Необходимото чудо не съществува
Много правителства в западния свят са се ангажирали с „нетни нулеви“ емисии на въглерод в близко бъдеще. И САЩ, и Обединеното кралство казват, че ще постигнат това до 2050 г. Широко разпространено е мнението, че вятърната и слънчевата енергия могат да постигнат това. Това убеждение накара правителствата на САЩ и Великобритания, наред с други, да насърчават и силно субсидират вятърната и слънчевата енергия.
Тези планове имат един-единствен, фатален недостатък: те разчитат на фалшивата мечта, че има някакъв достъпен начин за съхраняване на излишната електроенергия в мащаб.
В реалния свят продукцията на вятърна ферма често пада под 10 процента от нейния номинален „капацитет“ за дни наред. Слънчевата енергия изчезва напълно всяка вечер и спада с 50 процента или повече през облачни дни. Тъй като „капацитетът“ е до голяма степен безсмислена цифра за вятърна или слънчева централа, около 3000 мегавата (MW) вятърен и слънчев капацитет са необходими, за да се замени 1000 MW конвенционална електроцентрала по отношение на енергията във времето: и всъщност, както ще вижте, конвенционалната електроцентрала или нещо подобно на нея все още ще е необходимо често, след като вятърът и слънчевата енергия са онлайн.
Правителствата на страните със значително количество вятърна и слънчева енергия са разработили очакване, че могат просто да продължат да строят повече, докато бъде постигнато нетно нула . Реалността е, че много от тях са поддържали светлините включени само като са използвали съществуващи станции, работещи с изкопаеми горива, като резервни за периоди на слаб вятър и слънце. Това носи със себе си нов режим на работа, при който станциите, които са проектирани да работят непрекъснато, трябва да следват непредсказуеми колебания във вятърната и слънчевата енергия. В резултат на това разходите за експлоатация и поддръжка се увеличиха и много станции трябваше да бъдат затворени.
Всъщност вече е обичайно да виждате ефикасни газови турбини с комбиниран цикъл да се заменят с такива с отворен цикъл, тъй като те могат лесно да се дроселират нагоре и надолу, за да поддържат бързо променящата се мощност на вятърните и слънчеви ферми. Но газовите турбини с отворен цикъл изгарят около два пъти повече газ от газовите турбини с комбиниран цикъл. Преминаването към машини с високи емисии като част от усилията за намаляване на емисиите е, честно казано, лудост!
Някои държави са подпомогнати, защото техните енергийни системи се поддържат от големи междусистемни връзки към съседни региони, които имат наличен излишък от енергия. Все по-проблемният френски ядрен флот, който преди разполагаше с много резервна енергия, за дълго време помогна плановете за възобновяема енергия да изглеждат практични в цяла Западна Европа.
Но тази ситуация не е устойчива в дългосрочен план. Съгласно плановете за нулево нетно потребление всички нации ще трябва да генерират многократно повече електроенергия, отколкото могат сега, тъй като по-голямата част от потреблението на енергия днес се доставя чрез директно изгаряне на изкопаеми горива. Съседните региони няма да могат да осигурят необходимото резервно захранване; емисиите от газови турбини с отворен цикъл (или нови електроцентрали на въглища, както в случая с Германия в момента) ще станат неприемливи; повече съществуващи станции за базово натоварване ще бъдат принудени да се затворят поради скокове във възобновяемите източници на енергия; все повече и повече вятърна и слънчева енергия ще трябва да бъдат скъпо изхвърлени, когато слънцето грее и вятърът духа.
Цените на електроенергията ще скочат, което ще направи повече или по-малко всичко по-скъпо и ще има чести прекъсвания на тока.
Нищо от това не е трудно да се изработи. Изграждането на още повече възобновяеми мощности няма да помогне: дори десет или 100 пъти повече от номинално необходимия „капацитет“ никога не може да свърши работата в студена, безветрена вечер.
Само едно нещо може да спаси положението за плана за възобновяеми източници. Разумна цена, широкомащабно съхранение на енергия, достатъчно, за да поддържа осветлението включено поне няколко дни, биха решили проблема.
Какви са вариантите?
Първо трябва да разгледаме мащаба на проблема. Сравнително прости изчисления показват, че Калифорния ще се нуждае от над 200 мегаватчаса (MWh) съхранение на инсталиран MW вятърна и слънчева енергия. Германия вероятно би могла да се справи със 150 MWh на MW. Може би това може да бъде предоставено под формата на батерии?
