Парадоксальный кризис энергетики

Наша энергетика стремительно движется к глубокому кризису. И угрожает ей ни что иное как новые технологии, и не в том смысле, что старой, много производящей CO₂, энергетике угрожают новые прогрессивные технологии, они её заменят, отменят и это для нее угроза. Нет! Угрожают в плохом смысле, что если всё оставить как есть и развивать новые замечательные технологии (они действительно замечательные), то энергетики у нас не будет.

Начну с самого маленького: все солнечные электростанции, ветровые электростанции, накопители производят постоянный ток, а в сетях — переменный. Поэтому между ними стоит устройство (инвертор), которое постоянный ток преобразует в переменный. Но он это делает не идеально,  он не дает такую же хорошую синусоиду как, например, генератор на электростанции. Инвертор даёт небольшой шум. Как в старых фильме, когда кто-то включает электробритву в сеть и у всех шум везде пошёл. Шум от инвертора  меньше, но он всё равно есть.

И когда у вас этих инверторов немного (сейчас их немного), то это не проблема. А когда их станет очень-очень много, эти все маленькие шумы от каждого будут складываться, и в сумме-то будет не очень хорошо.

И у вас бывают потребители, которым качество электроэнергии очень важно, например, томографы в больницах, там одно заземление для них — это целая инженерная эпопея. И они будут отключаться от энергосистемы, в которой у нас есть не очень хорошая энергия; недостаточно хорошая для них. И многие потребители, которым качество электроэнергии в плане шумов  очень важно, они будут от этой нашей хорошей, технологичной энергосистемы бежать как от огня.

Далее, в наших энергосистемах есть перекрёстное субсидирование: у нас промышленные потребители за КВт*ч платят намного больше, чем потребители обычные (гражданские), домохозяйства. Так сложилось ещё со времен царя Гороха, и это статус-кво на текущий момент. В настоящий момент  генерация постоянно дешевеет: появляются солнечные электростанции, ветровые, ТЭС дешевеют, просто потому, что технологии развиваются. И какой-нибудь завод может просто посмотреть, что ему теперь дешевле генерировать энергию самому у себя, отключиться вообще от внешней энергосистемы и всё, просто ему это более выгодно. Или вообще может превратиться в просьюмера (prosumer), поставить у себя электростанции, когда надо — с энергосистемы брать, когда надо — продавать в нее излишек. Но это приведёт к тому, что он этих перекрестных субсидий для нас с вами станет давать меньше. Это означает, что либо для нас с вами энергия подорожает, либо для остальных заводов. Но если для них подорожает, то им будет еще выгодней поставить у себя электростанцию и тоже отключиться от энергосистемы.

Тут будет два эффекта. Во-первых, энергия будет дорожать в таком случае для всех (ну либо для одних не дорожать, а для других дорожать очень сильно). Второе, единая энергосистема, которая очень эффективна, очень надёжно спроектирована, будет распадаться на кучу маленьких: каждый будет генерировать для себя. Домохозяйство же тоже, когда энергия становится сильно дорогой, начинает устанавливать ветряки на даче, солнечные батареи на крыше и тому подобное, чтобы экономить. И вот эта экономия (абсолютно разумная и оправданная) может приводить к таким системным результатам, когда все сами по себе и для всех всё дорого.

Также опасность представляют электромобили. Электромобили хороши, но с точки зрения энергетика — это просто кошмар. Потому что это потребитель огромной мощности, который появляется в любом месте города. Сети-то в каждом месте рассчитаны под более или менее то, что там находится, а не под то, что туда ещё и приезжает. То есть, когда вы дома включаете чайник, то всё нормально, под это сеть рассчитана. Но когда к вам соседи со всего микрорайона приходят со своими чайниками и включают их, то возникнут проблемы. 

Если ничего не делать, то энергосистему постигнет кризис, она может развалиться: энергия станет дороже и хуже, и всё благодаря новым технологиям, которые сами-то по себе хороши. Просто чтобы это было хорошо не только на бумаге, но и на деле и для всех, нужно еще кучу всего делать.

Я сейчас углублю этот пример, приведу более тонкую, но более сложную вещь, она намного более масштабная чем то, что я сказал до этого. В древней Англии фермеры распахивали не одно большое поле возле дома, а распахивали небольшое поле возле дома, небольшое поле возле лесочка, небольшое поле на холме, да ещё в низинке. До каждого из них нужно идти несколько часов пешком. То есть фермер утром вставал, брал в руки инструмент, шёл несколько часов, работал. Вечером брал инструмент, тащил на себе назад. И вот так он постоянно ходил между полями.

Это ему очень нужно для того, чтобы минимизировать вероятность того, что у него вообще не будет урожая. То есть он теряет кучу времени и энергии на то, чтобы ходить между полями; если бы вместо этого он распахивал одно большое поле, у него урожайность бы повысилась, но средняя. Когда он распахивает одно на холме, другое в низине, третье возле лесочка и так далее, то на этих полях микроклимат, и вероятность того, что на всех этих полях (ещё и далеко расположенных), одновременно не будет урожая, будет меньше.

