Экспертное мнение о "зелёной" энергетике: за и против
"Только с помощью фотоэлектрической и ветровой энергии никогда не создать надежное электроснабжение из собственных ресурсов", - говорит эксперт по энергетике Харальд Шварц. Но так ли это? Кристоф Виттвер из ISE видит это иначе.
Эксперт по энергетике профессор Харальд Шварц подал противоречивое заявление в комитет по экономике и энергетике Бундестага Германии. Профессор Кристоф Виттвер из Института солнечных энергетических систем им. Фраунгофера (ISE) возражает мнению, что поэтапный отказ от угля, запланированный к 2038 году, должен быть отложен в смысле «устойчивого и безопасного перехода к энергетике в электроэнергетическом секторе». Он считает, что мировое электроснабжение может быть обеспечено за счет возобновляемых источников. Маркус Брайан говорил с ним.
- Главный предмет критики со стороны профессора Шварца заключается в том, что гарантированная мощность энергии ветра составляет всего 1-2 процента, а у фотоэлектрических систем - 0 процентов. Что именно это означает и можно ли по-прежнему развивать производство энергии на основе ветра и солнца?
- Солнечная и ветровая энергия доступны не всегда, но их можно хранить. В исследовании, опубликованном в начале года, мы использовали модельные расчеты с почасовым анализом в течение следующих тридцати лет, чтобы показать, что, несмотря на высокую долю колеблющихся возобновляемых источников энергии для производства электроэнергии, каждый потребитель может быть безопасно снабжен в любой час [1]. ]
Совершенно очевидно, что в долгосрочной перспективе нам понадобится управляемая генерация в дополнение к колеблющимся возобновляемым источникам энергии. Системы хранения, гибкие газовые электростанции, а также комбинированные теплоэлектростанции, которые временно работают на электричестве, являются здесь хорошим вариантом, поскольку они могут работать в долгосрочной перспективе с водородом или другим топливом, производимым из возобновляемой электроэнергии. Это означает, что большая гибкость в обеспечении электроэнергией, а также в ее использовании становится ключевым элементом развития системы. Трансформация энергоснабжения в сторону системы, основанной на возобновляемых источниках энергии, возможна с технической и системной точек зрения.
- Находимся ли мы здесь уже на правильном пути или, как опасается профессор Шварц, в ближайшие годы мы столкнемся со все более критическими ситуациями с энергоснабжением?
- В Германии надежность поставок до сих пор была очень высокой. Федеральное сетевое агентство сообщает о SAIDI - что означает индекс средней продолжительности прерывания системы, то есть незапланированное прерывание в сети - в 12,20 минут за весь 2019 год. Что касается надежности поставок, Германия находится в лидирующей группе в Европе - значительно опережая например Францию с ее высокой долей ядерной энергии, где SAIDI регулярно превышает 60 минут. Пока нет связи между значением SAIDI и долей возобновляемых источников энергии в сети, поэтому меня не беспокоят ближайшие годы. Однако очевидно, что пропускные способности сетей достигаются все чаще и что расширение сети должно происходить в срочном порядке.
На будущее нам нужны четкие корректировки в регулировании и структуре энергетического рынка, чтобы ускорить изменение системы. Помимо расширения сети, речь идет о стимулах для переключения нагрузки, чтобы сбалансировать производство и потребление. Самая большая проблема на данный момент - это узкое место между севером и югом. Большие мощности ветровой энергии на севере не могут быть переданы на юг с высоким потреблением энергии. Мы также должны генерировать как можно больше возобновляемой энергии на месте, например, за счет увеличения количества фотоэлектрических элементов в застроенной среде на юге Германии. Потенциал использования интегрированных фотоэлектрических систем - например, в зданиях, транспортных средствах, в сельском хозяйстве - огромен. Аналогичным образом, когенерация тепла и электроэнергии для преобразования жилого и промышленного секторов имеет большое значение для декарбонизации, и обеспечение электроснабжения на месте является полезным побочным эффектом.
- Шварц требует, чтобы расширение регенеративной генерации от фотоэлектрической и ветровой энергии было ограничено до тех пор, пока не будут поддерживаться другие технологии (накопление, Power-to-Gas и т. д.), Чтобы не подвергать опасности надежность энергоснабжения. Согласны ли вы с этим?
- Для своевременного достижения климатических целей важно резко ускорить распространение возобновляемых источников энергии - например, в случае фотоэлектрических систем до примерно 10 ГВт в год. Количество сетевых вмешательств посредством так называемой «повторной отправки» электростанций и «управления подачей» для систем возобновляемой энергии на самом деле резко увеличилось в последние годы, поскольку сеть не расширяется достаточно быстро. Каталог мер для переходного периода действительно был бы очень полезен, например, конечный потребитель не получает выгоды от дешевых или даже отрицательных цен на электроэнергию при чрезмерном регулировании.
