?

Log in

No account? Create an account

Previous Entry | Next Entry

Еще одна статья avm c переводом и разжевыванием анализа института Фраунгхофера по поводу возможного облика энергосистемы Германии в 2050 году. Очень интересно увидеть, какие неожиданные трансформации могут ждать эту энергосистему в попытке построить безуглеродную и основанную на переменчивых ВИЭ энергетику. Пересекается с моими размышлениями на тему возможности атома и ВИЭ ужиться в одной энергосистеме а так же по возможным точкам роста потребления энергоресурсов.

=======
Ранее я уже начинал писать на тему того, каким образом Германия собирается интегрировать непостоянную энергию солнца и ветра в свою энергосистему, но общей схемы этой трансформированной системы не приводил. Сейчас постараюсь восполнить этот пробел и сформировать целостную картинку. В качестве источника я использую презентацию института Фраунхофера - http://publica.fraunhofer.de/eprints?urn:nbn:de:0011-n-3198705.pdf

Итак, схема энергосистемы Германии в 2050 году:

Посмотреть поближе можно здесь: http://s017.radikal.ru/i428/1504/67/99bfbf52d2cd.jpg

Перед тем как её пристально рассмотреть, сначала разберёмся в том как же немцы пришли к ней?

Правительство Германии поставило цели к 2050 году:


  • - Снизить выбросы СО2 минимум на 80% по сравнению с 1990 годом


  • - Сократить потребность в первичной энергии на 50%


  • - Довести долю возобновляемых источников в первичной энергии до 60%


  • - Сократить потребление электричества (за исключением сектора тепла и индивидуального транспорта) на 25% по сравнению с 2008 годом


  • - Довести долю возобновляемых источников в производстве электроэнергии до 80%


  • - Сократить потребление первичной энергии строениями на 80%


Все эти цели, кроме последней, они ввели в качестве начальных и граничных условий в модель REMod-D, которая представляет собой почасовую симуляцию (в течении одного года) энергосистемы Германии на основе возобновляемых источников.

Так же в качестве начальных условий они взяли:


  • - доступная энергия для промышленности останется такой же как в последние 20 лет


  • - потребность в транспорте (в этот транспорт не включён электро-ЖД) будет такой же как сейчас; но 30% будет на водороде, 30% на электричестве, 40% на ископаемом топливе и биотопливе (тяжёлый транспорт и авиация))


  • - доступная энергия биомассы ограничена 335 TWh


  • - Генерация на атоме и нефти отсутствует, генерация на каменном угле 7 GW, на буром угле 3 GW


Оптимизация системы на основе модели происходит так, чтобы годовая стоимость энергосистемы была минимальной.

В качестве результата моделирования должны быть получены


  • - установленные мощности источников энергии


  • - ёмкости хранилищ электричества и тепла


  • - величина, на которую нужно уменьшить потребление тепла зданиями


  • - распределение долей различных технологий получения тепла в секторе обогрева зданий


Итак, некоторые полученные результаты:


  • - потребление тепла зданиями нужно снизить на 60%, т. е. требуется довольно серьёзная работа в этом направлении


  • - достигнуто сокращение выбросов СО2 в полученной системе на 81%


Взглянем на систему более подробно:


  • - На красноватом фоне отмечены источники электроэнергии.

  • - На жёлтом фоне источники ископаемого, возобновляемого (биомасса) и синтетического (водород) топлива.

  • - На зелёном фоне показан сектор транспорта (за исключением электро-ЖД)

  • - На сером фоне сектор тепла

  • - На фиолетовом фоне сектор промышленности (в части потребности в топливе)

  • - ПГУ — парогазовая установка

  • - Solartermie — солнечные коллекторы

Доля солнца, ветра и воды в брутто производстве электроэнергии (634 TWh) составляет 77,7% (493 TWh). На долю угольной генерации приходится 6% (38 TWh). Остальная генерация на газу 16% (100 TWh). Т.е. основа генерации это солнце/ветер и газ.

Как же это, чёрт побери, работает?

