Наука и технологии

Ветроэнергетика и «проблема непостоянства»

Август 13
21:05 2013

Ветроэнергетика и «проблема непостоянства». К будущему альтернативной энергоиндустрии

 

Недавно мы обсуждали тот факт, что ветроэнергетика, несмотря на все сложности, уверенно наращивает мощности. А значит, всё в большей степени будет сталкиваться со своей основной проблемой — интеграцией неравномерно и непредсказуемо поступающей энергии в общую энергосистему.

 

До поры до времени отрасль могла решать эту задачу путём перепродажи лишней энергии соседям, у которых ветряной генерации нет. Больше других в этом преуспела Дания. Тем более что этой стране повезло — Норвегия и Швеция в своём энергопотреблении во многом полагаются на гидроэлектростанции. Поэтому балансировать свой спрос на электричество Дании оказалось очень просто. Но ясно, что в долгосрочном плане таким образом проблема решена быть не может.

 

Теоретически потратить «лишнюю» энергию ветра можно и путём снижения выработки энергии на теплоэлектростанциях, сэкономив этим часть ископаемого топлива. Но и этот вариант скрывает в себе много проблем. В таком случае каждую единицу мощности ветряков нужно «страховать» дополнительной единицей мощности на традиционных станциях. Всё это увеличивает инвестиции в энергосистему. Причём подходят для такой поддержки только газовые теплоэлектростанции.
 

Угольные ТЭС «раскочегариваются» слишком долго, чтобы с их помощью можно было балансировать мощности ветряков. АЭС выдают постоянную мощность. Остаются газовые, хотя они уже и сейчас используются для балансировки суточных изменений нагрузки.

 

Тут добавляется ещё одна проблема. Как известно, переизбыток газа в США привёл к активному переходу американской электрогенерации с угля на газ. В результате на американском рынке появился избыток угля, что вылилось в рост его экспорта. Уголь в результате подешевел на мировых рынках. В свою очередь, европейская генерация, и без того во многом угольная, на фоне дорогого европейского газа в ещё большей степени сместилась от газа к углю. Этот фактор дополнительно усложняет балансирование энергопотребления вообще и утилизацию ветряной энергии в частности.

 

В общем, с интеграцией энергии ветра всё получается очень расходно. Остаётся альтернатива — запасать. Тут следует напомнить, что проблема «лишней» энергии существует и в традиционной энергетике — все сталкивались с пониженными ночными тарифами на электроэнергию. Какие-то меры в этой связи принимаются, например, существуют гидроаккумулирующие электростанции, когда в ночное время «лишняя» электроэнергия крутит насосы, закачивающие воду в противоположном направлении. Но масштабного распространения эта технология не получила. Видимо, дорого.

 

С ветряками же практически вся энергия «лишняя» — в том смысле, что появляется тогда, когда её никто не ждёт. А значит — те же проблемы. Но решать их можно по-другому — с помощью технологии power-to-gas (P2G).

 

Идея, заложенная в технологию P2G, проста и очевидна. Избыточная энергия направляется в электролизёры, где вода разлагается на водород и кислород. Таким образом, аккумулятором энергии и становится получаемый водород. Теоретически его можно превратить в метан и запустить в газотранспортную сеть. Но можно и не превращать. По немецким нормам смесь в газотранспортной сети может содержать до 10% водорода. Казалось бы, всё просто.

 

Но с самого начала были очевидны и издержки. Ветряки при всех их недостатках предоставляют как минимум одно преимущество — на выходе «чистое электричество». Если же мы переводим его в водород или метан, а потом снова сжигаем, начинаются энергетические потери. КПД лучших ТЭС сейчас — 60%. Итого 40% и так недешёвой энергии теряются.

 

Но и это ещё не всё. Ведь сначала нужно получить водород — а тут новые энергопотери. КПД реакции электролиза на промышленных электролизёрах сейчас составляет около 50%. Итого КПД всей цепочки — 0,6*0,5=0,3, или 30%.

 

Таким образом, формально неплохую энергорентабельность ветряков (EROEI=20) нужно умножить на 0,3 и получить EROEI=6, что уже на границе разумного. И это без учёта всех сопутствующих капитальных расходов на преобразование энергии и т.д., и т.п.

 

Претворять в жизнь технологию P2G начали в Германии. В настоящее время в стране действуют 9 опытных и промышленных установок небольшой мощности, самая большая — 6 МВт. В планах — довести к 2022 году мощности P2G до 1 ГВт. Для сравнения, мощности самих ветряных станций в Германии — около 30 ГВт.

 

Собственно, то, что технология пока экономически неоправданна, признают даже участники процесса. Все надежды — на прорывные разработки, которые смогут увеличить КПД реакции электролиза. Если же этого не случится, то «ветряки», по всей видимости, просто займут свою небольшую нишу в мировом энергобалансе.

 

Так или иначе, запуск проектов Power-to-gas фактически означает, что ветряная индустрия признала нежизнеспособность первоначального варианта своего развития, когда вся энергия ветра непосредственно уходит в сети.

Об авторе