Однако в последние несколько лет действительно критической ситуации не было по техническим причинам, а скорее из-за развития рынка. Разделение работы сети и рынка энергии представляет собой серьезную проблему для регулирования и проектирования энергетического рынка. Новые системные услуги для работы сети необходимы для создания «свободного» рынка в ограниченной сети без ограничения надежности энергоснабжения.
Одновременно с созданием подходящей рыночной основы для экологически чистых технологий хранения и преобразования электроэнергии, необходимо, безусловно, и дальше активизировать распространение возобновляемых источников энергии. Иначе невозможно достичь климатических целей и запланированного сокращения выбросов парниковых газов.
- В качестве возможных вариантов создания производства электроэнергии без выбросов CO2 без риска для надежности энергоснабжения профессор Шварц видит, помимо прочего, возврат к производству электроэнергии с помощью ядерной энергии с реакторами 3-го и 4-го поколения, а также сохранение производство угля с выделением CO2. На ваш взгляд, это разумные варианты?
- Я твердо убежден, что мы можем достичь поставленных нами климатических целей, не полагаясь на ядерную или угольную энергию. Конечно, очень сложно иметь большое количество зависящих от погодных условий и непостоянных источников энергии и в то же время гарантировать надежность энергоснабжения. Но это работает без ядерной энергии или угля. Инвестиционные затраты на новые атомные электростанции чрезвычайно высоки, себестоимость производства электроэнергии уже во много раз превышают затраты на солнечную и ветер. Себестоимость производства фотоэлектрических накопительных электростанций также очень быстро снижаются благодаря уже успешному развитию рынка. Также есть вопросы безопасной эксплуатации и до сих пор не решенный вопрос окончательного хранения радиоактивных отходов. Угольные электростанции выделяют особенно большое количество CO2, и технология CCS также проблематична с точки зрения конечного хранения и затрат. Помимо ветра и солнца, нам нужны, прежде всего, быстроуправляемые электростанции, которые могут эксплуатироваться устойчиво. Это могут быть очень дешевые газовые турбины, которые работают только от случая к случаю. И со временем они могут быть переделаны на водород. Таким образом, мы видим очень надежный путь к надежности поставок на основе возобновляемых источников энергии.
- Шварц прогнозирует, что фотоэлектрическая и ветровая энергия будут иметь заметную, но не доминирующую долю в производстве электроэнергии с низким содержанием CO2 во многих странах. Вместо этого преобладающей частью будут атомные электростанции IV поколения или тепловые электростанции, работающие на угле, газе, биомассе (возможно, с улавливанием CO2) или гидроэнергетика. Как вы думаете, этот прогноз реалистичен?
- Прежде всего, я хотел бы подчеркнуть, что я не являюсь ядерным исследователем и лишь частично слежу за техническими разработками в этой области. Конечно, есть новаторские разработки, но я не знаю ни одной концепции, которая хотя бы близка к прорыву. Улавливание и хранение CO2 также влечет за собой в первую очередь геологические риски для окружающей среды, которые еще нельзя полностью оценить. Кроме того, этот подход в настоящее время не представляет особого интереса с экономической точки зрения, и я не ожидаю широкомасштабного использования, пока не будет достигнута 100-процентная нейтральность выбросов парниковых газов.
С другой стороны, возобновляемые источники энергии являются технически и экономически зрелыми, как с точки зрения себестоимости, так и с точки зрения системных затрат. Таким образом, солнечная и ветровая энергия будут доминирующими технологиями для энергоснабжения во всем мире, дополненными биомассой и, в зависимости от региональных условий, также гидроэнергетикой.
Даже если принять во внимание растущий спрос на электроэнергию во всем мире, существует множество серьезных исследований, которые показывают, что глобальное электроснабжение может быть обеспечено, по крайней мере, преимущественно за счет этих регенеративных источников до 2050 года. Ядерная энергия или уголь не требуются в значительной степени в Германии, но также и в других странах.
