Сколько и откуда происходит электрогенерация и почему? Интересно мировым инвесторам.

Получайте ежедневные новости от CleanTechnica по электронной почте. Или следите за нами в Google News!

В этой неделе у меня снова была возможность говорить правду о деньгах, что является одним из моих основных упоров. Нам нужно вложить в технологии правильным образом триллионы долларов, чтобы избавиться от климатического хаоса, который мы создали. За последние 15 лет мои усилия по накоплению достаточной мудрости для создания прогнозов того, как будет выглядеть будущее, позволили таким организациям, как Jefferies Group, пятому по величине инвестиционному банку США, привлечь меня для выступлений перед их клиентами.

Как и в случае с недавним докладом Международного энергетического агентства (МЭА) и Глобальной организацией по развитию и сотрудничеству в области энергетической интерконекции (ГОРК), организацией, созданной Китаем для работы с крупными энергосистемами, Jefferies понимает, что капиталовложения в сети остаются недостаточными уже много лет. Любые достижения, созданные благодаря техническим инновациям, таким как светодиоды, были уже использованы, и крупномасштабные проекты по производству электроэнергии и хранению ожидают своей очереди в длинных регуляторных очередях. Именно поэтому Jefferies пригласил меня ранее выступить и задать вопросы о причинах выбора электрификации и почему это важно для регулярности инвестиций.

В ходе этой беседы я рассмотрел все виды материального производства электроэнергии, прошлое и настоящее, мои предварительные ожидания того, какую часть мировой энергии должны обеспечивать эти виды энергоносителей в 2060 или 2080 году, и влияние этих прогнозов на инвестиции в общий электрический рынок.

Как я подчеркнул в своих вступительных речах, электричество – будущее энергетики. Оно гораздо эффективнее по сравнению с другими молекулами энергии и таким образом станет более экономически целесообразным в будущем. Любой путь, который подразумевает преобразование энергии с помощью создания молекул, таких как зеленый водород или синтетические топлива, будет более дорогим по сравнению с альтернативными вариантами, которые могут осуществлять электрификацию с помощью аккумуляторов или сетевого подключения. Вся наземная транспортная система и все системы отопления будут работать на электрической энергии. Помимо этого, прямое использование электричества влечет за собой гораздо меньшие негативные внешние эффекты, чем любая другая альтернатива, что также означает меньшее воздействие на здоровье человека и окружающую среду. Благодаря повышенной эффективности, нам не понадобится столько энергии, и, возможно, около 50% нынешнего энергопотребления США будет избыточным, когда основной источник энергии будет составлять ветер и солнце.

Но это все равно много электроэнергии – примерно в шесть раз больше, чем США производит сейчас из низкоуглеродных источников. И это вполне достижимый уровень роста за пару десятилетий. Кроме того, есть крупные центры спроса, такие как города и промышленность, которые не смогут вырабатывать достаточно электричества при помощи солнечных панелей для удовлетворения спроса. Поэтому строительство ветро- и солнечных электростанций в местах с сильным ветром и солнцем и передача этой электроэнергии в центры спроса станет важной задачей. В системе также потребуется больше передачи электричества и более мощные распределительные сети.

Давайте рассмотрим список различных видов производства электроэнергии и мои прогнозы.

В общих чертах, принцип организации базируется на устаревающих технологиях, новых технология, которые будут доминировать, и технологиях, которые входят в общую картину. А также мы рассмотрим некоторые возможные последствия.

Как и прежде, мнение профессионала на период нескольких десятилетий имеет большую погрешность. Это вероятный сценарий на основе моего профессионального мнения. Не показывает ли это правильные прогнозы? Нет. Но, я думаю, что это более точные прогнозы, чем большинство других.

Гидроэнергетика

Китай и другие регионы все еще строят гидроэлектростанции, и в северных частях континентов все еще остается много неиспользованных природных ресурсов. Если гидроэлектростанции строятся в регионах с небольшим биомассивом, а его остатки полностью удаляются, то на протяжении строительства компенсируется углеродный след, вызванный строительством. Гидроэлектростанции являются многопоколенными стратегическими активами. Они, как правило, имеют сезонное предназначение: высокая генерация весной и низкая генерация осенью. Это часто компенсирует генерацию ветра, например, в Бразилии, где я изучал паттерны в ходе обсуждений между глобальным технологическим гигантом и операторами электросети Бразилии.

