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

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Сжатый воздух (Compressed air energy storage), преобразование избыточной электроэнергии в газ (power-to-gas), криогенные системы накопления энергии (Liquid air energy storage/LAES), супермаховики (Flywheel storage) — разнообразие более или менее экзотических методов накопления энергии велико. Многие из них уже воплощены в опытных или даже промышленно-действующих образцах. Мы не сможем уделить внимание каждому из них и остановимся на наиболее важных.

Сетевой паритет — это точка, в которой приведенная стоимость производства электричества (LCOE) на основе того или иного источника становится равной цене электроэнергии из сети. Другими словами, в данной точке потребителю становится безразлично с финансовой точки зрения, покупать электроэнергию у сети или производить ее из возобновляемого источника. Поскольку приведенная стоимость производства электричества зависит от природных условий (например, величины солнечной радиации), а цены на электроэнергию в разных странах и для разных категорий потребителей отличаются, разные страны приходят к сетевому паритету в разное время. В текущий момент существует большой ряд исследований, доказывающих достижение сетевого паритета солнечной энергетикой (с тарифом для частных потребителей) Испанией, Италией, Германией, Португалией, Данией, штатом Гавайи, Австралией уже в 2012 г.214 В связи с тем, что тарифы на электроэнергию для промышленных потребителей во многих странах ниже, сетевой паритет с индустриальным тарифом достигается возобновляемой энергетикой позже, тем не менее он уже достигнут Кипром215 и Чили216.

Политика квот используется в 25 странах на национальном уровне, а на региональном — в 54 штатах/провинциях США, Канады и Индии233. Итак, слухи о затратности, дороговизне возобновляемой энергетики, лежащей тяжким бременем на шее у государства, сильно преувеличены. Возобновляемая энергетика превратилась в мощную рентабельную отрасль глобальной экономики. Расходы на ее создание явились и остаются не «бюджетными потерями», а инвестициями в заводы и технологии, научные разработки, рабочие места и экологически чистое будущее. Эти расходы несет все общество, но положительный мультипликативный эффект данных инвестиций, синергия от развития новых технологий и производств существенно превышает осуществляемые вложения. Исследование, проведенное New Climate Institute, Германия, показало, что мероприятия по ускоренному развитию ВИЭ, которые могли бы осуществить ЕС, Китай и США в целях ограничения роста температуры 2 °C обеспечили бы к 2030 г. годовую экономию за счет сокращения импорта углеводородов в общей сложности $500 млрд предотвратили бы более миллиона человеческих смертей и создали бы 2 млн дополнительных рабочих мест234.

Биоэнергетика — выработка тепловой и электрической энергии на основе быстро возобновляемого органического сырья (биомассы). Биомассу называют накопленной солнечной энергией, подразумевая решающую роль солнца в образовании органических веществ.