Пятая из цикла статей научного обозревателя информационного портала Asia Times Джонатана Тенненбаума, посвященного климатической политике новой администрации США. Начало читайте в статьях «Осторожно! Байден хочет спасти планету», «Байден открывает эру зеленого империализма», «Байден, BlackRock и проблема климатического пузыря» и «У климатического плана Байдена есть единственное – ядерное решение».
Президент США Джо Байден сделал борьбу с глобальным потеплением главным приоритетом во всех сферах деятельности правительства и пообещал полностью избавить электроэнергетическую систему США от углекислого газа к 2035 году. Однако он не разъяснил, как именно администрация намерена достичь этой цели. Выбор технологии играет здесь ключевую роль.
Единственной доступной альтернативой крупномасштабной ядерной энергетике может стать расширение доли ветровой и солнечной энергетики до 80% и более в общем производстве электроэнергии. Вряд ли можно ожидать, что другие источники электроэнергии, такие как гидро-и геотермальные электростанции, а также электростанции, работающие на биомассе, покроют более 20% общего потребления электроэнергии в США.
Для поддержания столь сильной зависимости от ветровых и солнечных источников электроэнергии, которые являются нестабильными, ресурсоемкими и требующими значительных территорий, потребуется обширная инфраструктура. Создание такой инфраструктуры предполагает реконструкцию всех электросетей США и создание гигантских мощностей по хранению электроэнергии.
Если принять во внимание объем финансовых и физических ресурсов, которые необходимо будет инвестировать, становится ясно, что этот сценарий никогда не будет реализован полностью.
Вместо обещанной нирваны от 100% возобновляемых источников энергии, реконструкция сетей неизбежно закончится хаосом с резким ростом цен на электроэнергию, частыми перебоями электроснабжения, нормированием потребления электроэнергии и репрессивными мерами по сокращению потребления энергии. Многие электростанции, скорее всего, по-прежнему будут сжигать ископаемое топливо, поскольку страна не сможет без них обойтись.
Ещё задолго до этого мощная политическая реакция, вероятно, привела бы к потере власти Демократической партией вместе с теми, кто был так или иначе связан с этим планом. Так что же такого проблемного в сценарии «100% возобновляемых источников энергии»?
Во-первых, мощность ветряных турбин и солнечных батарей может колебаться в широком диапазоне в течение нескольких минут в зависимости от погодных условий. Мощность солнечных батарей также меняется в зависимости от облачности и времени дня, ночью она равна нулю.
Из-за беспорядочных колебаний силы ветра средняя мощность наземной ветряной турбины обычно составляет лишь около трети её максимальной номинальной мощности (для морской турбины этот показатель достигает 38%). Около 2000 типовых ветряных турбин мощностью в 1,5 МВт необходимо для выработки того же количества электроэнергии, которая вырабатывается АЭС мощностью 1 ГВт. В отличие от ветряных турбин, атомные электростанции генерируют постоянный контролируемый поток электроэнергии.
Для обеспечения надежности электроснабжения, базирующегося на ветровой и солнечной энергии, необходимы резервные источники электроэнергии, которые должны включаться, когда выработка электроэнергии падает. Это стоит денег. В большинстве современных практик, пока ископаемое топливо ещё не запрещено, это делается в основном с помощью вспомогательных газовых турбин, дизель-генераторов или – при наличии АЭС – с помощью «отслеживания нагрузки», которая регулируется с помощью АЭС. Отслеживание нагрузки может применяться до тех пор, пока отношение мощности ядерной энергетики к ветровой и солнечной достаточно велико.
В противном случае единственная альтернатива – импортировать электроэнергию откуда-то ещё, когда она вам нужна, при условии, что она доступна, или накапливать часть выработанной ветряными и солнечными источниками электроэнергии и затем выдавать накопленную электроэнергию обратно в сеть, когда её выработка падает. Наиболее часто рассматриваемый вариант подобной схемы – применение электрических батарей.
Вторая основная проблема – низкая удельная мощность ветровой и солнечной энергии. Кроме ураганов и торнадо, ветер – это рассеянная форма энергии, требующая больших площадей для ее «сбора». То же самое касается и солнечного света на поверхности Земли.
По сравнению с АЭС и современными электростанциями, работающими на ископаемом топливе, для ветровой и солнечной энергетики требуется в сотни раз больше отдельных единиц генерации электроэнергии, в сотни раз больше земли и в десятки раз больше стали, бетона и других материалов в расчете на создание единицы установленной мощности.
На приведенном ниже рисунке показано, что означает низкая удельная мощность: морская ветряная турбина GE Haliade X высотой 260 метров и мощностью 12 МВт по сравнению с размером атомной электростанции – в данном случае реактор усовершенствованного поколения, разрабатываемый компанией ThorCon для Индонезии.
Ветровая установка Heliade X компании GE имеет высоту в две трети высоты Эмпайр-стейт-билдинг, или половину высоты бывшего Всемирного торгового центра! Но при номинальной мощности в 12 МВт нам повезет получить среднюю мощность 5 МВт – сотую часть мощности «крошечной» атомной электростанции справа.
Например, атомная станция в Борселле в Нидерландах занимает около 0,16 кв. км земли и производит 3,46 млрд кВт-часов электроэнергии в год, в то время как голландская офшорная ветряная электростанция Gemini занимает 68 кв. км и производит 2,6 млрд кВт-часов. Атомная станция производит в 570 раз больше энергии на единицу площади, чем ветряная электростанция, и в 370 раз больше, чем солнечный парк Sunport Delfzijl.
