Ответка Эдисона Тесле через сотку лет или на большом острове намечается капец сетям переменного тока? (RomanSmirnov)
(Д)АРПА тут в день октябрьской объявила о конкурсе проектов по снижению стоимости энергетической инфраструктуры - дают на наши деньги 4 млрд рублей практически только за R&D на тему:
Прорывные преобразователи постоянного тока для устойчивой сетевой инфраструктуры, обеспечивающей устойчивую энергию.
Коротко о чем это ( куски из ТЗ, гугль перевод нек. тех. термины не правильно передает )
Линии постоянного тока (далее HVDC) транспортируют электроэнергию более эффективно, чем линии переменного тока ( далее HVAC), на большие расстояния, особенно в подземных или подводных приложениях, и могут обеспечить пропускную способность в 3,5 раза больше, чем существующие доступа HVAC. Однако существует несколько препятствий для более широкого внедрения HVDC, в том числе:
• Недостаточное понимание взаимодействия HVDC и окружающей системы HVAC;
• Отсутствие внутренних цепочек поставок и доступности оборудования HVDC;
• Высокие затраты на терминальное оборудование и установку;
• Недостаточная стандартизация среди поставщиков;
• Большие площади и объемы (что является фактором более высоких затрат);
• Отсутствие скоординированного управления на уровне системы, подтвержденного с помощью зрелых методов моделирования и имитации.
Несмотря на отмеченные препятствия, существует несколько станций встречного преобразования HVDC, связывающих восточные, западные и техасские энергосистемы США, которые позволяют передавать небольшие объемы электроэнергии между ними. Также есть несколько изолированных линий HVDC «точка-точка», которые передают электроэнергию, вырабатываемую гидроэлектростанциями, с северо-запада Тихого океана в Южную Калифорнию и из Квебека в Новую Англию, и еще несколько находятся в разработке. HVDC широко используется в Европе, Азии и других частях мира для эффективной передачи гигаватт (ГВт) электроэнергии под водой или на большие расстояния.
Как показано на рисунке 1, конечные затраты (т. е. стоимость станций HVDC, которые преобразуют и контролируют поток мощности постоянного тока) являются движущим фактором в точке безубыточности затрат между передачей HVDC и HVAC.
прим. аффтара - что тут на графике - по их "данным" - HVDC становится экономически выгодными для кабеля - 30 миль, для ВЛЭП 250-400 миль. ( это спорно ну ладно )
По результатам первоначальные затраты должны снизить в 3 раза.
-----------
Морской ветер, солнечная фотоэлектричество и новая атомная энергетика имеют наибольшее потенциальное влияние на достижение цели США по нулевому выбросу парниковых газов к 2050 году.
Ожидается, что к концу десятилетия США инвестируют около 65 миллиардов долларов в морской ветер, при этом мощность увеличится примерно до 14 ГВт к 2030 году, 30 ГВт к 2033 году и 40 ГВт к 2035 году.
Это поможет удовлетворить растущий спрос на электроэнергию со стороны центров обработки данных, производства и электрифицированного транспорта. Ожидается, что спрос на электроэнергию со стороны информационно-технологического оборудования только в центрах обработки данных США увеличится с 21 ГВт в 2023 году до более чем 50 ГВт к 2030 году.
Электрическая сеть является основой электроэнергетического сектора США, и она должна адаптироваться для достижения этих возросших требований к мощности, сохраняя при этом надежность и отказоустойчивость. Чтобы удовлетворить потребность в конкурентоспособной по стоимости электросети HVDC, DOE учредило инициативу HVDC COst REduction (CORE). CORE поддерживает НИОКР для снижения годовых нормированных затрат на преобразовательные станции HVDC на 35% к 2035 году до 210 долларов за мегаватт (МВт).