Когда энергии ветра и солнца недостаточно в действие вступают газовые ТЭЦ, которые производят электричество и тепло. Даже при полном отсутствии солнца и ветра их установленной мощности в 60 GW достаточно, чтобы компенсировать утрату. А есть ещё отдельно стоящие ПГУ 3 GW, угольные электростанции 10 GW, ГЭС - 5 GW. Также есть гидро аккумулирующие электростанции (ГАЭС), которые могут выдать 8 GW на несколько часов. Т.е. существует резерв в 85 GW при пиковой потребности в районе 75 GW.

Если выработка от солнца и ветра превышает классические потребности в электричестве, то ТЭЦ отключаются, а избыток электричества начинает тратиться на электролиз (33 GW), пополнение резервуаров ГАЭС (8 GW). Так же подключаются тепловые насосы, которые компенсируют отключение ТЭЦ в части производства тепла. Начинается зарядка батарей транспорта. И уже когда выработка от ветра и солнца становится совсем запредельной включаются кипятильники и избыточное тепло запасается в централизованных и частных хранилищах.

В упомянутой презентации также приведён график, который получен как разница между графиком классического потребления электричества (без сектора тепла и транспорта) и графиком выработки электричества от солнца и ветра.

Красным обозначен недостаток энергии, который требуется компенсировать с помощью ТЭЦ.

А синим избыток энергии, который требуется утилизировать.

Очень хорошо процесс утилизации избыточной энергии от ветра и солнца показан на следующем графике, который получен сортировкой по убыванию значений с предыдущего графика.

Как видно, наибольший эффект даёт электролиз, кипятильники в хранилищах тепла и зарядка батарей личного транспорта. ГАЭС и стационарные батареи не вносят существенного вклада и выглядят как мёртвому припарка.
Не утилизированной энергии остаётся примерно 10 TWh (см. график). Т.е. теряется 2% от годовой выработки солнца и ветра (при условии отсутствия экспорта). Но скорей всего эту энергию удастся продать за границу.
Интересно так же глянуть на полученное соотношение размеров хранилищ энергии.


  • - Стационарные аккумуляторные батареи — лишь 24 GWh (не существует нормальных батарей)

  • - ГАЭС — тоже не много: 60 GWh (ограничено ландшафтами Германии)

  • - Хранилища тепла — централизованные 346 GWh, индивидуальные 319 GWh

  • - Хранилища водорода — недоступны данные

  • - Аккумуляторные батареи транспорта — недоступны данные, но можно, наверное, посчитать

Как видно, основную массу энергии собираются складировать в хранилищах тепла.


Интересно сравнить объёмы природного газа и топлива для транспорта в 2050 с сегодняшним потреблением. Согласно отчёту BP в 2013 году потребление природного газа в Германии составило 75 млн. тонн нефтяного эквивалента (MTOE). А потребление природного газа в 2050 году 394 TWh или 34 MTOE. На долю топлива (ископаемое, биотопливо) для транспорта в 2050 году приходится 220 TWh или 19 MTOE. Для сравнения: потребление нефти Германией в 2013 году составило 112 MTOE.


В секторе тепла тоже достаточно много нового появится — это возросшее количество солнечных коллекторов и тепловых насосов.

Соотношение выработки тепла из разных источников (за исключением тепловых процессов в промышленности):


  • - Тепловые насосы — 171 TWh (41,8 %)

  • - ТЭЦ (мини, средние, крупные) — 73 TWh (17,8 %)

  • - Газовые котлы — 71 TWh (17,4 %)

  • - Солнечные коллекторы — 62 TWh (15,2 %)

  • - Кипятильники — 26 TWh (6,4 %)

  • - Геотермальные источники — 6 TWh (1,5 %)

Итого: 409 TWh

Общий баланс первичной энергии:

Доля возобновляемых источников 66% (видимо, они включили биотопливо из столбика Fuel (cars), т. к. по моим подсчётам получается 59%)
Первичная энергия 2050 составляет примерно 50% от сегодняшнего потребления (150 MTOE в 2050 против 325 MTOE в 2013 году. Хотя в эти 325 MTOE входит нефть, которая используется как сырьё). Но эта первичная энергия более качественная чем сейчас, т.к. сразу представлена электричеством! Поэтому, общая эффективность системы возросла, а потери снизились. Из 1740 TWh на полезную работу тратится 1340 TWh (см. правый столбик на графике)


Ежегодная стоимость трансформированной системы в 2050 году и сравнение с 2008 годом:

Ежегодная стоимость трансформированной системы получается примерно такая же как стоимость системы в 2008 году. Всех больше денег потребуют меры по снижению потребления тепла зданиями. По их словам, до 2050 года во время трансформации стоимость системы будет больше, чем в 2008 году, а в долгосрочной перспективе после 2050 года стоимость системы будет даже меньше, чем стоимость старой (из-за увеличения стоимости ископаемого топлива).