Такой способ распашки исчез с развитием транспорта. То есть когда говорят, что голод побежден современным человечеством, имеется в виду не то, что никто не голодает, а то, что проблема голода из физической (что еды нету) превратилась в проблему социальную: еды в принципе-то произвести можно, её просто распределить надо нормально. Фактически проблема голода была решена развитием транспорта: не тем, что у вас с одного гектара можно в десять раз больше урожая снять, чем раньше, а в том, что вы, сняв урожай с этого гектара, можете его увезти за тридевять земель туда, где из-за засухи или чего-то еще урожая не случилось. То есть у вас есть возможность далеко транспортировать урожай.

И сейчас в энергетике мы назад от ситуации, когда мы все производим и всё распределяем, возвращаемся к ситуации, когда мы не очень-то можем всё распределять. Потому что ветровая энергия зависит от погоды. Тепловая электростанция, какой бы она старой не была, она спроектирована, создана, сделана так, что она генерирует энергии столько, сколько надо. Надо побольше — условно подкинули дров в котел, надо поменьше — стравили пар, всё. День, ночь, ветер, солнце — ей не важно. А ветровой электростанции — важно. И солнечной электростанции — важно.

Это означает, что у вас электростанция — это не нечто, что даёт электроэнергию сколько надо, это нечто, что может, даёт энергию, а может — нет. Если вы хотите, чтобы, придя домой, у вас телефон заряжался, чтобы была энергия, вам придётся либо опираться на традиционные источники энергии в качестве резервов, либо делать так, чтобы в случае если на электростанции, которая рядом с вами, энергии не случилось,  вы могли ее взять откуда-то ещё.

Здесь есть нюанс: все современные сети, которые у нас есть (они кстати совсем не дешёвое удовольствие), построены под традиционные электростанции, которые дают энергии сколько надо и под в общем-то традиционных потребителей, которые хотя и потребляют как хотят, но в среднем предсказуемо, путешествующих по энергосистеме электромобилей-то нет. Это означает, что если есть город и рядом с ним электростанция, то сколько город потребляет, электростанция примерно столько и производит, и ЛЭП, расположенная между ними, эту нагрузку выдерживает. (На самом деле и электростанция, и город почти всегда включены в единую энергосистему, но энергию без лишней нужны на большие расстояния стараются не передавать, поскольку это дорого и в капитальных затратах, и в потерях. Поэтому электроснабжениие города при остановке расположенной в нём ТЭС — это аварийная ситуация.) Если электростанция становится такой, что она регулярно может переставать генерировать энергию, то вам от города придётся проводить мощные ЛЭП к другим электростанциям, на тот неизбежный случай энергии в вашем районе не случится. И от вашей электростанции тоже нужно будет проводить мощные ЛЭП в соседние города, потому та ЛЭП, которая была раньше между городом и электростанцией, рассчитана чтобы снабжать один город, но не ещё и соседние, (в которых энергии не случилось). В этом случае у этой ЛЭП просто не хватит пропускной способности.

Это означает, что мы снова вернемся к проблеме доставки энергии. Точнее, мы не сможем в любом месте генерировать сколько надо энергии, и нам придётся её возить издалека много, и каждый раз по разному «пути». И это всё будет нормально работать, только если мощности сетей очень сильно увеличатся, а электростанции должны будут покрывать не среднюю потребность, а такую, что даже если на многих электростанциях генерация не производится, генерация способна была покрыть потребление.. То есть у вас резервы мощности будут на много больше, чем принято при проектировании сейчас. Мы не можем один мегаватт тепловой энергетики заменить на один мегаватт ветровой энергетики: так просто не будет работать, у вас не будет электричества в домах.

Современные технологии — хороши, можно сделать так, чтобы они работали, и, в общем, стоит делать, чтобы они работали. Но современные технологии не заменяют полностью старые технологии. Более того, современные технологии внезапно превращают в проблему многие вещи, к которым мы настолько привыкли в старых технологиях, что даже их не осознаем. И эту возникающую надо решать. Поэтому энергетика находится или во всяком случае подходит к глубокому кризису, и угрожают ей новые технологии, потому что под эти новые технологии энергетику либо нужно будет очень-очень сильно переделывать, либо у нас ничего похожего на энергетику, как мы сейчас ее понимаем, не будет. 

Для размышления

Во сколько раз, по-вашему, установленная мощность ВИЭ должна превышать установленную мощность замещаемых ТЭС при конечной доле ВИЭ в 50%, 75%, 90%?

Материалы

• 1 + 1 > 2: нелинейные эффекты новой энергетики. Игорь Чаусов
• Белобородов Сергей Сергеевич - Вице-президент НП «Энергоэффективный город», к.т.н // Мифы, мешающие развитию энергетики России.
• Россети Северный Кавказ. Всё о тарифе на электроэнергию

#энергетика #ИнтеллектуальнаяЭнергетика #ВИЭ #ИЭС #ИнтеллектуальныеЭнергетическиеСистемы