DC-GRIDS разработает революционную технологию преобразовательных станций постоянного тока, чтобы обеспечить возможность создания многопортовых преобразовательных станций MT-HVDC. Это позволит сделать станции MT-HVDC сопоставимыми по стоимости с подстанциями переменного тока, повысить отказоустойчивость системы и сократить время развертывания за счет использования существующей инфраструктуры. С момента своего создания в 2009 году ARPA-E стала катализатором прорывов в области силовой электроники, запустив следующие программы за последнее десятилетие:
• Интеграция сетей зеленой электроэнергии (GENI);
• Технология гибкой доставки электроэнергии (ADEPT);
• Создание инновационных и надежных схем с использованием изобретательных топологий и полупроводников (CIRCUITS);
• Создание надежной электроники для безопасного достижения киловольтных эффективных рейтингов (BREAKERS);
• Открытие долгосрочных достижений в области преобразовательной устойчивости за счет более быстрого срабатывания технологий силовых полупроводников (ULTRAFAST).
Агентство инвестировало более 300 миллионов долларов, что позволило добиться значительного технологического прогресса и последующей коммерциализации в области силовой электроники и поддержать технологическое лидерство США в области передовых технологий преобразования энергии. Цели этого NOFO дополняются предыдущими и текущими программными мероприятиями в ARPA-E. Однако сфера действия этой программы отличается тем, что она решает новые проблемы, связанные с высоковольтной силовой электроникой для HVDC, которые ранее не поддерживались ARPA-E.
Целью этой программы является поддержка разработки ключевых технологий и методов управления для обеспечения строительства макросети MT-HVDC на существующей инфраструктуре в США. DC-GRIDS также направлена на информирование о стандартах взаимосвязи, проектирования и взаимодействия MT-HVDC. Эти усилия помогут ARPA-E достичь своих уставных целей за счет повышения устойчивости энергетической инфраструктуры, укрепления отечественной технологии HVDC и увеличения возможности подачи больших объемов электроэнергии с низким уровнем выбросов в сеть. На рисунке 2 показано, как технологии макросети MT-HVDC, как предполагается, преобразуют существующие региональные сети переменного тока в полностью интегрированную электроэнергетическую супермагистраль путем соединения новых источников электроэнергии.
-------
DC-GRIDS ищет прорывные технологии, которые могут значительно улучшить состояние (SOA) станций HVDC и, что еще важнее, реализовать новые концепции для многотерминальной, многопоставочной, высоковольтной сети передачи, которая в настоящее время не существует. Есть несколько ключевых инноваций, которые эта программа стремится рассмотреть. ARPA-E поощряет приложения, специально ориентированные на следующие области:
Новые высокопроизводительные компактные субмодули;
Технологии, которые позволяют создавать сверхкомпактные многотерминальные станции с многопортовыми преобразователями;
Топологии преобразователей без низкочастотного трансформатора;
Преобразовательные станции HVDC, которые используют газовую, жидкую и/или твердую изоляцию и хладагенты с минимальным потенциалом глобального потепления;
Решения для преобразования подстанции переменного тока в постоянный (и линии передачи переменного тока в постоянный).
Основное внимание направлено на то, чтобы обеспечить более дешевые, независимые от поставщика и массово производимые субмодули уровня кВ и модульные преобразовательные инверторы с номиналом более 30 кВ со стандартизированной совместимостью и избыточностью. Это позволит создать недорогие, массово производимые и компактные многотерминальные преобразовательные станции. Аналогичным образом, основное внимание в технологии преобразовательных станций MT-HVDC направлено на разработку стандартизированных, очень компактных, независящих от поставщика, недорогих станций. Это обеспечит высокую отказоустойчивость сети, высвобождение мощности существующей сети и значительное повышение гибкости и эксплуатационных характеристик. Цель состоит в том, чтобы обеспечить преобразование существующих подстанций переменного тока в преобразовательные станции HVDC для сетевой сети постоянного тока за счет сокращения площади обычных станций HVDC в три раза. Кроме того, для достижения более дешевого и высокоскоростного развертывания технологии морской ветроэнергетики требуется сокращение объема морских преобразовательных станций в пять раз. Достижение этих целей снизит стоимость капитальных вложений в морские станции HVDC, как показано на рисунке 3.