Сейчас они находятся в начале фазы 2 перехода к новой системе:

Запасаемся попкорном :-)


А вы как думаете удастся немчуре энергетический переход? Я, думаю, что шансы закончить  фазу 2 (хоть и с опозданием) всё-таки есть. Основные сложности, как мне кажется, присутствуют с установкой ветряков на море, утеплением зданий, электролизом, электромобилями, усилением сетей и превращением их в то, что называется smart grid. Пиковая выработка за 200 GW против сегодняшних 70 GW тоже выглядит устрашающе. Но, как говорится, глаза боятся — руки делают.

Comments

( 182 comments — Leave a comment )
vit_r
Jun. 25th, 2016 08:36 pm (UTC)
- потребление тепла зданиями нужно снизить на 60%, т. е. требуется довольно серьёзная работа в этом направлении

Одно из гениальных предложений - сделать в домах окна не открываемыми. Вентиляция только через систему.
Дмитрий Малышкин
Jun. 25th, 2016 09:03 pm (UTC)
Логическая цепочка доведёт до резиновой женщины...
(no subject) - k_ilya_v - Sep. 11th, 2016 07:20 pm (UTC) - Expand
(no subject) - sammolove - Jun. 25th, 2016 09:50 pm (UTC) - Expand
(no subject) - vit_r - Jun. 25th, 2016 10:04 pm (UTC) - Expand
(no subject) - plaksiva9tr9pka - Jun. 26th, 2016 02:32 am (UTC) - Expand
(no subject) - vit_r - Jun. 26th, 2016 05:09 am (UTC) - Expand
(no subject) - const00076 - Jun. 29th, 2016 07:08 am (UTC) - Expand
(no subject) - vit_r - Jun. 29th, 2016 03:37 pm (UTC) - Expand
(no subject) - rusec - Jun. 26th, 2016 03:10 am (UTC) - Expand
(Deleted comment)
(no subject) - Андрей Гаврилов - Jun. 26th, 2016 04:37 pm (UTC) - Expand
(Deleted comment)
(Deleted comment)
ответил ниже - Андрей Гаврилов - Jun. 26th, 2016 06:05 pm (UTC) - Expand
(Deleted comment)
(Deleted comment)
(Deleted comment)
(no subject) - Андрей Гаврилов - Jun. 26th, 2016 07:50 pm (UTC) - Expand
(Deleted comment)
(no subject) - Андрей Гаврилов - Jun. 26th, 2016 08:38 pm (UTC) - Expand
(Deleted comment)
(no subject) - Андрей Гаврилов - Jun. 27th, 2016 01:59 am (UTC) - Expand
(no subject) - ssmag - Jun. 27th, 2016 10:48 am (UTC) - Expand
(no subject) - Андрей Гаврилов - Jun. 27th, 2016 02:09 pm (UTC) - Expand
(no subject) - Андрей Гаврилов - Jun. 27th, 2016 02:31 pm (UTC) - Expand
(Deleted comment)
(no subject) - Андрей Гаврилов - Jun. 28th, 2016 05:34 pm (UTC) - Expand
(Deleted comment)
(no subject) - Андрей Гаврилов - Jun. 30th, 2016 04:14 am (UTC) - Expand
(no subject) - Андрей Гаврилов - Jun. 28th, 2016 05:35 pm (UTC) - Expand
(no subject) - Андрей Гаврилов - Jun. 28th, 2016 05:42 pm (UTC) - Expand
(no subject) - rrr2 - Jun. 28th, 2016 05:54 pm (UTC) - Expand
(no subject) - fixik_papus - Jun. 27th, 2016 04:12 pm (UTC) - Expand
(Deleted comment)
(no subject) - vit_r - Jun. 26th, 2016 05:08 am (UTC) - Expand
(no subject) - fixik_papus - Jun. 27th, 2016 04:11 pm (UTC) - Expand
(no subject) - vit_r - Jun. 28th, 2016 10:36 am (UTC) - Expand
mirang
Jun. 25th, 2016 09:09 pm (UTC)
Серьезно готовятся к автономке...
darkdanchik
Jun. 25th, 2016 09:29 pm (UTC)
А что такое "газовый тепловой насос"?
tnenergy
Jun. 25th, 2016 09:35 pm (UTC)
Гуглится вот это http://www.tn.esco.co.ua/pages/articles_17_gaz_tn.html