[1] https://www.ise.fraunhofer.de/de/geschaeftsfelder/leistungselektronik-netze-und-intelligente-systeme/energiesystemanalyse/energiesystemmodelle-am-fraunhofer-ise/remod.html
Кристоф Виттвер возглавляет подразделение «Силовая электроника, сети и интеллектуальные системы» в ISE. С 2008 года он также является лектором во Фрайбургском университете по международной программе REM «Инженерия и менеджмент в области возобновляемых источников энергии». В 2014 году Фрайбургский университет назначил его почетным профессором. Во время преподавания отвечает за лекционный модуль «Умные сети».
https://makroskop.eu/43-2020/der-ausbau-der-erneuerbaren-energien-muss-intensiviert-werden/ 11.2021
Эксперт по энергетике профессор Харальд Шварц подал противоречивое заявление в комитет по экономике и энергетике Бундестага Германии. Профессор Кристоф Виттвер из Института солнечных энергетических систем им. Фраунгофера (ISE) возражает мнению, что поэтапный отказ от угля, запланированный к 2038 году, должен быть отложен в смысле «устойчивого и безопасного перехода к энергетике в электроэнергетическом секторе». Он считает, что мировое электроснабжение может быть обеспечено за счет возобновляемых источников. Маркус Брайан говорил с ним.
- Главный предмет критики со стороны профессора Шварца заключается в том, что гарантированная мощность энергии ветра составляет всего 1-2 процента, а у фотоэлектрических систем - 0 процентов. Что именно это означает и можно ли по-прежнему развивать производство энергии на основе ветра и солнца?
- Солнечная и ветровая энергия доступны не всегда, но их можно хранить. В исследовании, опубликованном в начале года, мы использовали модельные расчеты с почасовым анализом в течение следующих тридцати лет, чтобы показать, что, несмотря на высокую долю колеблющихся возобновляемых источников энергии для производства электроэнергии, каждый потребитель может быть безопасно снабжен в любой час [1]. ]
Совершенно очевидно, что в долгосрочной перспективе нам понадобится управляемая генерация в дополнение к колеблющимся возобновляемым источникам энергии. Системы хранения, гибкие газовые электростанции, а также комбинированные теплоэлектростанции, которые временно работают на электричестве, являются здесь хорошим вариантом, поскольку они могут работать в долгосрочной перспективе с водородом или другим топливом, производимым из возобновляемой электроэнергии. Это означает, что большая гибкость в обеспечении электроэнергией, а также в ее использовании становится ключевым элементом развития системы. Трансформация энергоснабжения в сторону системы, основанной на возобновляемых источниках энергии, возможна с технической и системной точек зрения.
- Находимся ли мы здесь уже на правильном пути или, как опасается профессор Шварц, в ближайшие годы мы столкнемся со все более критическими ситуациями с энергоснабжением?
- В Германии надежность поставок до сих пор была очень высокой. Федеральное сетевое агентство сообщает о SAIDI - что означает индекс средней продолжительности прерывания системы, то есть незапланированное прерывание в сети - в 12,20 минут за весь 2019 год. Что касается надежности поставок, Германия находится в лидирующей группе в Европе - значительно опережая например Францию с ее высокой долей ядерной энергии, где SAIDI регулярно превышает 60 минут. Пока нет связи между значением SAIDI и долей возобновляемых источников энергии в сети, поэтому меня не беспокоят ближайшие годы. Однако очевидно, что пропускные способности сетей достигаются все чаще и что расширение сети должно происходить в срочном порядке.
На будущее нам нужны четкие корректировки в регулировании и структуре энергетического рынка, чтобы ускорить изменение системы. Помимо расширения сети, речь идет о стимулах для переключения нагрузки, чтобы сбалансировать производство и потребление. Самая большая проблема на данный момент - это узкое место между севером и югом. Большие мощности ветровой энергии на севере не могут быть переданы на юг с высоким потреблением энергии. Мы также должны генерировать как можно больше возобновляемой энергии на месте, например, за счет увеличения количества фотоэлектрических элементов в застроенной среде на юге Германии. Потенциал использования интегрированных фотоэлектрических систем - например, в зданиях, транспортных средствах, в сельском хозяйстве - огромен. Аналогичным образом, когенерация тепла и электроэнергии для преобразования жилого и промышленного секторов имеет большое значение для декарбонизации, и обеспечение электроснабжения на месте является полезным побочным эффектом.
- Шварц требует, чтобы расширение регенеративной генерации от фотоэлектрической и ветровой энергии было ограничено до тех пор, пока не будут поддерживаться другие технологии (накопление, Power-to-Gas и т. д.), Чтобы не подвергать опасности надежность энергоснабжения. Согласны ли вы с этим?
- Для своевременного достижения климатических целей важно резко ускорить распространение возобновляемых источников энергии - например, в случае фотоэлектрических систем до примерно 10 ГВт в год. Количество сетевых вмешательств посредством так называемой «повторной отправки» электростанций и «управления подачей» для систем возобновляемой энергии на самом деле резко увеличилось в последние годы, поскольку сеть не расширяется достаточно быстро. Каталог мер для переходного периода действительно был бы очень полезен, например, конечный потребитель не получает выгоды от дешевых или даже отрицательных цен на электроэнергию при чрезмерном регулировании.