Но у таких станций есть ограничения. Большие западные гидроэлектростанции США строились в периоды необычайно высоких осадков, после чего регион снова стал полупустынным. Эта засуха усугубляется вызванным изменением климата, что приводит к угрозам для генерации электроэнергии. Неслучайно разрешения на строительство угольных электростанций в Китае в 2022 году были вызваны засухами на западе Китая, и поэтому их гидропарк не смог превзойти свои показатели. Это не будет постоянным состоянием, так как Китай строит массовые проекты ветро- и солнечной энергетики, и поэтому угольное производство будет сокращаться, начиная с 2024 года, как это я отмечал недавно в своей статье, приводящей нюансы ситуации.

Гидроэлектростанции, благодаря своей синхронной генерации, которые обеспечивают напряжение и контроль частоты, как правило, оборудуются высоковольтными системами переменного тока (HVAC), но их также можно изменить, оснастив их несинхронными генераторами и системами прямого высоковольтного постоянного тока (HVDC).

Угольная энергетика

Уголь остается самым невыгодным видом производства электроэнергии с точки зрения негативных внешних эффектов. Но, как и в случае с гидроэлектростанциями и атомными электроэлектростанциями, угольное производство включает генерацию с помощью синхронных асинхронных турбин, которые обеспечивают напряжение и контроль частоты в процессе генерации. Но теперь мы имеем решение.

Мы всегда будем производить электричество из метана, начиная с ископаемого природного газа, а затем переходя к использованию биометана. Это удобная, дешевая, высокоэнергетическая молекула, она хорошо хранится в соляных глубинах, и поэтому использование ее будет сокращаться с течением времени. Более того, все чаще она будет работать на биометане. Это станет частью стратегий энергетической безопасности в условиях отсутствия яркого солнца и ветра, и даже если некоторым странам придется сжигать метан в течение пары недель в году каждые десять или 50 лет, это будет намного лучше, чем ситуация сейчас. Метан является более разумной молекулой для хранения энергии в таких случаях, чем водород.

Аэропорты и объекты нефтяных песчаных месторождений сжигают природный газ для получения электричества и отопления зданий и процессов. Это все будет заменено тепловыми насосами для коммерческих объектов и 45% промышленного отопления, а также другими технологиями электрического отопления для более высоких температурных требований. Шансы на добычу нефтяных песков Альберты, конечно же, исчезнут, поэтому исчезнут и огромные объемы природного газа, которые они сжигают для создания пара для разработки и обработки песчаной нефти в их гридах.

Большинство этих объектов, разумеется, будут устанавливать параллельно солнечные панели и тепловые насосы, что означает увеличение электропотребления, но изменится запрос на энергию на гриде. Будет ли в целом использоваться биометан для совместной генерации? Да, возможно, но это будет погрешность округления.

Атомная энергетика

Как я обсудил на прошлой неделе с доктором Джозефом Роммом, который будет гостем в нашем подкасте Redefining Energy - Tech 8 ноября, вырубка деревьев для их распиливания и отправки в Европу для сжигания не имеет климатического смысла. Она не является углеродно-нейтральной, как утверждают существующие регуляции ЕС, а, наоборот, проблемой климата. ЕС и другие страны обязательно об этом поймут.

Проектируемая мощность ядерных электростанций в китае по-прежнему растет экспоненциально, в то время как программа АЭС остается плоской, среднегодовая выработка на данный момент составляет всего три реактора, включенных в сеть, но они не находятся в коммерческой эксплуатации, поэтому в 2023 году возможно, что в Китае не будет новых реакторов.