Но я точно не знаю.
(no subject) - techwork - Jun. 25th, 2016 10:56 pm (UTC) - Expand
газовый тепловой насос - zel_dol - Jun. 26th, 2016 04:51 am (UTC) - Expand
(Deleted comment)
the_lb
Jun. 25th, 2016 09:31 pm (UTC)

300+ ГВт установленной... чота дофига.

tnenergy
Jun. 25th, 2016 09:39 pm (UTC)
Вечная проблема ВИЭ. Например в Швеции намоделировали 22 ГВт ветряков ПЛЮС 8,6 гигаватт газовых турбин для замены 9,4 гигаватт атома, после чего решили оставить атом.
(no subject) - mishagamba - Jun. 26th, 2016 01:34 pm (UTC) - Expand
(no subject) - tnenergy - Jun. 26th, 2016 01:40 pm (UTC) - Expand
sammolove
Jun. 25th, 2016 09:47 pm (UTC)
Сила в распределении
Здесь как в торрентах. У всех по чуть-чуть, кто-то в сети, кто-то нет, а скорость скачки всегда 100мбит и может быть и больше.
Сейчас много говорят про запас энергии в машинах и в домашних аккумах. Может ещё придумают что-то поэффективнее лития. Тот же водород, наверное.
То же и с выработкой. В каждом частом доме свои ветряки, тепловые насосы, батареи, аккумы.
При такой децентрализации каждый дом более автономен и выступает в роли альвеолы всей энергетической системы.

А что за прикол с кипятильниками? Лишняя энергия? А не проще при избытке просто отключать от сети источник, например, солнечную батарею просто отсоединять, а ветряки ставить на ручник, отключать подачу газа и т.д?
Вася Петров
Jun. 25th, 2016 11:18 pm (UTC)
Re: Сила в распределении
Ну а чо сразу "отключать"?
Если есть вменяемый по стоимости способ запасти чуток энергии - отчего бы и не запасти?
(Deleted comment)
Re: Сила в распределении - mishagamba - Jun. 26th, 2016 01:32 pm (UTC) - Expand
(Deleted comment)
Re: Сила в распределении - tnenergy - Jun. 26th, 2016 08:33 am (UTC) - Expand
Re: Сила в распределении - scream_r - Jun. 26th, 2016 10:54 am (UTC) - Expand
Re: Сила в распределении - b_my - Jun. 26th, 2016 12:39 pm (UTC) - Expand
Re: Сила в распределении - scream_r - Jun. 27th, 2016 08:55 pm (UTC) - Expand
Re: Сила в распределении - scream_r - Jun. 28th, 2016 08:40 am (UTC) - Expand
Re: Сила в распределении - scream_r - Jun. 28th, 2016 09:56 am (UTC) - Expand
Re: Сила в распределении - sammolove - Jun. 26th, 2016 03:22 pm (UTC) - Expand
daily_madness
Jun. 26th, 2016 01:46 am (UTC)
В 2050 году в Германии будет шариат и отопление кизяками.
tnenergy
Jun. 26th, 2016 08:34 am (UTC)
Или нет.
(Deleted comment)
zel_dol
Jun. 26th, 2016 04:48 am (UTC)
довольно компактные и эффективные топливные элементы
Нет таковых пока по приемлемой цене. Стоимость КВт мощности в от 4000 долларов.
На газе можно поставить газовый генератор (в несколько КВт) для тех кто согласен дышать выхлопом и мириться с шумом.
(Deleted comment)
(Deleted comment)
(Deleted comment)
(Deleted comment)
(Deleted comment)
(Deleted comment)
(Deleted comment)
(Deleted comment)
(Deleted comment)
(Deleted comment)
(Deleted comment)
(Deleted comment)
(no subject) - Андрей Гаврилов - Jun. 26th, 2016 04:23 pm (UTC) - Expand
(Deleted comment)
(no subject) - Андрей Гаврилов - Jun. 26th, 2016 04:54 pm (UTC) - Expand
(Deleted comment)
(no subject) - Андрей Гаврилов - Jun. 26th, 2016 05:50 pm (UTC) - Expand
(no subject) - Андрей Гаврилов - Jun. 27th, 2016 03:24 am (UTC) - Expand
pz_true
Jun. 26th, 2016 06:26 am (UTC)