Однако в последние несколько лет действительно критической ситуации не было по техническим причинам, а скорее из-за развития рынка. Разделение работы сети и рынка энергии представляет собой серьезную проблему для регулирования и проектирования энергетического рынка. Новые системные услуги для работы сети необходимы для создания «свободного» рынка в ограниченной сети без ограничения надежности энергоснабжения.
Одновременно с созданием подходящей рыночной основы для экологически чистых технологий хранения и преобразования электроэнергии, необходимо, безусловно, и дальше активизировать распространение возобновляемых источников энергии. Иначе невозможно достичь климатических целей и запланированного сокращения выбросов парниковых газов.
- В качестве возможных вариантов создания производства электроэнергии без выбросов CO2 без риска для надежности энергоснабжения профессор Шварц видит, помимо прочего, возврат к производству электроэнергии с помощью ядерной энергии с реакторами 3-го и 4-го поколения, а также сохранение производство угля с выделением CO2. На ваш взгляд, это разумные варианты?
- Я твердо убежден, что мы можем достичь поставленных нами климатических целей, не полагаясь на ядерную или угольную энергию. Конечно, очень сложно иметь большое количество зависящих от погодных условий и непостоянных источников энергии и в то же время гарантировать надежность энергоснабжения. Но это работает без ядерной энергии или угля. Инвестиционные затраты на новые атомные электростанции чрезвычайно высоки, себестоимость производства электроэнергии уже во много раз превышают затраты на солнечную и ветер. Себестоимость производства фотоэлектрических накопительных электростанций также очень быстро снижаются благодаря уже успешному развитию рынка. Также есть вопросы безопасной эксплуатации и до сих пор не решенный вопрос окончательного хранения радиоактивных отходов. Угольные электростанции выделяют особенно большое количество CO2, и технология CCS также проблематична с точки зрения конечного хранения и затрат. Помимо ветра и солнца, нам нужны, прежде всего, быстроуправляемые электростанции, которые могут эксплуатироваться устойчиво. Это могут быть очень дешевые газовые турбины, которые работают только от случая к случаю. И со временем они могут быть переделаны на водород. Таким образом, мы видим очень надежный путь к надежности поставок на основе возобновляемых источников энергии.
- Шварц прогнозирует, что фотоэлектрическая и ветровая энергия будут иметь заметную, но не доминирующую долю в производстве электроэнергии с низким содержанием CO2 во многих странах. Вместо этого преобладающей частью будут атомные электростанции IV поколения или тепловые электростанции, работающие на угле, газе, биомассе (возможно, с улавливанием CO2) или гидроэнергетика. Как вы думаете, этот прогноз реалистичен?
- Прежде всего, я хотел бы подчеркнуть, что я не являюсь ядерным исследователем и лишь частично слежу за техническими разработками в этой области. Конечно, есть новаторские разработки, но я не знаю ни одной концепции, которая хотя бы близка к прорыву. Улавливание и хранение CO2 также влечет за собой в первую очередь геологические риски для окружающей среды, которые еще нельзя полностью оценить. Кроме того, этот подход в настоящее время не представляет особого интереса с экономической точки зрения, и я не ожидаю широкомасштабного использования, пока не будет достигнута 100-процентная нейтральность выбросов парниковых газов.
С другой стороны, возобновляемые источники энергии являются технически и экономически зрелыми, как с точки зрения себестоимости, так и с точки зрения системных затрат. Таким образом, солнечная и ветровая энергия будут доминирующими технологиями для энергоснабжения во всем мире, дополненными биомассой и, в зависимости от региональных условий, также гидроэнергетикой.
Даже если принять во внимание растущий спрос на электроэнергию во всем мире, существует множество серьезных исследований, которые показывают, что глобальное электроснабжение может быть обеспечено, по крайней мере, преимущественно за счет этих регенеративных источников до 2050 года. Ядерная энергия или уголь не требуются в значительной степени в Германии, но также и в других странах.
[1] https://www.ise.fraunhofer.de/de/geschaeftsfelder/leistungselektronik-netze-und-intelligente-systeme/energiesystemanalyse/energiesystemmodelle-am-fraunhofer-ise/remod.html
Кристоф Виттвер возглавляет подразделение «Силовая электроника, сети и интеллектуальные системы» в ISE. С 2008 года он также является лектором во Фрайбургском университете по международной программе REM «Инженерия и менеджмент в области возобновляемых источников энергии». В 2014 году Фрайбургский университет назначил его почетным профессором. Во время преподавания отвечает за лекционный модуль «Умные сети».
https://makroskop.eu/43-2020/der-ausbau-der-erneuerbaren-energien-muss-intensiviert-werden/ 11.2021