Я связываю это с тем, что Китай отказался от третьего пункта, единого дизайна, ради других стратегических целей, и это была ошибка. Этой целью был международные продажи китайских ядерных реакторов и строительство. Китай знал, что другие страны тоже будут заинтересованы в строительстве атомных электростанций, поэтому они разработали около восьми различных дизайнов атомной энергики различных технологий до настоящего времени. Таким образом, они уничтожили экономию масштаба. Они также исследуют другие дизайны ядерных электростанций в лабораториях и в режиме прототипирования, расширяя эту проблему, а не уменьшая ее.

Напомню, что до тех пор, пока Великобритания и США не решили, что Китай представляет угрозу, а не партнера, Китай совместно строил реактор Hinkley Site С с французской компанией EDF. Это больше не так.

Я остаюсь довольным практически каждым реактором, который вводится в коммерческую эксплуатацию, но особенности этого вида производства электроэнергии не позволят ему стать главным игроком, а его относительное производство значительно уменьшится.

Ветроэнергетика

Наземные ветряные электростанции дешевы и легко строятся в масштабном производстве, и самая большая ветряная ферма сейчас имеет мощность более 20 ГВт, а также большое количество малоиспользуемой земли по всему миру подходит для ее установки. Системы передачи постоянного тока с высоким напряжением (HVDC) обеспечивают очень эффективную передачу электричества на большие расстояния с очень низкими потерями, и энергия от ветра является асинхронной, поэтому HVDC более подходит для крупных удаленных ветряных ферм, чем HVAC.

Технологии управления электрической энергией на ветряных фермах позволяют им играть роль надежного резерва для устранения незначительных отклонений и обеспечения контроля частоты и напряжения. С увеличением доли ветровой энергии на гриде все больше и больше ее будет работать с небольшим ниже максимального потенциала, чтобы использовать пиковые прайс-спайки и конкурировать на рынках дополнительных услуг, например, на новом рынке инерции Великобритании.

На суше ветроэлектростанции – это скучные вспомогательные установки для производства электричества, гибкая угольная электростанция современной электросети. Единственная проблема в том, что они выделяются и могут раздражать людей.

Оффшорные ветряные электростанции могут устанавливаться большими масштабами, поскольку проще доставлять огромные лопасти и стойки к морским участкам на кораблях, чем по железным дорогам и дорогам – на суше, а энергия от ветра над морем выше и более стабильна ближе к поверхности. Сейчас мы строим оффшорные ветряные фермы мощностью в несколько гигаватт за 10 месяцев. Оффшорные участки еще малоизучены и часто ближе к крупным городам. Плавающие ветровые энергетические установки развиваются быстро.

Средняя стоимость оффшорных ветровых электростанций всегда будет выше, чем у наземных, но они обладают более высокими коэффициентами заполнения для компенсации.

Поскольку для транспортировки электроэнергии на берег требуются подводные кабели, в этой сфере всегда будут преобладать HVDC. Провода с гелием внутри, хранящим зеленый водород, полученный на море, останутся в сфере мечтаний сторонников использования молекул для энергии.

Прогнозируемые ужасные времена для западной оффшорной ветроэнергетики оказываются частью структурной перестройки рынка: китайские производители строят качественные турбины по гораздо более низким ценам, и их производство растет стремительными темпами для внутреннего рынка. Они появляются в тендерах и используются по всему миру. Чтобы напомнить, в 2022 году Китай построил на море столько же ветроэлектростанций, сколько остальной мир построил за предыдущие пять лет.

Солнечная энергетика

Есть большое количество пространства для солнечных ферм. Они просто стоят. В них нет движущихся частей. Они могут быть построены с помощью полуквалифицированного труда, в основном без особого обслуживания. Компоненты поставляются в большом количестве и по низким ценам. Их легко доставить в любую точку мира с использованием стандартных контейнеров, чтобы воспользоваться преимуществами такой модульности.

На Земле много земель, которые либо предназначены под сельскохозяйственные цели, либо их нельзя использовать для иных целей. Благодаря HVDC солнечная энергия может быть транспортирована восточнее на три часа, чтобы обеспечить пиковый спрос вечером, а также отправлена на север с менее населенных экваториальных зон.