В Южной Корее этот фактор был для АЭС в 625 раз выше по сравнению с ветровыми электростанциями и в 468 раз выше по сравнению с солнечными. Цифры в девяти других исследованных странах аналогичны.
Отметим также, что ветряные турбины ухудшают качество жизни людей, которым не повезло жить поблизости. По иронии судьбы иррациональная защита окружающей среды привела к беспрецедентным масштабам разрушения природного ландшафта.
Это дало новое значение термину «обратная отдача». В Германии сопротивление местного населения остановило распространение ветроэнергетики. Не пользуются популярностью и большие солнечные парки.
Нет никаких сомнений в том, что ветряные и солнечные источники энергии являются зрелыми технологиями, которые играют важную роль в качестве дополнительных источников в электроэнергетике при определенных условиях. Но что касается экономики крупномасштабной генерации электроэнергии, то лобби ветровой и солнечной энергетики, которое сегодня намного превосходит когда-то могучее ядерное лобби, сделало все возможное, чтобы создать неадекватные представления у населения.
Здравый смысл и цены на электроэнергию в Калифорнии, Германии и Дании, которые очень сильно повлияли на возобновляемые источники энергии, говорят нам совсем о другом, как и многие независимые исследования (см., например, подробное исследование Гордона Хьюза из Эдинбургского университета «Экономика ветроэнергетики – риторика и реальность»).
Реальные затраты ветровой и солнечной энергетики маскируются льготными ценами на электроэнергию, которые содержат кредиты для возобновляемых источников энергии, льготные налоговые кредиты, скидки для «зеленых» облигаций, ускоренную амортизацию, льготы по налогу на имущество и пр.
Конкурирующие с ними источники ископаемого топлива «наказываются» введением налогов на выбросы углерода и предпочтением возобновляемых источников энергии при покупке электроэнергии поставщиками электроэнергии (см. главу 3 прекрасной книги «Электрификация нашего мира» соучредителя компании ThorCon Роберта Харгрейвса).
Реальные затраты на энергию ветра и солнца также включают в себя инвестиции, необходимые для их интеграции в национальную энергосистему, которая должна надежно удовлетворять спрос. Сценарий использования 100% возобновляемых источников энергии означает реконструкцию электрической системы, которая была разработана для источников энергии, работающих на основе стабильного ископаемого топлива, а затем и ядерных источников энергии.
Во время конференции Windpower 2019 Дэн Шрив, руководитель отдела глобального анализа Wood Mackenzie Power and Renewables, заявил, что для перехода к 100% возобновляемой энергетике потребуется удвоение длины высоковольтных линий электропередач США.
Это сложный вопрос, но стоит привести несколько грубых оценок.
Виллем Пост, бывший инженер, часто писавший по вопросам энергетики, обращается к этому вопросу: «Согласно метеорологическим данным, в США многодневные ветровые затишья и перерывы инсоляции покрывают не менее 25% территории суши. Они происходят случайным образом в течение года. При этом уровень выработки солнечной и ветровой электроэнергии снижается до 15% от нормы для этого времени года».
Подсчитав дефицит электроэнергии, который необходимо будет компенсировать системами хранения во время такого однодневного затишья, он получил 67 млрд киловатт-часов.
Для сравнения: аккумулятор электромобиля Tesla Model S может хранить около 85 киловатт-часов. Таким образом, для покрытия такого однодневного дефицита потребуется 788 млн полностью заряженных аккумуляторов Tesla S.
Основатель Tesla Илон Маск пообещал, что стоимость аккумуляторов снизится до $100 за киловатт-час, что на 30% дешевле, чем сегодня. Тогда цена первого полного комплекта из 788 млн батарей составит $6,7 трлн. Будем надеяться, что их не придется менять слишком часто.
Авторы пришли к оценке емкости системы хранения электроэнергии, требующейся для обеспечения надежного энергоснабжения Новой Англии при реализации сценария «100% ветряной и солнечной энергии», в 14 млрд киловатт-часов. Если мы пересчитаем эту оценку для США в целом, которые потребляют электроэнергии в 35 раз больше Новой Англии, то мы получим ужасающую величину в 490 млрд киловатт-часов.
Если предположить, что аккумуляторы будут полностью заряжены по оптимистичной цене в $100 за кВт*ч, то итоговая цена составит $49 трлн!
Фактический объем необходимой емкости хранилища, предположительно, будет намного меньше, чем предполагает эта экстраполяция. Кроме того, климат и погодные условия сильно различаются между регионами США.
Кроме того, строительство 320 000 километров новых линий электропередачи, как упоминалось выше, позволит постоянно передавать электроэнергию туда и обратно по всей стране, в зависимости от погоды и времени суток.
Но чего бы ни стоили миллионы или миллиарды батарей, сама перспектива того, что страна будет строить всю свою энергетическую безопасность на непостоянных, зависящих от погоды и климата источниках энергии, должна напугать любого здравомыслящего человека.
Между тем некоторые климатические активисты, такие как Дэвид Макдермотт Хьюз, придумали гораздо более дешевое и быстрое решение: отказаться от традиционной цели обеспечения надежного энергоснабжения для удовлетворения потребностей общества. Вместо этого необходимо потребовать от населения адаптации своего потребления к имеющимся предложениям.
В соответствии с этим рецептом население США должно просто согласиться с нормированием потребления и перебоями в подаче электроэнергии, которые, к сожалению, все ещё распространены в слаборазвитых странах. Это будет необходимой платой за предотвращение климатического апокалипсиса.
Внимание: постарайтесь прочесть это до того, как погаснет свет.
Продолжение следует…