Три дня чтения в подарок
Зарегистрируйтесь и читайте бесплатно

Цитаты из Мировая энергетическая революция. Как возобновляемые источники энергии изменят наш мир

Читайте в приложениях:
32 уже добавили
Оценка читателей
4.0
  • По популярности
  • По новизне
  • простейшем варианте речь идет о замещении потребляемой домохозяйством сетевой электроэнергии на электроэнергию, вырабатываемую солнечным генератором. По нашим данным, средняя семья из четырех человек, проживающая в индивидуальном доме в европейских и российских условиях, потребляет в год 4000–5000 кВт · ч электроэнергии (без учета расхода энергии на отопление). Для выработки такого количества энергии в год в Московском регионе достаточно солнечной электростанции установленной мощностью 5–6 кВт, размещенной на южном скате кровли и занимающей приблизительно 45–60 кв. м. В летний период такое здание производит избыточное количество электричества, которое продается местной сетевой компании. Зимой, напротив, обитатели вынуждены приобретать электроэнергию, поскольку в рассматриваемых географических зонах солнечной радиации недостаточно (проблемы российского регулирования энергетического рынка, не позволяющие отдавать/продавать выработанную солнечную энергию в сеть, мы здесь оставляем за скобками и вернемся к ним в главе о нашей «энергетической сверхдержаве»).
    В то же время данное решение является половинчатым, поскольку на долю бытового электричества приходится лишь малая часть энергетических затрат среднего домохозяйства. Это справедливо как для Центральной и Северной Европы, так и для России. Порядка 85% потребляемой за год средним домохозяйством энергии приходится на отопление и горячее водоснабжение.
    Таким образом, положительный баланс по всей потребляемой энергии может быть достигнут путем 1) существенного повышения энергоэффективности здания для снижения потребности в тепле, как это делается в пассивных домах, о которых мы говорили выше, и 2) применения дополнительного инженерного оборудования, использующего ВИЭ. Наиболее распространенное решение выглядит так: геотермальный тепловой насос, берущий на себя основные функции по обеспечению здания теплом и горячей водой, плюс солнечные коллекторы для поддержки горячего водоснабжения и отопления. При данной комбинации правильно рассчитанная солнечная электростанция, включающая соответствующие аккумуляторные емкости, действительно может обеспечивать годовой положительный энергетический баланс. И, как сказано выше, в ряде стран Западной Европы строительство подобных домов становится рядовой практикой уже сейчас, многие строительные компании включили подобные дома в свои стандартные продуктовые линейки. Количество построенных домов с положительным энергетическим балансом уже исчисляется тысячами.
    В мои цитаты Удалить из цитат
  • Концепция пассивного дома, разработанная в начале 90-х гг. XX века немецким профессором-инженером Вольфгангом Файстом, является, пожалуй, главной теоретической основой современного энергоэффективного строительства, в том числе указанной директивы. «Пассивность» означает здесь «тепловую нейтральность», или «тепловую инерционность», здания, «безразличие» внутреннего микроклимата к температуре «за бортом». Пассивный дом проектируется и строится таким образом, что потребность в тепловой энергии для его отопления ничтожно мала. Непрерывный массивный тепловой контур здания и вентиляционная система с рекуперацией (теплообменом) обеспечивают крайне низкую потерю тепла, сочетающуюся с комфортным микроклиматом (равномерный прогрев внутренних поверхностей, контролируемый обмен воздуха и его фильтрация и т.п.). Соответствующим стандартом регламентируется также и расчетный расход электрической энергии.
    В мои цитаты Удалить из цитат
  • Строительство таких зданий не сопряжено с использованием каких-либо уникальных, «инновационных» и т.п. материалов и не является чудом. Все дело в грамотном, квалифицированном проектировании, надлежащем теплотехническом расчете (энергетическом моделировании) и аккуратной, качественной работе строителей. Современный дом никогда не строится как «коробка». И тепловая оболочка, и инженерные системы проектируются комплексно. Только таким образом достигаются высокие потребительские качества и энергосберегающие характеристики.