Как и ветровые фермы, системы управления электрической энергией позволят им работать в режиме прямого резерва для устранения небольших вариаций, а также для контроля частоты и напряжения. С ростом доли солнечной энергии в гриде все больше солнечной энергии будет работать не на максимальном потенциале, чтобы экономически выгодно использовать пиковые цены и конкурировать на рынках дополнительных услуг, таких как новый рынок инерции в Великобритании.

Солнечные панели будут установлены на крышах и поблизости от коммерческих и промышленных объектов, таких как центры распределения, аэропорты, производственные здания и промышленные объекты. Они будут работать за счет обратного подключения к гриду, в основном для снижения расходов на электроэнергию, но некоторые из них будут использоваться также для обеспечения электричества на грид, по крайней мере, часть времени.

Например, есть много плоских крыш на промышленных парках и в транспортных центрах. Они привлекут большое количество солнечных панелей.

Хотя вся совокупная энергия для многих коммерческих, а также жилых объектов будет обеспечиваться солнечными панелями, это не всегда будет соответствовать требованиям по времени суток. Это потребует расширения связи с гридом в двух направлениях и также за счет захвата энергии.

Тяжелая промышленность потребует огромных объемов электроэнергии, поэтому распределительные линии к большим объектам будут очень мощными и даже могут считаться небольшими линиями передачи.

В квартирах хоть и есть жилье, но их востребование ниже, чем азия, индия или африка. Есть больше плоских крыш на многоквартирных домах, но соотношение площадей крыши к потреблению энергии на душу населения в таких домах значительно ниже.

Как и в случае с коммерческими и промышленными объектами, солнечные панели на жилых домах снижают затраты на укрепление грида и сокращают потребность в передаче, поэтому они имеют свои преимущества. За исключением одержимых офф-гридными типов, у которых доля существует один из тысячи, нет необходимости в сетке обеспечения кроме как законом о нормальных нагрузках, которые стремятся создать около 5-8% на энергопотребление углового объекта. Это вопрос степени, а не разногласий относительно принципа.

Другие виды энергетики

Есть еще некоторые технологии, которые я добавил из-за их процента. Геотермальная энергия склоняется к зонам землетрясений и вулканов, и глубинная геотермальная энергия представляет интерес, но она увеличивает риски долгосрочного характера. Приливы имеют свои проблемы, что делает их эквивалентом для старого определения персональной лодки, т.е. дыра в воде, в которую вы тратите деньги.

Удаленные шахты имеют достаточно длительный срок службы, находятся в удаленных местах и, как правило, окружены незаселенными районами, поэтому они будут обеспечиваться собственными возобновляемыми источниками энергии и системами хранения – комбинациями ветра, воды и солнца, которые имеют смысл для конкретных географических условий. С учетом заявок BHP, Rio Tinto и Fortescue в этом году на использование батарей и микросетевых систем для горнодобывающего оборудования стала только вопросом времени, когда это будет реализовано.

Какую-то роль будут играть накопительные гидроэлектростанции и различные виды аккумуляторных технологий для снижения потребности в дальнейшем производстве электроэнергии за счет временного управления электрической энергией. Различные сегменты будут встречаться с использованием конкретных технологий. Единственным проблемным вариантом является очень длительное хранение на 10 или 100 лет для погодных явлений, поэтому оно будет использоваться в качестве особых стратегических резервов. Кроме того, это не будет водород, за исключением некоторых стран, которые принимают плохие решения. Мало что говорит о том, что водород является отличным кандидатом для долгосрочного хранения, за исключением того, что мы хотим использовать его в качестве энергии. Существуют более подходящие молекулы для этого.

Повышение нагрузок приведет к увеличению мощности аэрокосмической передачи тепла от и к окружающей среде с использованием электричества потребляет больше электричества, чем сжигание природного газа для получения тепла. Одна единица электричества удаляет 2-7 единиц тепла, в зависимости от сезона и источника воздуха, земли или воды. Поэтому это нелинейное увеличение.

Источник: https://cleantechnica.com/2021/11/06/200000mw-of-renewable-energy-is-built-each-year-starting-today-in-two-parts-part-2-electricity-generation/