Непостоянный, как ветер, он обжигает, как солнце. Темная сторона возобновляемой энергии

Возобновляемые источники энергии – это не только грезы, надежды и оптимистичные прогнозы. Правда также в том, что возобновляемые источники энергии вызывают много путаницы в энергетическом мире и вызывают проблемы, с которыми традиционные сети и системы не всегда могут справиться. Их разработка приносит много неприятных сюрпризов и вопросов, на которые мы пока не можем ответить.

Энергия, производимая в возобновляемых источниках энергии — ветряных электростанциях и фотоэлектрических установках — представляет собой настоящую проблему для национальных энергосистем.

Потребляемая мощность сети непостоянна. Он подвержен суточным колебаниям в довольно большом диапазоне значений. Его регулировка со стороны энергосистемы остается сложной, поскольку связана с необходимостью обеспечения соответствующих параметров сетевого тока (напряжения, частоты). В случае обычных силовых установок, например паровой турбины, снижение мощности возможно за счет снижения давления пара или скорости вращения турбины. Такое регулирование невозможно в ветроустановке. Быстрые изменения силы ветра (например, штормы) могут, по общему признанию, генерировать значительную мощность за короткое время, но энергосистема с трудом воспринимает их. Скачки напряжения в сети или его временное отсутствие, в свою очередь, представляют угрозу для конечных пользователей, машин, компьютеров и т.д. интеллектуальные сети, так называемые оснащены соответствующими инструментами, включая системы хранения энергии, эффективные и комплексные системы распределения. Однако таких систем в мире пока немного.

Произведение австралийских зеленых, посвященное нулевым выбросам парниковых газов

Исключения и неиспользованные полномочия

Отключения электроэнергии, которые произошли в Южной Австралии в сентябре прошлого года, были вызваны проблемами на девяти из тринадцати ветряных электростанций, которые снабжают электроэнергией регион. В результате из сети было потеряно 445 мегаватт электроэнергии. Хотя операторы ветропарка уверяли, что обрывы были вызваны не типичными для энергии ветра колебаниями — т. е. усилением или ослаблением дуновения, — а программными проблемами, впечатление о не совсем надежной ВИЭ трудно было уничтожить.

Доктор Алан Финкель, который позже исследовал энергетический рынок по поручению австралийских властей, пришел к выводу, что развитие возобновляемых источников энергии дискриминирует более бедные слои общества. По его мнению, поскольку отрасль вкладывает значительные средства в возобновляемые источники энергии, цены на энергию должны расти, что сильнее всего ударит по самым низким доходам.. Это актуально для Австралии, которая закрывает электростанции на своем дешевом угле и пытается заменить их возобновляемыми источниками энергии.

К счастью, последняя угольная электростанция в вышеупомянутой пострадавшей от отключения электроэнергии Южной Австралии была закрыта как раз перед описанными проблемами, в мае 2016 года. Нестабильность поставок — известная, но до сих пор не очень знакомая проблема возобновляемой энергетики. Мы также знаем его из Польши. Если соединить 4,9 ГВт мощности ветряков, достигнутые 26 декабря 2016 года, когда ураган «Барбара», с выработкой отечественных турбин неделей ранее, то получится, что она была тогда в семьдесят раз ниже!

Германия и Китай уже поняли, что недостаточно построить ветряные мельницы и солнечные батареи, чтобы новая энергия работала эффективно. Правительство Германии недавно было вынуждено заплатить владельцам ветряных турбин, выращивающих грибы, за снижение мощности, поскольку передающие сети не выдерживали поставляемой нагрузки. В Китае тоже есть проблемы. Там угольные электростанции, которые нельзя быстро включать и выключать, заставляют ветряки простаивать 15% времени, так как сеть не может получать энергию от электростанций и турбин. Это еще не все. Солнечные электростанции там строятся такими темпами, что передающая сеть не может принять и 50% вырабатываемой ими энергии.

Ветряки группами теряют мощность

В прошлом году исследователи из немецкого Института Макса Планка в Йене опубликовали в престижном научном журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) статью, в которой показано, что эффективность крупных ветряных электростанций намного ниже, чем это могло бы быть просто результатом их масштаб. Почему количество получаемой энергии не зависит линейно от размера установки? Ученые предполагают, что именно ветряки сами замедляют ветер, используя его энергию, а это значит, что если ее установить на заданной территории много, то некоторые из них не получат ее в достаточном количестве для работы с максимальной эффективностью.

Исследователи использовали данные ряда крупных ветряных электростанций и сравнили их с данными отдельных ветряков, чтобы создать модель, основанную на уже известных моделях механики ветра. Это позволяло наблюдать за климатом в районе ветряков. Как отмечает доктор Ли Миллер, один из авторов публикации, расчетная энергоэффективность изолированных ветряков значительно выше наблюдаемой для их целых установок.