    В мои цитаты Удалить из цитат
  • Каким образом будет решаться задача повышения энергетической эффективности зданий? С помощью хорошо известного практикам комплекса мероприятий, основными из которых являются обязательное устройство механической вентиляции с эффективной рекуперацией тепла (теплообменом), уменьшение теплопроводности ограждающих конструкций (стен, кровли, основания) с помощью дополнительного утепления, повышение качества проектирования и строительных работ для достижения нормативных показателей воздухопроницаемости здания и исключения мостиков холода (мест соприкосновения неизолированных строительных конструкций с окружающей средой, через которые происходят высокие потери тепла). Следует оговориться, что указанная задача в значительной степени решена уже сейчас, поскольку, как мы отметили выше, знания и технологии для этого уже имеются.
    В мои цитаты Удалить из цитат
  • 2010 г. была принята Директива ЕС № 2010/31/EU об энергетической эффективности зданий (Energy Performance of Buildings Directive — EPBD). В соответствии с данным документом начиная с 2021 г. (для административных построек — с 2019 г.) все новые строящиеся в Европейском союзе дома должны быть зданиями с «почти нулевым потреблением энергии» (nearly zero energy buildings). «Почти равная нулю или очень незначительная потребность в энергии такого здания должна покрываться главным образом за счет возобновляемых источников энергии, включая такие источники, расположенные в месте нахождения здания или его окрестностях»180.
    В мои цитаты Удалить из цитат
  • читателей, желающих запастись энергией впрок, заметим, что используемые в домашних хозяйствах аккумуляторные емкости при сегодняшнем развитии техники не позволяют сохранить энергию «про запас», «запастись на зиму» и т.п. Данная техника предназначена для сглаживания неравномерности инсоляции в течение суток и может быть также использована в качестве стабилизатора сети и источника бесперебойного питания. Емкость стандартных бытовых аккумуляторов, как правило, не превышает суточную потребность домохозяйства в электроэнергии. Создание больших емкостей для хранения энергии («на неделю» и более) в домашних условиях теоретически возможно, но при имеющихся технологиях и их стоимости (более €1000 за киловатт-час емкости) нерационально с экономической точки зрения.
    В мои цитаты Удалить из цитат
  • Для домашнего хранения энергии исторически главным образом используются свинцово-кислотные аккумуляторы. С развитием техники все большую рыночную долю завоевывают литийионные аккумуляторы (Li-Ion) и их разновидности, например литийжелезофосфатные (LiFePO4), которые обладают лучшими техническими характеристиками. Их цена выше, но постепенно, по мере развития техники и увеличения объемов производства, снижается. В 2014 г. стоимость литийионных батарей упала на 20%, в 2015 г. прогнозируется падение цен еще на 15%190. Кроме того, во многих европейских странах действуют программы льготного кредитования современных систем накопления энергии, стимулирующие их приобретение. К 2018 г. ожидается десятикратный рост мощностей домашних аккумуляторных систем хранения в мире — до 900 МВт, по сравнению с нынешними 90 МВт191. Кстати, автопроизводитель Tesla, строящий «Гигафабрику» по производству аккумуляторов в США, также уже начал продавать системы хранения энергии для домашнего пользования, диверсифицируя таким образом свой бизнес. Широко разрекламированный Powerwall от Tesla представляет собой комплект Li-Ion аккумуляторов в элегантном корпусе, оснащенный системой бесперебойного питания.
    Сегодня на европейском рынке популярность завоевывают комплектные системы преобразования и хранения солнечного электричества. Такая система представляет собой единый блок — шкаф размером с небольшой холодильник, в котором размещены Li-Ion аккумуляторы, инвертор, блок бесперебойного питания и система электронного учета электроэнергии. Данные продукты упрощают процессы проектирования и монтажа домашних солнечных электростанций, что также способствует росту их распространения.