Текущата цена за съхранение на батерии е около 600 000 щатски долара за MWh. За всеки MW вятърна или слънчева енергия в Калифорния ще трябва да бъдат похарчени 120 милиона долара за съхранение. В Германия това ще бъде 90 милиона долара. Вятърните паркове струват около 1,5 милиона долара на MW, така че цената на съхранението на батерии ще бъде астрономическа: 80 пъти по-висока от цената на вятърния парк! Основно допълнително ограничение би било, че такива количества батерии просто не са налични. В момента не се добиват достатъчно литий, кобалт и други редки минерали. Ако цените станат достатъчно високи, предлагането ще се разшири, но цените вече са абсурдно, неосъществимо високи.
Някои държави залагат на хидроакумулаторите. Тук идеята е да се използва електричество, за да се изпомпва вода нагоре към висок резервоар, като се използват излишни възобновяеми енергийни източници в слънчеви и ветровити дни: след това се оставя да тече обратно надолу през генериращи турбини, както в нормална водноелектрическа централа, когато е тъмно и без вятър.
Много помпени системи са изградени в Китай, Япония и Съединените щати, но имат достатъчно място за съхранение само за 6 до 10 часа работа. Това е малко в сравнение с няколкодневното съхранение, което е необходимо за поддържане на вятърна и слънчева енергия през рутинни безслънчеви спокойни периоди. Необходими са много по-големи езера в горната и долната част на схемата. Има много малко места, където могат да се образуват две големи езера, едното разположено на 400-700 m над другото и разделено на по-малко от 5-10 km хоризонтално. Такова място трябва също така да има подходящ запас от подхранваща вода, за да се справи със загубите от изпарение от двете езера. Друг проблем е, че поне 25 процента от енергията се губи при изпомпване и след това при генериране.
Хидравлично помпено съхранение рядко ще бъде осъществим вариант. Не може да реши проблема в национален мащаб дори в страни като САЩ, които имат много планини.
Улавянето и съхранението на въглерод (CCS) за станции за изкопаеми горива също се рекламира като начин за избягване на проблемите на вятърната и слънчевата енергия. Но това не е технология, а само пожелателно мислене. Въпреки много години работа и огромни суми похарчени пари, никой все още не е измислил технология, която може да осигури широкомащабно евтино CCS. Дори ако улавянето работи и не консумира повечето или цялата генерирана енергия, съхраняването на въглероден диоксид е огромен проблем, тъй като се произвеждат три тона въглероден диоксид за всеки тон изгорени въглища.
Водородът е друга технология, която често се предлага за съхранение на енергия: но нейните проблеми са легион. В момента водородът се произвежда от природен газ (т.нар. „син“ водород). Това обаче ще трябва да спре в свят с нулева нетност, тъй като процесът отделя големи количества въглерод: можете просто да изгорите природния газ. Съответният „зелен“ водород без емисии се произвежда от вода с помощта на огромни количества електрическа енергия, 60 процента от която се губи в процеса. Съхраняването и боравенето с водорода е изключително трудно, тъй като водородът е много малка молекула и изтича през почти всичко. В най-добрия случай това означава, че голяма част от вашия съхраняван водород ще изчезне, докато искате да го използвате: в най-лошия това означава опустошителни пожари и експлозии. Изключително ниската плътност на водорода означава също, че ще трябва да се съхраняват огромни обеми от него и често ще трябва да се съхранява и обработва криогенно, създавайки още повече загуби, разходи и рискове.
Изводът е прост. С изключение на някакво чудо, няма възможност подходяща технология за съхранение да бъде разработена в необходимия период от време. Настоящите политики на просто налагане на вятъра и слънчевата енергия на пазара и надеждата за чудо са запомнящо се и правилно оприличени на „скачане от самолет без парашут и надежда, че парашутът ще бъде изобретен, доставен и закрепен във въздуха време да те спася, преди да паднеш на земята.
Вятърът и слънчевата енергия трябва да бъдат подкрепени, близо до 100 процента, с други средства за генериране на енергия. Ако това резервно копие се осигури от газ с отворен цикъл или още по-лошо, въглища, нетната нула никога няма да бъде постигната: нито нещо много близко до нея.
Има една технология, която може да осигури евтино и надеждно снабдяване с електричество с ниски емисии: ядрената енергия. Интересът към ядрената енергия нараства, тъй като все повече хора осъзнават, че тя е безопасна и надеждна. Ако регулаторите и обществеността могат да бъдат убедени, че модерните станции са по своята същност безопасни и че ниските нива на ядрена радиация не са опасни, ядрената енергия може да осигури цялото електричество с ниски разходи и ниски емисии, от което светът се нуждае за стотици или хиляди години.
Но ако имахме 100 процента ядрено резервно копие за слънчева и вятърна енергия, изобщо нямаше да имаме нужда от вятърни и слънчеви централи.
Вятърът и слънцето всъщност са напълно безсмислени.