Безуглеродная энергетика: недешёвая "альтернатива"
Оригинал взят у giovanni1313 в Безуглеродная энергетика: недешёвая "альтернатива"
«Гугл» продолжает тихое противостояние с Трампом, и одним из фронтов этого противостояния является тема глобального потепления. На днях исследовательское подразделение компании опубликовало интерактивную модель, которая позволяет оценить различные варианты источников генерации электричества для штата Калифорния.
Вы и сами можете попробовать себя в роли «главного энергетика» штата, пройдя по этой ссылке и подвигав туда-сюда «ползунки», определяющие установленную мощность разных типов электростанций. От этих решений будет зависеть стоимость киловатт-часа и, разумеется, объём выбросов СО2, о которых так заботятся учёные.
Стоит отметить, что в модели заложена будущая, а не текущая стоимость генерации, и различия по умолчанию могут быть весьма существенными. Особенно для фотовольтаики: «умеренный» сценарий подразумевает снижение капитальных затрат в 2,2 раза по сравнению с нынешним уровнем, «оптимистичный» - в 3,6 раза. Тренд на снижение цен PV-панелей сложно отрицать, но в последние годы его темп был не таким уж и быстрым:
Правда, это цена для домашних систем, мощностью в несколько кВт. Но динамика для крупномасштабных станций является сопоставимой. И если мы ожидаем дальнейшего снижения с темпом -10% в год, то в 2,2 раза фотовольтаика подешевеет через 8 лет, а в 3,6 раза - через 13 лет.
Это ещё терпимо. Однако авторы модели также весьма оптимистично смотрят на будущее атомной генерации, и здесь ни тренды стоимости, ни более общие перспективы не оправдывают имеющихся надежд. «Умеренный» сценарий предполагает снижение стоимости строительства в 1,7 раза по сравнению с $5880/kW сегодня, «оптимистичный» - почти в 3 раза.
По сравнению с этим изменение стоимости строительства ветрогенераторов невелико. Мощность гидроэнергетики зафиксирована на одном уровне. Стоимость строительства ТЭС принимается неизменной. Принимая во внимание эти, на мой взгляд, важнейшие особенности модели, посмотрим на результаты, полученные с её помощью. Сценарий - "умеренный", если не указано иное.
Так, следующий график отражает наиболее выгодный по стоимости микс генерации в зависимости от цены природного газа:
Тепловые электростанции доминируют в любых вариантах, даже с учетом того, что стоимость фотовольтаики здесь в 2,2 раза ниже нынешней. Критической ценой для газа является $5 за MMBTU. Ниже этой отметки газовые ТЭС вне конкуренции. Выше - быстро растёт доля угля.
Следующие графики посвящены запасанию электроэнергии. Область, закрашенная сплошным цветом, соответствует сценариям от «сегодняшнего» до «оптимистичного» без систем аккумуляции. Линии - «сегодняшний» и «оптимистичный» сценарий с аккумуляцией. По вертикальной оси - стоимость эл/энергии (LCOE). Затраты между созданием генерации и созданием аккумуляции распределяются с целью максимизировать долю выбранного источника энергии.
Слева - отдельно солнечная энергия, справа - вся безуглеродная. Видно, что из одного «солнца» без аккумуляции можно выжать чуть более 40% от нужд системы, даже если заставить панелями всю Калифорнию. Добавление в систему аккумуляторов позволяет повысить эту долю выше 60%. Естественно, за счет увеличения стоимости эл/энергии.
Правый график выглядит весьма интересно: при сегодняшних ценах на строительство СЭС аккумуляция энергии не даёт никакого выигрыша в увеличении доли безуглеродной энергетики. При кратном уменьшении стоимости выигрыш появляется, но он не слишком значителен. Возможно, такой результат справедлив только для Калифорнии.
