Ветровые и солнечные расходы
На рынке есть много возможностей для увеличения солнечной и ветровой электроэнергетики, которая может вырасти во много раз. Однако исследования показывают, что затраты начинают ощущаться, когда возобновляемые источники энергии (ветер и солнце) начинают обеспечивать 40% общего производства электроэнергии.
Повышение доли электроэнергии, производимой солнцем и ветром выше 40%, создает как минимум пару неблагоприятных факторов на электроэнергетическую систему:
- во-первых, когда вырабатывается больше солнечной энергия и энергии ветра, то необходимо регулировать генерацию отключением генераторов от электросети энергосистемы, потому что вырабатывается больше электроэнергии, чем необходимо в конкретное время;
- во-вторых, требуется больше резервных генерирующих мощностей, когда ветер и солнечная энергия не генерируются. Поскольку дополнительные генерирующие мощности большую часть времени простаивают, это ведет к увеличению стоимости системы.
Если электрическая система должна работать круглосуточно: в периоды сильного и слабого ветра и солнечного излучения, а также высокой и низкой потребности в электроэнергии, то интеграция в систему прерывающихся возобновляемых источников энергии становится более затруднительной.
В таком случае может помочь сохранение избытка энергии. В основном, это часовая или дневная стратегия, и это сложно при более тщательном изучении проблемы.
Литий-ионная батарея, которая будет держать один киловатт-час, стоит около 300 долларов - существенно меньше, чем было раньше, но все еще слишком дорого для крупномасштабного хранения товара, который продается примерно за 12 центов.
Когда-нибудь возможно ежедневное хранилище будет доступно для домашнего хозяйства круглосуточно. Сейчас трудно себе представить хранение энергии от мартовских ветров до наступления августовских ночей или хранение лучей июньского солнца для темных дней января.
Ядерный и углеродный захват
В результате, чтобы обеспечить приемлемое снижение выбросов углерода в энергетическом секторе на 90% к середине столетия по сравнению с уровнем 2005 года, системе потребуются другие решения, в частности ядерная энергия и, возможно, улавливание углерода. Но предстоит проделать еще много работы, прежде чем технология улавливания и хранения углерода станет доступна для массового использования.
Ядерная энергия может быть очень продуктивной, даже если ее стоимость за киловатт-час выше, чем у солнечной или ветровой энергии, потому что эта энергия будет поставляться в то время, когда возобновляемые источники энергии недоступны. Не имеет значения, насколько дешевы возобновляемые источники энергии, если они не генерируют энергию, когда это необходимо.
Но, как показывают исследования, для того, чтобы ядерная энергия играла существенную роль в обезуглероживании, потребуется найти способ сократить расходы на строительство новых станций.
Это не произойдет быстро. Строительство идет гладко, когда есть опытные строители, а пока практики еще нет. И создание «первого в своем роде» всегда идет медленно и болезненно.
Но энергетическая отрасль показывает, что аппаратные и человеческие ресурсы следуют за процессом обучения.
Слишком много «яиц» в одной корзине
Основная проблема, связанная с помещением слишком большого количества «яиц» в ветряную и солнечную корзины, заключается в том, что требуется гораздо больше генерирующей мощности для удовлетворения данного уровня нагрузки.
В старые времена, станция, работающая на ископаемом топливе, запускалась тогда, когда это было необходимо. Все, что было необходимо, - это достаточные мощности для удовлетворения потребностей, а также план переключений на случай возможной поломки. Теперь требуется достаточная мощность, чтобы время от времени компенсировать потерю мощности генерации от солнца и ветра.
«Солнечная ферма» мощностью 100 мегаватт вырабатывает только 100 мегаватт энергии в середине дня. Пик нагрузки обычно наступает, когда солнце уже заходит, а «солнечное поле» , в это время, производит лишь небольшую часть своей мощности. Та же история и для ветра, который обычно вырабатывает энергию максимальной номинальной мощности ночью, когда спрос низок. Когда же мир бодрствует и необходимо электричество, ветряные турбины производят лишь часть своего потенциального максимума.
Таким образом, если солнечная панель генерирует, скажем, 50% мощности в периоды пиковых нагрузок, а ветряная турбина - 20%; то даже если стоимость аппаратного обеспечения упадет, потребуется все больше и больше мощностей, чтобы поддерживать свет.
Ориентируясь только на возобновляемые источники энергии, система неизбежно столкнется с периодами, когда будет генерироваться слишком много избыточной энергии, которая не будет иметь никакой ценности.
К 2050 году избыток «бесполезной энергии» в некоторых странах может составить 20% от количества, которое производят ветер и солнце, если ориентироваться на декарбонизацию сектора электроэнергетики.
Поскольку производительность солнечных панелей и ветряных турбин падает и возрастают затраты на интеграцию, возникает необходимость в других генераторах с нулевым выбросом углерода, таких как ядерная энергия, которые доступны круглый год и в любое время суток.
Небольшое снижение стоимости ядерной энергетики сыграло бы существенную роль для новых реакторов и резко сократило бы выбросы углерода.