( в исходном документе косяк рис.3 а не рис1. )
--------------
Далее технические детали - кому надо найдут. Да и болтовня на эту тему давно идет, специалисты все в курсе.
Также не хочется расстраивать зведнополосатых - но все эти технологии в том или ином виде у не американских компаний уже есть. И развернуты не только на западном полуострове евразийского континента. Просто они тупо отстают.
Но что тут интересно это вообщем то редко встречающиеся в подобных прожектах наборы слов - повторяющиеся через абзац:
дешевые, независимые от поставщика, массово производимые, стандартизированные, высокоскоростное развертывание, недорогие, модульные и прч.
Видно субсидирование зелени не тянет даже "экономика" с движком в виде печатного станка.
Это на большом острове... а что на малом?
Коротко расчеты о том, что доплата за зеленую (псевдо) электроэнергию к 2030ому году с одного любителя овсянки увеличится с нынеших 428 фунтов стерлингов до 926 в год ( на Российские рубли считай по 20к в месяц!) , всего через пятилетку к 2030 ому.
... На предстоящем аукционе Contracts for Difference (CfD) для субсидий на возобновляемые источники энергии правительство предлагает цену исполнения £85,05/МВт·ч для солнечной энергии, £89,23 для наземного ветра, £101,78 для офшорного ветра и аппетитные £245,38 для плавучего офшорного ветра. Все это выше текущей (повышенной) рыночной справочной цены на электроэнергию, которая в этом году в среднем составляла £63,80/МВт·ч, и значительно выше исторической нормы около £45/МВт·ч. Тем не менее, может быть немного несправедливо экстраполировать гипотетическую цену — в конце концов, ни одно из этих предложений не было принято, а заместитель председателя Комитета по изменению климата баронесса Браун предупредила, что предлагаемые субсидии слишком малы, чтобы привлечь большой интерес из-за недавней инфляции издержек. Чтобы быть справедливыми по отношению к баронессе, давайте проигнорируем недавнюю инфляцию и посмотрим на цены, уплачиваемые возобновляемым генераторам, уже по контрактам CfD. В этом году государственные счета показывают, что потребители в среднем заплатили 160,5 фунтов стерлингов/МВт-ч за морской ветер, 111,22 фунтов стерлингов за наземный ветер и 107,8 фунтов стерлингов за солнечную энергию — соответственно на 97,2, 48,26 и 44,75 фунтов стерлингов/МВт-ч выше базовой рыночной цены на момент потребления электроэнергии. Расходы достигают £202,5 млн в месяц или £2,43 млрд в годовом исчислении — £86,17 на домохозяйство. Однако на Contracts for Difference приходится всего 17 процентов возобновляемых источников энергии Великобритании. Это мелочи по сравнению с выплатами по схеме Renewable Obligation (RO), которая финансирует 60 процентов возобновляемой генерации Великобритании через сбор £31,78/МВт·ч за электроэнергию, поставляемую потребителям. В 2023/24 финансовом году эти субсидии обойдутся потребителям примерно в 7,41 млрд фунтов стерлингов, что приведет к увеличению субсидии примерно на 116 фунтов стерлингов/МВт-ч сверх рыночной ставки для каждого производителя возобновляемой энергии, которому посчастливилось подписаться на схему до закрытия приема заявок в 2017 году. В этом году схема обойдется в 7,9 млрд фунтов стерлингов, или 280 фунтов стерлингов на домохозяйство. Наконец, давайте рассмотрим схему тарифа Feed in Tariff (FiT), которая в значительной степени поддерживает мелких производителей солнечной энергии. Последний отчет, охватывающий 2022-23 годы, показывает, что схема обошлась более чем в 1,73 млрд фунтов стерлингов, что обеспечивает производителям среднюю субсидию в размере около ~194,38 фунтов стерлингов/МВт-ч — 300% от рыночной цены этого года. В совокупности эти схемы обошлись более чем в 10,6 млрд фунтов стерлингов — или 375 фунтов стерлингов на домохозяйство — в