    В мои цитаты Удалить из цитат
  • По мере развития умных сетей одним из важных элементов систем хранения энергии в течение ближайших 15–20 лет может стать электромобиль, точнее вся совокупность электромобилей. По статистике, средний автомобиль простаивает 95% времени. Для зарядки электромобиля на современной станции требуется менее получаса. Все остальное, свободное от зарядки и передвижения время он может служить накопителем энергии для нужд локальной, городской и национальной электросети, накапливая и отдавая энергию. Концепция, называющаяся по-английски vehicle-to-grid (V2G), или «транспортное средство — сеть», уже активно тестируется в рамках пилотных проектов, осуществляемых в США, Дании и Германии.
    В мои цитаты Удалить из цитат
  • Изыскания в области усовершенствования систем хранения энергии идут рука об руку с развитием так называемых умных электрических сетей (smart grids), о которых подробнее будет рассказано в главе об энергетической системе будущего. Основной характеристикой smart grid является точная («умная») настройка процессов производства и потребления энергии для минимизации как сетевых потерь, так и объемов мощностей для хранения энергии. Другими словами, в идеале сама конфигурация сетей будет обеспечивать соответствие объемов генерации и потребления, что сократит потребность в промежуточных звеньях в виде емкостей для хранения энергии.
    В мои цитаты Удалить из цитат
  • Поскольку водород является довольно сложным с точки зрения хранения и применения веществом, рассматриваются иные способы преобразования солнечного электричества в жидкое топливо посредством химических реакций. Например, ученые Гарварда разрабатывают технологию, которая дополняет процесс электролиза путем использования бактерий, в результате чего получается более удобное для хранения жидкое топливо199.
    В мои цитаты Удалить из цитат
  • Интересные перспективы развития «оптовых» систем хранения электроэнергии, вырабатываемой ВИЭ, связаны с водородной энергетикой, которая сегодня рассматривается в качестве одного из главных потенциальных направлений энергетики будущего. Водород является эффективным и экологически чистым видом топлива. Однако для его производства из воды путем электролиза нужна электрическая энергия. В то же время установленные мощности солнечной и ветряной генерации периодически производят «излишки» энергии. Это, в частности, проявляется в отрицательных оптовых ценах на электроэнергию, время от времени фиксируемых на немецком биржевом рынке. При дальнейшем сокращении зеленых тарифов возникает проблема реализации чистой электроэнергии, например в летние солнечные воскресные дни, когда спрос на электричество минимален. Вот здесь и может использоваться технология «power-to-gas» (энергия-газ), позволяющая производить водород электролизом с помощью «лишнего» электричества и обеспечивать длительное хранение его больших объемов с последующим использованием по потребности. Обратное преобразование водорода в электричество происходит путем химической реакции водорода и кислорода в топливном элементе. Несмотря на довольно высокий процент потерь, использование данного метода все равно рационально по сравнению с потерей энергии или ее продажей по отрицательным ценам.
    В мои цитаты Удалить из цитат
  • многообещающим направлением развития аккумуляторных систем хранения являются так называемые проточные редокс-аккумуляторы (Redox flow batteries), хранение и отдача энергии которыми осуществляется путем химической реакции в жидком, как следует из названия, электролите. Такие батареи имеют на сегодняшний день уже довольно широкое промышленное применение. Они недороги (дешевле литийионных), надежны и долговечны. Их недостатком является относительно низкая плотность энергии, поэтому для создания сколько-нибудь значительных электрических емкостей требуются большие объемы электролита и габариты самих батарей. Тем не менее активные исследования и эксперименты с химическим составом проточных аккумуляторов постепенно повышают их эффективность. Американские производители утверждают, что через два-три года использование данного вида накопителей энергии будет дешевле, чем применение пиковых газовых электростанций197.
