В последнее время очень много разговоров про энергетику. Переделы рынков с ископаемым топливом не могут не оказать влияние на фабрики КНР, и снижение этого влияния – одна из главных задач правительства. С другой стороны из-за огромного количества производств, в Китае давно существует проблема с загрязнением воздуха.
Одним из решений этих двух проблем является развитие выработки энергии от возобновляемых, так называемых «зеленых» источников: ветер, вода, солнце.
Как всегда, если хотите говорить о чем-то в современном Китае – надо начинать с начала, а именно с реформ Ден Сяопина 1980х-90х годов.
С 80-90х годов прошлого века, КНР привлекает иностранных специалистов для развития своего промышленного сектора, и энергетики в том числе. Хотя первый энергоблок АЭС в Китае собрали собственными силами (АЭС Циньшань), но на сегодня две самые мощные АЭС КНР, более чем по 6,6 ГВТ каждая, разработаны совершенно разными компаниями: одна – Россией, другая – Францией.
Солнечную энергию Китай на правительственном уровне начал поддерживать в начале 80х годов, но прежде чем построить электростанции – нужно было наладить производство солнечных панелей, по этому, как источник энергии, солнечные станции можно рассматривать только с 2010х годов.
Тут стоит добавить, что не смотря на отсутствие крупных проектов солнечной энергетики в КНР с 1990х появляется отдельное явление – индивидуальные солнечные панели. Чаще всего они, конечно, использовались для подогрева воды в частных домах, но иногда и для выработки электричества.
Такие нагреватели воды можно встретить до сих пор по всему Китаю
Важно это для понимания принципа развития инфраструктуры и технологии в Китае: куча мелких производств получает возможность и средства от государства, чтобы осваивать новые изделия, и у нескольких из них получается выйти на большой рынок, что в свою очередь дает новый толчок технологиям, но уже не за деньги государства.
Основной принцип генерации энергии от ветра известен чуть ли не с 19 века, по этому для развития этой отрасли требовались более совершенные технологии, чтобы сделать ветрогенераторы выгодными, а не теми, которые были в 19 веке. И опять же, до начала 2000х годов Китай развивал другое производство, и лишь только потом, воспользовавшись полученными там технологиями, начал строить ветрогенераторы.
И не смотря на все это, главные производители электроэнергии в Китае все время были и есть – угольные ТЭС. Просто по тому, что страна обладает богатыми запасами угля, его легче добывать, чем нефть или газ, или тем более ядерное топливо.
Зеленый переход
Примерно с 2006 года КНР активно развивает солнечные электростанции.
На сегодня можно посмотреть новый отчет энергетиков Китая, мощностей «зеленой» энергии у них там почти 1,9 ТВт, на фоне общей установленной мощности более 3,35 ТВт всех станций Китая – это больше 50% всех мощностей.
10000 киловатт - не опечатка
Душная часть статьи, которую надо понять
Следите за руками, есть две величины: кВт и кВт*ч – буковку «ч» можно и не заметить, и пропустить, подумаешь, какая мелочь. Но дело в том, что эта буковка часто отделяет два важных понятия: «установленная мощность» и «потребленная/выработанная мощность».
«Установленная мощность» – это, для простоты восприятия, максимально возможная выработка мощности в секунду, измеряется она как раз в Ваттах и их производных: киловатты, мегаватты
А вот «потребленная» уже приобретает ту самую буковку «ч», и становится тем, что приходит нам в платежках ЖКХ: киловатт*часы. Не трудно додумать, что это величина рассчитывается на какой мощности и сколько часов потреблялась энергия( а если вернутся в школьную физику, то можно еще вспомнить, что 1 Вт*ч – это 3600 Джоулей).
Если понятнее объяснять разницу, то «установленная мощность» – это теоретическая фиксированная величина, зависящая от количества электростанций, т.е. сколько в теории в единицу времени можно вырабатывать электроэнергии. А вот потребляемую мощность можно регулировать:отключать или переключать между разными источниками.
Повторю еще раз цифры из источников выше, без буквы «ч»: общая установленная мощность всех электрических станций на конец 2024 года - 3,35 ТВт, из них 1,84 ТВт. Если перевести в проценты: Установленная мощность "зеленых" источников - 55%, из них 41% – солнечная и ветровая энергия.
А теперь заглянем в отчеты с буковкой «ч»: за год от солнца и ветра КНР получает суммарно 1,356 ТВт*ч (834+522), при общем производстве 9,852 ТВт*ч, т.е. менее 14% «потребленной мощности». Для справки: установленная мощность гидроэнергетики 0,436ТВт/14%, потребленная 436ТВт*ч/ 4,4%;
Проблемы «зеленой» энергетики
Солнце
Любой электрик, который связан с городскими сетями вам скажет, что есть такое понятие, как пиковая нагрузка, и на вскидку назовет вам три периода времени в сутках, известные с советских времен: с 7:00 до 9:00, с 12:00 до 15:00 и с 20:00 до 22:00. Если точнее сказать, то первый и последний периоды – это когда люди собираются идти на работу и когда с нее возвращаются. Средний - обед. Речь конечно же, про общую нагрузку на систему. И логично, что самый большой пик – вечернее время, когда включен свет и люди готовят ужин.