а вместо электролиза метан делать можно?
просто  технологии хранения/трранспортировки/ использования природного газа отработаны и почти совершенны.

zel_dol
Jun. 26th, 2016 06:48 am (UTC)
метан делать можно?
С помощью электроэнергии? а зачем, если метан другими путями дешевле получается.
Все что связано с химией предпочитает работать в базовом режеие, ну или 50-110% от номинала, с некоторой потерей КПД.
Наверное избыток энергии можно пустить в электропечь для термического крекинга метана (для получения ацетилена, как в Невинномысске), но захотят ли технологи режим печи резко менять?
Может быть малотоннажная вторичная переплавка меди (алюминия) подойдет, чтобы пики дневные сглаживать при избытке солнца.
Или цех крупных термопластавтоматов держать в горячем резерве?

Edited at 2016-06-26 06:57 am (UTC)
Re: метан делать можно? - tnenergy - Jun. 26th, 2016 08:38 am (UTC) - Expand
Re: метан делать можно? - zel_dol - Jun. 26th, 2016 10:54 am (UTC) - Expand
Re: метан делать можно? - genrih - Jun. 26th, 2016 12:08 pm (UTC) - Expand
Re: метан делать можно? - b_my - Jun. 26th, 2016 02:10 pm (UTC) - Expand
(no subject) - Андрей Гаврилов - Jun. 26th, 2016 04:34 pm (UTC) - Expand
(no subject) - tnenergy - Jun. 26th, 2016 08:36 am (UTC) - Expand
(no subject) - b_my - Jun. 26th, 2016 02:11 pm (UTC) - Expand
(no subject) - osteohondros - Jun. 26th, 2016 03:39 pm (UTC) - Expand
vovilon
Jun. 26th, 2016 09:40 am (UTC)
Огромная просьба - убирать большие картинки под кат
tnenergy
Jun. 26th, 2016 09:42 am (UTC)
Не под катом одна картинка на 760 килобайт и меньше не сделать. Я в блоге придерживаюсь правила, что к каждой статье идет как минимум одна картинка, и она ставится до ката, так что увы.
(no subject) - vovilon - Jun. 26th, 2016 09:58 am (UTC) - Expand
stalinetz_s65
Jun. 26th, 2016 12:11 pm (UTC)
Весьма грустная картина. Немцы не предполагают ни увеличения населения, ни роста промышленности и собираются оставить дома вовсе без отопления (что рискованно при долговременных похолоданиях).

И ради чего, собственно, непонятно как-то.
fixik_papus
Jun. 27th, 2016 04:18 pm (UTC)
У немцев нет ни нефти, ни газа.

Рост населения и промышленности не равен росту энергопотребления, и наоборот.
Там гораздо более сложные зависимости.
mishagamba
Jun. 26th, 2016 01:18 pm (UTC)
А они что, не заметили, что водородная энергетика вышла из моды? Я что то давно про нее не слышал.
То есть бензин, нефть и газ у них тихо испарились?
Самолеты тихо перешли на водород (при том, что сейчас ни один самолет на водороде не летает) ?
Я, честно говоря, не уверен, что имеет смысл обращать внимание на подобную фантазию.

Edited at 2016-06-26 01:19 pm (UTC)
tnenergy
Jun. 26th, 2016 01:28 pm (UTC)
>А они что, не заметили, что водородная энергетика вышла из моды? Я что то давно про нее не слышал.