прошлом году. В этом году они должны вырасти как минимум до 12,06 млрд фунтов стерлингов — или 428 фунтов стерлингов на домохозяйство. Поскольку субсидии CfD растут при падении цен на газ, эта цена будет расти по мере того, как цены на энергоносители продолжают нормализоваться. И все это несмотря на то, что эти схемы составляют чуть более 30 процентов выработки электроэнергии. Хуже того, как отмечает Дэвид Тервер, все эти схемы субсидий индексируются на инфляцию, а это означает, что даже если мы завтра прекратим строить новые ветряные турбины, расходы продолжат расти. Но подождите — как напоминает нам наш старательный корреспондент BBC, расходы на этом не заканчиваются. Зависящие от погоды возобновляемые источники энергии требуют 100% резервирования для предотвращения отключений электроэнергии. Однако эта повторяющаяся рутина подрывает финансовую жизнеспособность газовых станций, необходимых для обеспечения этого резервирования. Чтобы решить эту проблему, National Grid ESO должна поддерживать рынок мощности, который субсидирует производителей, чтобы они оставались на рынке, и балансирующий механизм, который предоставляет дополнительные платежи, чтобы гарантировать, что производители будут включаться и выключаться по мере колебания поставок возобновляемых источников энергии. В течение года по март 2024 года балансирующий механизм стоил £2,46 млрд, а платежи на рынке мощности составили £793,5 млн, что в общей сложности составило £3,25 млрд, выплаченных через сетевые сборы. Это доводит общую сумму субсидий до £13,85 млрд в прошлом году (£491 на домохозяйство) и примерно 15,31 млрд в этом году (£543 на домохозяйство). Необходимость резервирования в сочетании с географической разбросанностью возобновляемых источников энергии указывает на конечную стоимость: необходимость более чем удвоить размер сети. National Grid ESO объявила о расходах в размере £54 млрд на модернизацию сети до 2030 года и еще £58 млрд в период 2030-2035 годов, что составляет £383 на домохозяйство в год до 2030 года и £411 в год с 2030 по 2035 год за счет сетевых сборов. Это, по всей видимости, увеличит общую сумму на домохозяйство до £926 в год и будет расти к 2030 году. Все это без учета стоимости налогов на выбросы углерода, таких как Схема торговли выбросами (£5,8 млрд) и Сбор за изменение климата (£2 млрд), а также стоимости принудительного перехода на тепловые насосы или электромобили.
Не каксалтеры, поэтому приведем сцылки для гурманов:
https://dp.lowcarboncontracts.uk/dataset/actual-cfd-generation-and-avoided-ghg-emissions
https://www.ref.org.uk/generators/group/index.php?group=yr
https://www.ofgem.gov.uk/publications/feed-tariffs-fit-annual-report-2022-23
https://substack.com/home/post/p-137035245
https://www.nationalgrideso.com/data-portal/mbss
https://dp.lowcarboncontracts.uk/dataset/capacity-obligation-by-auction
-------------
В России к счастью эта напасть не особо грозит - у нас к 2030 ому по прежнему доля псевдо ВИЭ будет небольшая (хотя лоббисты суетятся ого го - там пиар бюджеты смотрю заряжены конкретные) и еще долго будет возможность выбрать действительно новые технологии, которые возможно к 2035 появятся.
Согласно свежайшей энергостратегии-2035 доля ВИЭ в топливно-энергетическом балансе России к 2036 году может составить от 1,5 до 2,1% в зависимости от сценария (целевой - 1,8%) с нынешних 0,6%, а к 2050 году может составить от 1,4% в стресс-сценарии до 6,6% в инерционном (3,1% в целевом)
И да, возможно тоже стоит задуматься над концепцией - дешевые, массово производимые, быстровозводимые, стандартизированные, независимые от поставщика. ( и аббревиатура красивая - ДМБ ) и не только в электроэнергетике, она в отличии от НТД - имхо не так уж плоха, особенно в условиях когда эти самые технологии быстро меняются.