однако на данный момент то, что работает – слишком дорого.

Если мы обратим взор к развивающимся странам, то убедимся, что тамошние проблемы связаны не столько с сохранением климата, сколько с бедностью и грязным воздухом. Свыше половины своей энергии Индия добывает из угля, ещё 30% приходится на нефть, 85% которой ввозится в страну. И лишь три процента приходится на современные возобновляемые источники. Индусы не собираются отказываться от того, что есть, а лишь пытаются изменить баланс. Если граждане перестанут жечь дрова и мусор в своих домах и получат газовые плиты – это будет уже огромный шаг вперёд. Называть при этом газ «грязной энергией» – в определённом смысле лукавить.

Суровая реальность такова: сегодня 80% мировой энергии базировано на нефти, газе и угле. Выстроена внушительная инфраструктура транспортировки, генерации и снабжения. Такую махину нельзя изменить с сегодня на завтра. Пока энергопереход происходит не сокращением имеющихся мощностей, а добавлением новых. При этом растёт и углеродная энергетика. Китай ни в коем разе не откажется от угля, который является основой энергетической безопасности страны. Потребление нефти тоже продолжает расти, и процесс этот сконцентрирован тоже в развивающихся странах. И им есть, куда расти: в 2018 году в США бегало по дорогам 867 авто на тысячу населения. В России – 339, в Бразилии – 208, в Китае – 160. В Индии – 37. Даже если сегодня перестать продавать легковушки с двигателем внутреннего сгорания, мировой спрос на нефть продолжит расти. Ведь есть ещё грузовики, суда, поезда и самолёты. Число последних должно удвоиться к 2040 году.

Эмиссия парниковых газов по секторам

Нефть и газ будут по-прежнему нужны нам как сырьё для химической промышленности, снабжающей нас жизненно необходимыми материалами. Можно бороться, штрафуя рестораны в Вашингтоне, которые в чёрную пользуются запрещёнными соломинками для питья, но на соломинки-пакеты приходится менее двух процентов выпуска. Я уже не говорю о том, что 90% загрязнения Мирового океана пластиком приходится на Африку и Азию. В то же время вездесущесть и универсальность пластика не знает себе равных, и неудивительно, что спрос на продукты нефтехимии растёт быстрее, чем экономика в целом.

Короче, если спрос на нефть и достигнет пика в ближайшем будущем, этот пик не будет пиком, а образует медленно понижающееся плато. Чтобы поддержать спрос, потребуются десятки миллиардов вложений, ведь месторождения истощаются. Нефтегазовые компании пытаются приспособиться к новой реальности, расширяясь в электроэнергию, но степень их дрейфа, и особенно финансовая отдача остаются под вопросом. Однако голландская болезнь – не миф, и даже гиганты нефтедобычи, как мы знаем, стремятся диверсифицироваться, не жалея средств.

При всей перспективности ветра и солнца автор призывает не забывать об узких местах этих технологий, а именно об их «прожорливости» в смысле материалов и места. Чтобы поставить один ветряк, нужно истратить 1500 тонн железа, 2500 тонн бетона и 45 тонн пластика. Производство аккумулятора для одного электроавто требует добычи сотни тонн сырья. Будущее неизбежно поставит на повестку дня задачу минеральной безопасности – обеспечения надёжной цепи поставки от шахты и до конечного потребителя. Сегодня три ведущих страны-производителя лития контролируют 80% поставок. Китай контролирует 60% редкоземельных элементов. Демократическая Республика Конго – 70% процентов кобальта. Расширение добычи неизбежно увеличит выбросы в атмосферу, поглотит реки воды и заберёт жизненное пространство у людей, растений и животных.

Ну вот мы и дошли до заключения. Как я уже упоминал, автор пишет свои книги от руки, и потому в конец книги вошли, помимо выводов, ещё и недавние события. Мир сегодня стал более фрагментирован. Возрождаются национализм и популизм, растёт недоверие между странами. Конкуренция на политической карте растёт. Политика пропитана подозрением и ненавистью. Несмотря на сохранение глобализации, мировая логистика окажется под давлением. На смену „just in time“ идёт „just be sure“.

США и Китай, несмотря на всю напряжённость отношений, остаются в глобальной связке. Это осознают лидеры обоих государств. Для России нефтегаз останется фундаментом в процессе утверждения великой державой, будь то борьба вокруг Украины или сближение с Китаем. Для последнего энергия, а также пути её транспортировки будут оставаться ключевыми факторами для развития.

Энергопереход при всей его насущности неизбежно упрётся в необходимость поддержания в работе существующего энергоснабжения, а также в высокие расходы. В мировой системе нефть сохранит ведущее положение как глобальное сырьё. На ней крутится весь мир. Тем не менее, путь развития окажется извилист, что продемонстрировал нам недавний взлёт сланцевой добычи и не менее зрелищное падение вследствие пандемии. В любом случае нам следует настраиваться на борьбу: борьбу за климат, за сырьё, за мировой порядок. Без столкновения наций не обойдётся.

В послесловии Дэниел удивляется развороту IEA, которое ещё в конце 2020 года предостерегало от снижения капиталовложений в нефтегаз, а полгода спустя призвало прекратить инвестировать в разработку новых месторождений для того, чтобы достигнуть углеродной нейтральности в 2050 году. Похожим занимается и правительство Байдена в США. Автор предупреждает, что столь честолюбивые цели предполагают радикальную перестройку глобальной экономики в короткие сроки. Это огромные деньги, которые кого-то должны заставить заплатить. Конечно, это и шанс для инноваций и технологического развития, для предприимчивости и креативности. И риск конфликта между развитыми и развивающимися странами, устоявшимися и новыми индустриями. Новая эра в отношении между энергией и нациями уже началась.

-------------------------------------

Автор вежлив в своих оценках, но настойчиво повторяет: энергопереход – дело долгих десятилетий и триллионных вложений. Спешка в это деле чревата недопустимыми рисками. И это для богатых стран. Отказ от ископаемых источников энергии ввергнет Третий мир в голод и нищету.

Сегодня мы лицезреем первые следствия этой неосмотрительной политики в виде взлёта цены на газ и нефть, который многие на Западе пытаются представить как результат политики Путина. На самом же деле это – первые результаты недоинвестирования в добычу. Дальше будет хуже, если спасатели климата продолжат держать без денег нефтяников. Не ошибся автор и насчёт горячей точки современной политики – Украины. Конфликт горит, и возможна его эскалация. Куда? В другие точки, где соприкасаются интересы великих держав: Ближний Восток, Южно-Китайское море, Тайвань...

Книжка мне в целом понравилась, хоть и не без недостатков. Уж очень она напоминает дайджест прессы с минимум аналитики. Рукописный стиль написания демонстрирует слабые места и повторы. Читатели со стажем пишут в отзывах, что она – жалкая тень предыдущих книг Ергина. Что ж, может быть имеет смысл с ними ознакомиться.

Вот такая красота в ставропольском крае.

P.S. не фотограф