Можно обратить внимание на то, что сочетание безуглеродных источников не оказывает особого влияния на стоимость электричества, пока их доля не превышает ~50% (горизонтальная «полка» на графике). Затем стоимость начинает экспоненциально расти.
Далее. Сколько должны стоить батареи (или другие типы запасания энергии), чтобы энергетика стала на 90% безуглеродной? Этот ответ зависит от цены, которую мы готовы платить за электричество, поэтому она отложена по вертикальной оси. По горизонтали - стоимость аккумуляторов, логарифмическая шкала:
Выводы неутешительны. Даже если стоимость хранения будет составлять всего 3 цента за кВт*ч, издержки на электроэнергию вырастут в полтора раза. Но 3 цента - это на 5 (пять!) порядков ниже, чем сегодняшние цены литий-ионных аккумуляторов. Тут даже оптимисты из «Гугл» разводят руками и признают: «зеленая» энергетика - дорогое удовольствие, и таковым останется.
Ниже - доступный объем хранения (вертикальная ось, в часах максимальной нагрузки). Видно, что при нынешних ценах на аккумуляцию запасаться будет меньше 6 минут пикового спроса:
Наконец, специалистов интересовал вопрос: что будет, если Трамп покинет Белый Дом и будут введены налоги на выбросы углекислоты? Наверняка мы увидим процветание солнечной и ветровой энергетики?
Нет, ничуть. До отметки $50/тонну выбросов природный газ явлется ультимативным решением для генерации. Выше этой отметки ультимативным решением он так и остаётся, но при условии оснащения ТЭС системой улавливания углекислоты. Прочие виды генерации проигрывают в экономической эффективности. По крайней мере, пока ставка налога находится в разумных пределах.
Если цена на природный газ поднимается до $4/MMBTU и выше, а издержки на АЭС сокращаются в соответствии с «умеренным» сценарием, именно ядерная энергетика становится главным выгодоприобретателем высоких налогов на эмиссию. Пускай этот путь развития пока и выглядит сугубо теоретическим. Впрочем, польза таких моделей именно в этом: непредвзято и беспристрастно оценить те или иные пути.
«Гугл» продолжает тихое противостояние с Трампом, и одним из фронтов этого противостояния является тема глобального потепления. На днях исследовательское подразделение компании опубликовало интерактивную модель, которая позволяет оценить различные варианты источников генерации электричества для штата Калифорния.
Вы и сами можете попробовать себя в роли «главного энергетика» штата, пройдя по этой ссылке и подвигав туда-сюда «ползунки», определяющие установленную мощность разных типов электростанций. От этих решений будет зависеть стоимость киловатт-часа и, разумеется, объём выбросов СО2, о которых так заботятся учёные.
Стоит отметить, что в модели заложена будущая, а не текущая стоимость генерации, и различия по умолчанию могут быть весьма существенными. Особенно для фотовольтаики: «умеренный» сценарий подразумевает снижение капитальных затрат в 2,2 раза по сравнению с нынешним уровнем, «оптимистичный» - в 3,6 раза. Тренд на снижение цен PV-панелей сложно отрицать, но в последние годы его темп был не таким уж и быстрым:
Правда, это цена для домашних систем, мощностью в несколько кВт. Но динамика для крупномасштабных станций является сопоставимой. И если мы ожидаем дальнейшего снижения с темпом -10% в год, то в 2,2 раза фотовольтаика подешевеет через 8 лет, а в 3,6 раза - через 13 лет.
Это ещё терпимо. Однако авторы модели также весьма оптимистично смотрят на будущее атомной генерации, и здесь ни тренды стоимости, ни более общие перспективы не оправдывают имеющихся надежд. «Умеренный» сценарий предполагает снижение стоимости строительства в 1,7 раза по сравнению с $5880/kW сегодня, «оптимистичный» - почти в 3 раза.
