AfterShock | Периодика

Energy Matters: Последняя попытка сказать что-то хорошее о ветряках

Очень полезная (с массой первичных данных) статья с ресурса "Energy Matters", про которую автор сказал так - это моя последняя попытка найти что-то хорошее о ветряной "энергетике". Статья посвящена разбору оффшорной генерации, где качество генерации как бы наилучшее (с точки зрения графика "пилы"):

Мы неоднократно обсуждали проблемы интеграции "прерывистой ветряной генерации" с энергосистемой, обсуждая преимущественно данные по onshore генерации (на суше). Пропаганда утверждает, что offshore-генерация (на воде) существенно менее неустойчива, и потому легче интегрируется. Эта заметка посвящена разбору этого вопроса. Если вкратце, полученный вывод такой - качестве генерации лучше, но все равно отвратительное и требующее создания либо энергохранилищ, либо резервной генерации.

Начнем с примеров пропаганды, вот две цитаты.

Первая, из отчета опубликованного Ассоциацией ветряной энергетики Европы:

...флуктуации энергии малы по причине постоянной и последовательной природы ветров в оффшорной зоне... Благодаря предсказуемости и надежности, оффшорные ветра лучше, чем ветра на суше, подходят для обеспечения операционного резерва в электросеть. Возможно даже, что оффшорная ветряная энергетика в Германии может сыграть ключевую роль в обеспечении стабильности энергосистемы и баланса...


Вторая, из отчета института Fraunhofer:

...Оффшорный ветер обеспечит надежность поставок, качество и приемлемую себестоимость в будущих энергосистемах... Ветряки в море могут подавать электричество почти каждый час в году... Технологии, которые могут стабилизировать и сбалансировать генерацию это ключ для эффективности энергосистем, и оффшорные ветряки могут сыграть здесь лидирующую роль.


Заметим, эти исследования не просто утверждают, что интеграция с оффшорными ветряками не будет проблемой. Они идут дальше, и говорят, что это способствует стабилизации.

Проблема с проверкой этих утверждений в том, что не хватает опубликованных данных в разбивке по типам генерации. Но есть база данных P-F Bach data base, где содержатся почасовые данные оффшорной и оншорной генерации для Дании. В предположении, что эти данные репрезентативны для Северного моря в целом, мы загрузили и проанализировали данные для 2014, 2015 и 2016 годов.

Вот карта, показывающая расположение парков ветряной генерации:

Energy Matters: Последняя попытка сказать что-то хорошее о ветряках


Рисунок 1. Расположение оффшорных парков генерации Дании

Вот график почасового электропотребления Дании:



Рисунок 2. Почасовое энергопотребление Дании в 2014-2016

Следующий график показывает оффшорную и оншорную генерацию в Дании в эти годы. Как и ожидалось между ними наблюдается приличная корреляция (коэффициент детерминации составляет 0.71 для почасовых данных). Чтобы вывести их на уровень полной электропотребления Дании, добавлено масштабирование - ветряные мощности должны составить примерно 15 гигаватт в оншоре или 9 гигават в оффшоре (учтена разница в утилизации мощностей - 43% в оффшоре и 25% в оншоре):



Рисунок 3. Почасовая ветряная генерация, масштабированная чтобы соответствовать полному электропотреблению Дании в 2014-2016 годы

Даже из графика видно, что оффшорная генерация менее прерывистая, но не очень - коэффициенты вариативности составляют 0.85 для оншорной генерации и 0.67 для оффшора. Кроме того мы видим, что когда ветер умирает в оншоре, он умирает и в оффшоре. Этого уже достаточно, чтобы понять, что оффшорная генерация не решит проблему покрытия спроса в холодные зимние ночи, когда ветра нет.

На следующем графике показан избыток и дефицит генерации - просто вычитаем спрос из ветряной генерации на том уровне, когда совокупная ветряная генерация за период будет равна совокупному потреблению (вариант избыточной генерации не рассматриваем). Чтобы покрыть 100% спроса потребуется создавать хранилища в период профицита и использовать в период дефицита. Расчеты показывают, что требуемый размер хранилищ составит 4 терават-час для оншорной генерации и 2.5 терават-час для оффшорной генерации. Хотя оффшорная генерация имеет некоторое преимущество, вопрос чисто академический - Дания неспособна будет создать хранилище столь дикого объема:



Рисунок 4. Почасовой профицит / дефицит при совокупной ветряной генерации соответствующей совокупному энергопотреблению Дании в 2014-2016

Оставшийся вариант - покрывать дефицит резервной генерацией. По сути это единственный на сегодня вариант отработки спроса, когда доля прерывистой генерации высока. Профицит ветряной генерации тогда можно игнорировать, его будет некуда деть, и сосредоточиться на покрытии дефицита. На следующем графике показано, что для оншорной генерации потребуется покрыть резервной генерацией совокупно 34 терават-час, а для оффшорной генерации 29 терават-час. На пике и для оншора, и для оффшора, потребуется иметь в резерве около 5,700 мегаватт, что и показывает сколько резервной мощности потребуется.

В процентах от собственной ветряной генерации это составит 66% для оншора и 71% для оффшора, т.е. для 15 гигаватт в оншоре потребуется примерно такой же резерв как для 9 гигаватт в оффшоре. Если допустить, что стоимость установки ветряка в оффшоре примерно в два раза дороже оншора, никакой особой экономии у оффшорной генерации нет.



Рисунок 5. Дефицит спроса, который потребуется покрыть резервной генерацией

Этот анализ основан на ограниченном массиве данных, но вполне достаточен для того, чтобы показать, что оффшорные ветряки не решают проблему прерывистой генерации, и не внесут улучшений в безопасность. Обратные утверждения следует считать дезинформацией.

И вот последний гвоздь. График показывающий какой процент ветряков утилизирован в зависимости от текущего спроса на электроэнергию. Видно что на пиковом спросе генерация минимальна - это как раз и есть эффект "холодных безветренных ночей":



Рисунок 6. XY-график показывающий процент утилизации ветряной генерации в зависимости от спроса
При полном или частичном использовании материалов - ссылка обязательна http://elitetrader.ru/index.php?newsid=349942. Присылайте свои материалы для публикации на сайте. Об использовании информации.