Ученые определили, что в крайнем случае ветряк, размещенный в районе высокой плотности таких установок, может производить только 20% потенциально доступной электроэнергии, если бы он располагался один.

Ученые использовали разработанную модель воздействия ветряных турбин для оценки их глобального воздействия. Это позволило рассчитать, сколько энергии

электроэнергию можно производить в глобальном масштабе с помощью ветряных турбин. Получается, что только около 4% земной поверхности потенциально могут генерировать более 1 Вт/м.²а в среднем около 0,5 Вт/м² — эти значения аналогичны предыдущим оценкам, основанным на продвинутых климатических моделях, но примерно в десять раз ниже, чем оценки, основанные исключительно на местной средней скорости ветра. Это означает, что при сохранении оптимального распределения ветряных турбин планета сможет получать не более примерно 75 ТВт ветровой энергии. Тем не менее, это все же намного больше, чем установленная в настоящее время электрическая мощность в мире (около 20 ТВт), поэтому нет причин для беспокойства, учитывая, что сегодня на Земле действует только около 450 МВт ветровой энергии.

Резня летающих существ

В последние годы появились сообщения и информация об убийстве птиц и летучих мышей ветряными турбинами. Известны опасения, что машины, вращаясь на пастбищах, пугают коров, к тому же они должны производить вредный инфразвук и т. д. Убедительных научных исследований на этот счет нет, хотя сообщения о гекатомбах летающих тварей являются относительно достоверными данными.

Изображение с тепловизионной камеры, показывающее летучую мышь, летящую возле ветряной турбины ночью.

Каждый год сотни тысяч летучих мышей нападают на ветряные электростанции. Млекопитающие, гнездящиеся на верхушках деревьев, путают воздушные потоки вокруг ветряных мельниц с потоками вокруг своих домов, сообщал сайт в 2014 году. Электростанции также должны напоминать летучим мышам высокие деревья, в кронах которых они ожидают тучи насекомых или собственное гнездо. Это вроде бы подтверждается записями с тепловизионных камер, которые показывают, что летучие мыши ведут себя в случае с ветряными электростанциями так же, как и с деревьями. Ученые утверждают, что сотни тысяч летучих мышей могли бы выжить, если бы была изменена конструкция лопастей ротора. Решение также состоит в том, чтобы увеличить порог, при котором он начинает вращаться. Исследователи также думают об оснащении турбин ультразвуковой сигнализацией, которая бы предупреждала летучих мышей.

Регистр столкновений этих животных с ветряными турбинами, например для Германии, проведенный Государственным агентством по охране окружающей среды Бранденбурга, подтверждает массовый характер смертей. Это явление исследовали и американцы, подтвердив высокую смертность среди летучих мышей, и было замечено, что частота столкновений сильно зависела от погодных условий. При высоких скоростях ветра коэффициент столкновения был ниже, а при более низких скоростях ветра число жертв ударов увеличивалось. Предельная скорость ветра, при которой коэффициент столкновений значительно уменьшался, была определена на уровне 6 м/с.

Над комплексом Иванпа сгорела птица

Как оказалось, к сожалению, убивает и великая американская солнечная электростанция Ivanpah. Вскоре после запуска The Wall Street Journal объявил, что калифорнийский проект может стать последним в своем роде в США — именно из-за птичьих гекатомб.

Комплекс занимает 1300 га в одной из калифорнийских пустынь, к юго-западу от Лас-Вегаса. В нем три башни высотой 40 этажей и 350 тыс. зеркала. Зеркала отражают солнечный свет в сторону котельных, расположенных на вершинах башен. Образуется пар, который приводит в движение генераторы для производства электроэнергии. Хватит на 140 тысяч. дома. Однако зеркальная система нагревает воздух вокруг башен до 540°С и летающие рядом птицы просто сгорают заживо. Согласно отчету Harvey & Associates, за год на заводе погибло более 3,5 тысяч человек.

Слишком много шумихи в СМИ

Наконец, стоит упомянуть еще об одном неблагоприятном явлении. Образ возобновляемых источников энергии часто страдает преувеличением и чрезмерным ажиотажем в СМИ, что может ввести людей в заблуждение относительно реального состояния развития этой технологии.

Например, заголовки новостей однажды объявили, что город Лас-Вегас полностью переходит на возобновляемые источники энергии. Это прозвучало сенсационно. Только вчитавшись внимательнее и глубже в предоставленную информацию, мы узнали, что да — в Лас-Вегасе переходят на 100% возобновляемую энергию, но только… муниципальные здания, составляющие доли процента зданий в этой агломерации.

мы приглашаем вас прочитать НОМЕР ТЕМА в последнем выпуске.