По сравнению с этим изменение стоимости строительства ветрогенераторов невелико. Мощность гидроэнергетики зафиксирована на одном уровне. Стоимость строительства ТЭС принимается неизменной. Принимая во внимание эти, на мой взгляд, важнейшие особенности модели, посмотрим на результаты, полученные с её помощью. Сценарий - "умеренный", если не указано иное.
Так, следующий график отражает наиболее выгодный по стоимости микс генерации в зависимости от цены природного газа:
Тепловые электростанции доминируют в любых вариантах, даже с учетом того, что стоимость фотовольтаики здесь в 2,2 раза ниже нынешней. Критической ценой для газа является $5 за MMBTU. Ниже этой отметки газовые ТЭС вне конкуренции. Выше - быстро растёт доля угля.
Следующие графики посвящены запасанию электроэнергии. Область, закрашенная сплошным цветом, соответствует сценариям от «сегодняшнего» до «оптимистичного» без систем аккумуляции. Линии - «сегодняшний» и «оптимистичный» сценарий с аккумуляцией. По вертикальной оси - стоимость эл/энергии (LCOE). Затраты между созданием генерации и созданием аккумуляции распределяются с целью максимизировать долю выбранного источника энергии.
Слева - отдельно солнечная энергия, справа - вся безуглеродная. Видно, что из одного «солнца» без аккумуляции можно выжать чуть более 40% от нужд системы, даже если заставить панелями всю Калифорнию. Добавление в систему аккумуляторов позволяет повысить эту долю выше 60%. Естественно, за счет увеличения стоимости эл/энергии.
Правый график выглядит весьма интересно: при сегодняшних ценах на строительство СЭС аккумуляция энергии не даёт никакого выигрыша в увеличении доли безуглеродной энергетики. При кратном уменьшении стоимости выигрыш появляется, но он не слишком значителен. Возможно, такой результат справедлив только для Калифорнии.
Можно обратить внимание на то, что сочетание безуглеродных источников не оказывает особого влияния на стоимость электричества, пока их доля не превышает ~50% (горизонтальная «полка» на графике). Затем стоимость начинает экспоненциально расти.
Далее. Сколько должны стоить батареи (или другие типы запасания энергии), чтобы энергетика стала на 90% безуглеродной? Этот ответ зависит от цены, которую мы готовы платить за электричество, поэтому она отложена по вертикальной оси. По горизонтали - стоимость аккумуляторов, логарифмическая шкала:
Выводы неутешительны. Даже если стоимость хранения будет составлять всего 3 цента за кВт*ч, издержки на электроэнергию вырастут в полтора раза. Но 3 цента - это на 5 (пять!) порядков ниже, чем сегодняшние цены литий-ионных аккумуляторов. Тут даже оптимисты из «Гугл» разводят руками и признают: «зеленая» энергетика - дорогое удовольствие, и таковым останется.
Ниже - доступный объем хранения (вертикальная ось, в часах максимальной нагрузки). Видно, что при нынешних ценах на аккумуляцию запасаться будет меньше 6 минут пикового спроса:
Наконец, специалистов интересовал вопрос: что будет, если Трамп покинет Белый Дом и будут введены налоги на выбросы углекислоты? Наверняка мы увидим процветание солнечной и ветровой энергетики?
Нет, ничуть. До отметки $50/тонну выбросов природный газ явлется ультимативным решением для генерации. Выше этой отметки ультимативным решением он так и остаётся, но при условии оснащения ТЭС системой улавливания углекислоты. Прочие виды генерации проигрывают в экономической эффективности. По крайней мере, пока ставка налога находится в разумных пределах.
Если цена на природный газ поднимается до $4/MMBTU и выше, а издержки на АЭС сокращаются в соответствии с «умеренным» сценарием, именно ядерная энергетика становится главным выгодоприобретателем высоких налогов на эмиссию. Пускай этот путь развития пока и выглядит сугубо теоретическим. Впрочем, польза таких моделей именно в этом: непредвзято и беспристрастно оценить те или иные пути.