Примерный график потребления электроэнергии городом в %
А теперь давайте подумаем, какой же график выработки имеет солнечная электростанция? Очевидно, что ночью – солнца нет. Соответственно в вечерний пик потребления солнечная станция – просто элемент декорации.
Ветер
Давайте теперь глянем на проблему шире и представим как выглядит нагрузка на сети в течении года, когда у нас самые большие нагрузки на систему? Тут вопрос несколько сложнее, ведь речь идет про Китай, большая часть населения которого живет в регионах, где температура зимой не понижается очень сильно, а в некоторых регионах минимальная температура +10 градусов цельсия.
По этому если посмотреть на примерные графики их отчетности, то можно понять, что пиковые нагрузки, это декабрь-февраль( холод) и июль-август( жара).
Ветрогенерация провинции Шаньдун
Если не брать в расчет северные регионы страны, где есть отопление и континентальный климат, то для остальных, «холод» равно «ветер», а не минусовая температура. Вот тут как нигде подходят ветрогенераторы.
А вот если брать летние пики, то жара, как правило подразумевает отсутствие всяких дуновений, что делает ветрогенераторы менее полезными в это время года и кондиционеры придется запитывать от чего-то другого.
Восполняемые и взаимодополняемые источники энергии
Исходя из вышесказанного можно сделать вывод, что «установленную мощность» солнечных и ветряных станций нужно заранее воспринимать с некоторым коэффициентом использования. При этом, для большей эффективности их надо строить совместно, ведь на летней жаре днем подключить фабрику к солнечным панелям – это очень хорошее решение, а ветреной зимой она прекрасно будет работать от ветрогенераторов.
Иными словами цифру «установленной мощности» нужно брать не только по пиковой производительности, а совместно с характеристикой источника и потребителя: солнечными и ветряными днями, не забывая про тип нагрузки.
И теперь внимательно следим за руками: чтобы построить что-то, нужно обоснование, как правило это – цена. Очевидно, что умные люди давно придумали принцип подсчета стоимости и выбора типа электростанции, решающий параметр на забугорном зовется The levelized cost of electricity (LCOE) – усредненная стоимость энергии. Если вы перейдете по ссылке, то там на графике очевидно, что угольная генерация дороже всего. Однако вам стоит знать про другой параметр, levelized avoided cost of energy (LACE) – усредненная стоимость предотвращенных затрат.
Для начала давайте разберемся с этим самым предотвращением. Угольные ТЭС – надо заправлять углем и сжигать тонны угля, которые будут привозить поезда и корабли на регулярной основе, соответственно в цену «угольной» электроэнергии все это включено. А вот солнечные станции нуждаются только в очистки от пыли, уборщиков можно местных найти и не надо городить кучу инфраструктуры. Ветрогенераторы надо только смазывать, это сложнее, чем с солнечными панелями, но все еще сильно проще, чем с углем. Соответственно выгодно совсем не использовать уголь.
Но как я сказал чуть выше – солнце и ветер не могут закрыть 100% потребление электроэнергии. В зависимости от региона это будет 10-50% от воды или ветра в максимуме. Возьмем для примера по 30%. Соответственно еще 40% надо закрыть более надежным источником. Вариант на перспективу – огромные хранилища энергии, которые будут копить излишки солнечной и ветровой выработки, но пока что они сильно дороже и токсичнее угольных ТЭС; вариант «зеленых» – построить столько станций, чтобы солнечные станции работающие в 21:00 на 0,01% перекрывали пиковое потребление, что очевидно потребует строительства в сотни раз большего количества СЭС; ну и крайний вариант – станции на каком-то другом топливе.
Что касается Китая, то они эти 40% стараются конечно закрыть ГЭС или АЭС, но уголь у них так же доступен на всей территории страны, и пока что чаще получаются ТЭС, тем более что проблемы с вредным выхлопом они решили (по бумагам так точно).
То, что вы не увидели между строк
Давайте я повторю тезисы, которые указаны выше в тексте и по ссылкам:
Для развития солнечной энергетики нужны технологии
Солнечная энергетика Китая начинает себя проявлять после 2010 года
Термин LCOE широкое распространение получает в рамках исследований солнечной энергии на западе в 2011 году
Термин LACE - 2013 год
С 2016 года Китай вводит по 30-50 ГВт мощностей СЭС в год, против 3-5 ГВт до этого
Иными словами: получив технологии в 2010-2011 году, КНР начало в промышленных масштабах клепать СЭС, в первую очередь это конечно же было для зарубежных компаний, но и себя не забыли.
Если же брать угольные ТЭС, то Китай последние несколько лет выводит из эксплуатации станций на 15 ГВт, при этом вводит на 25 ГВт
Заключение
Китай, как я всегда говорил – это про деньги, но не про глупость. Там нет святой веры в зеленое будущее, ровно как и нет желания стрелять себе в ногу. Если можно не стрелять и выгодно использовать солнце или ветер, то почему бы и нет. Но если стоит выбор: замерзнуть зимой или использовать уголь все таки стрельнуть – то можно и похромать чуть-чуть.
Современные конфликты из-за редкоземельных металлов идут в том числе и по причине удешевления стоимости энергии ведь, как написано выше – аккумулировать энергию от возобновляемых источников пока что дорого, но работы по изучения вопроса активно идут и они в 100% случаев потребуют редкоземельные металлы.