    В мои цитаты Удалить из цитат
  • сентябре 2014 г. вступил в коммерческую эксплуатацию первый в Европе «Батарейный парк», назначением которого является накопление энергии и стабилизация электросети — выравнивание неоднородности нагрузки и частоты в электрической сети с помощью накопителей энергии — аккумуляторов196. Мощность предприятия — 5 МВт, емкость аккумуляторов — 5 МВт · ч. Производитель используемых литийионных батарей, Samsung, гарантирует заявленные технические параметры в течение 20 лет. В отличие от традиционных электростанций, выполняющих регулирующие функции, аккумуляторная система работает быстрее и с большей точностью, реагируя на изменения в миллисекунды, что идеально подходит для энергетической системы с большой долей ВИЭ.
    В мои цитаты Удалить из цитат
  • Поэтому одним из перспективных направлений совершенствования промышленных систем хранения энергии является развитие аккумуляторной техники, несмотря на нынешние высокие удельные капитальные затраты. Электрические аккумуляторы не только заменяют газовые турбины в качестве регулятора пиковых нагрузок, но также выполняют и другую важную роль — сохраняют выработанную электроэнергию.
    В мои цитаты Удалить из цитат
  • Традиционно роль таких выравнивающих мощностей играют гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС) — одно из древнейших средств накопления энергии. Мощности действующих в мире ГАЭС пока многократно превышают любые альтернативные средства хранения энергии вместе взятые. Гидроаккумулирующая электростанция действует по следующему принципу. Имеется два резервуара, находящихся на разной высоте. Во время минимума энергопотребления ГАЭС с помощью полученной из сети (дешевой) электроэнергии перекачивает воду в верхний резервуар. Во время пиков энергопотребления станция, напротив, сбрасывает воду из верхнего резервуара в нижний, вырабатывая (дорогую) электроэнергию. При всей массивности и кажущейся неповоротливости конструкции ГАЭС отличается достаточно быстрым откликом на изменения спроса/предложения в электрической сети, запускаясь в течение нескольких минут.
    Имеющиеся европейские емкости ГАЭС в принципе позволяют решать задачу накопления энергии в современных условиях. По мнению Экспертного совета правительства Германии по вопросам окружающей среды, Европа в целом обладает природными ресурсами для обеспечения с помощью ГАЭС стабильности энергосистемы, функционирующей на основе даже 100% ВИЭ. Речь идет в первую очередь о Норвегии и Швеции, а также Австрии. Правда, для решения этой задачи потребуется существенное расширение сетей передачи энергии193, что, собственно, и наблюдается сейчас. «Через пять лет Норвегия станет “аккумуляторной батареей” Германии» благодаря осуществлению проекта NordLink — прокладке подводной высоковольтной линии электропередачи194.
    Тем не менее ГАЭС имеет ряд существенных недостатков. Для строительства электростанции нужны подходящие рельефно-географические условия, ее возведение связано со значительным вмешательством в окружающую среду. Отмечая технологические особенности ГАЭС, связанные с перекачкой воды и соответствующими энергозатратами, противники называют ГАЭС «пожирателями энергии», хотя КПД других систем накопления энергии, как правило, не выше.
    Для покрытия пиковых нагрузок в электрической сети наряду с ГАЭС традиционно применяются газотурбинные электростанции, обладающие высокой скоростью реакции — быстрым (в течение нескольких минут) набором мощности. Тем не менее с увеличением доли ВИЭ в энергетических системах регулирование нагрузки с помощью традиционных электростанций становится все более затруднительным. Кроме того, удельная приведенная стоимость производства электроэнергии (LCOE) пиковыми газовыми электростанциями, имеющими, как правило, низкий коэффициент использования установленной мощности (КИУМ), высока и в большинстве случаев превышает удельные затраты генерации ВИЭ195.
    В мои цитаты Удалить из цитат