Они, может быть, и заметили, но альтернативы пока все равно нет. В конце концов, это модель, а не план строительства, заменить несложно.

>Самолеты тихо перешли на водород (при том, что сейчас ни один самолет на водороде не летает) ?

Там есть 220 ТВт*ч отведенные на подобный транспорт (еще корабли, часть строительной техники etc).

(no subject) - mishagamba - Jun. 26th, 2016 01:39 pm (UTC) - Expand
(no subject) - osteohondros - Jun. 26th, 2016 03:35 pm (UTC) - Expand
(no subject) - alekoksan - Jun. 29th, 2016 08:08 am (UTC) - Expand
(no subject) - alekoksan - Jun. 29th, 2016 09:33 am (UTC) - Expand
(no subject) - alekoksan - Jun. 29th, 2016 10:29 am (UTC) - Expand
экономика обанкротится - zel_dol - Jun. 29th, 2016 10:37 am (UTC) - Expand
(no subject) - alekoksan - Jun. 29th, 2016 11:25 am (UTC) - Expand
(no subject) - mishagamba - Jun. 27th, 2016 12:02 pm (UTC) - Expand
(no subject) - osteohondros - Jun. 27th, 2016 07:48 pm (UTC) - Expand
(no subject) - mishagamba - Jun. 29th, 2016 02:27 pm (UTC) - Expand
(no subject) - osteohondros - Jun. 29th, 2016 03:25 pm (UTC) - Expand
(no subject) - Андрей Гаврилов - Jun. 30th, 2016 06:21 am (UTC) - Expand
(no subject) - fixik_papus - Jun. 27th, 2016 04:19 pm (UTC) - Expand
(no subject) - mishagamba - Jun. 30th, 2016 07:42 am (UTC) - Expand
vadimrishon
Jun. 26th, 2016 08:03 pm (UTC)
В схеме почти не представлено, но...
Можно построить автоматизированные производства специально для потребления "лишней" энергии.
Там где надо опреснительные установки или ещё что. Главный принцип быстрый старт и остановка.
Кроме того если все энергопотребители будут в онлайне, то этим оркестром можно дирижировать централизованно.
rusec
Jun. 27th, 2016 12:15 am (UTC)
И большую часть времени эти самые установки будут проставать. А при наличии электричества производить продукцию в непредсказуемом количестве.
Как-то тут логика перевёрнута.
В нормальной экономике нам нужен продукт, для его производства нужно электричество, значит надо произвести электричества сколько надо. Само по себе электричество не нужно, это сырьё.
А тут получается у нас иногда есть электричество и мы делаем продукта сколько получится и когда получится, чисто для использования сырья. А если нету - оборудование простаивает, персонал курит бамбук. Бредоватенько.
(no subject) - Mad Max - Jun. 27th, 2016 12:33 am (UTC) - Expand
- rusec - Jun. 27th, 2016 01:16 am (UTC) - Expand
(no subject) - mishagamba - Jun. 27th, 2016 12:19 pm (UTC) - Expand
(no subject) - fixik_papus - Jun. 27th, 2016 04:21 pm (UTC) - Expand
(no subject) - rusuy - Jun. 27th, 2016 05:04 pm (UTC) - Expand
(no subject) - fixik_papus - Jun. 27th, 2016 06:02 pm (UTC) - Expand
(no subject) - rusec - Jun. 27th, 2016 07:08 pm (UTC) - Expand
(no subject) - fixik_papus - Jun. 27th, 2016 07:21 pm (UTC) - Expand
(no subject) - rusec - Jun. 27th, 2016 09:59 pm (UTC) - Expand
(no subject) - Mad Max - Jun. 27th, 2016 12:27 am (UTC) - Expand
(no subject) - mishagamba - Jun. 27th, 2016 12:23 pm (UTC) - Expand
(no subject) - fixik_papus - Jun. 27th, 2016 04:19 pm (UTC) - Expand
( 182 comments — Leave a comment )

Profile

tnenergy
Ядерная энергия

Latest Month

December 2017
S M T W T F S
     12
3456789
10111213141516
17181920212223
24252627282930
31      
Powered by LiveJournal.com