Elektrownie z szybką zmianą obciążenia vs. wysoka wydajność

Oto aktualny przykład zwiększania kosztów i emisji CO2 poprzez ignorowanie transformacji rentowności. Kilkadziesiąt lat temu nikt nie wyobrażał sobie, że energia słoneczna i wiatrowa może dostarczyć więcej energii elektrycznej niż wszystkie elektrownie kaloryczne razem wzięte. Cofnijmy się w czasie, aby zrozumieć kontekst historyczny: Istnieją elektrownie szczytowe, które pracują głównie w południe. Mogą one szybko zmieniać obciążenie, więc nie ma problemu z zastąpieniem ich w słoneczny dzień energią słoneczną. Elektrownie o średnim obciążeniu również nie stanowią problemu. Ale być może w przyszłości będziemy mieć tak dużo energii fotowoltaicznej, że będziemy musieli nawet wyłączyć elektrownie podstawowe. Ale te elektrownie bazowe mają zbyt powolny spadek, aby działać do południa i zbyt powolny wzrost, aby mieć pełną moc o zachodzie słońca. Tak więc elektrownie podstawowe są wrogiem transformacji energetycznej; przeciążają sieć! Naprawdę, takie stwierdzenia były nadal wygłaszane przez wysokich rangą polityków Zielonych w Niemczech nawet w 2025 roku. Wniosek: Wszystkie nowe elektrownie muszą być przystosowane do szybkiej zmiany obciążenia. Kto zabił samochód elektryczny na początku XX wieku? Akumulator kwasowo-ołowiowy. Moja Tesla Y z akumulatorami kwasowo-ołowiowymi miałaby pojemność 20 kWh i zasięg 100 km, moc szczytową 40 kW, a bateria musiałaby być wymieniana co 6000 km. To nie żart, bolesne doświadczenie podczas mojego pierwszego testu skutera elektrycznego w latach 2006-2009 (1). To samo dotyczy wszelkich rozważań na temat akumulatorów sieciowych. Tak więc ideał szybko zmieniającej się elektrowni narodził się, aby poradzić sobie ze zmianami w energii fotowoltaicznej i wiatrowej. Taki był kontekst historyczny około 3 dekady temu. To szokujące, że wciąż znajdujemy się w pierwszej fazie transformacji energetycznej. Istnieją 3 fazy wykorzystania energii odnawialnej ze słońca i wiatru:

Przypadkowo świeci słońce lub wieje wiatr, a my zmniejszamy moc kalorycznych elektrowni.
24-elektryczne, stabilne zasilanie w ciągu doby; baterie umożliwiają współpracę między słońcem, wiatrem i elektrowniami kalorycznymi.
Energia elektryczna 24×365, stabilne dostawy przez każdy dzień w roku, a paliwo kopalne dla elektrowni kalorycznych jest zastępowane energią do X.

W pierwszej fazie pomysł polega na tym, że gdy tylko świeci słońce lub wieje wiatr, zmniejszamy moc elektrowni kalorycznych. W drugim kierunku, aby zwiększyć moc elektrowni kalorycznych, gdy tylko zrobi się ciemno lub bezwietrznie. To właśnie wtedy pojawiło się życzenie, aby wszystkie elektrownie były w stanie szybko zmieniać obciążenie. Metoda ta ma pewne ograniczenia: nie jest możliwe wyłączenie większej liczby elektrowni, niż właśnie pracuje. Ze względu na to ograniczenie i niechęć do myślenia przyszłościowego, przez wiele lat jako cel ekspansji fotowoltaiki w Niemczech podawano 70 GW. Nie pomyślano nawet, że energia odnawialna musi ewoluować od przypadkowej do 24-elektrycznej. Dlaczego? Baterie litowe były w tym czasie zbyt drogie do tego zadania i nie byli przekonani, że może się to zmienić. Dzieje się tak pomimo wszystkich doświadczeń związanych ze spadkiem cen w rozwijających się branżach. 24-electricity to współpraca między energią odnawialną a elektrowniami kalorycznymi. Istnieje prognoza pogody i popytu: następnego dnia dzielimy produkcję na 80% elektrowni odnawialnych i 20% kalorycznych. Jeśli jest 10 elektrowni kalorycznych, niech tylko 2 z nich pracują z najwyższą wydajnością. Wszystkie różne wydajności energii fotowoltaicznej i wiatrowej w ciągu dnia są spłaszczane przez akumulatory. Niespodzianka, zapotrzebowanie na szybkie zmiany obciążenia w elektrowniach zniknęło. Akumulatory umożliwiają tak powolną zmianę obciążenia, że nawet najwolniej zmieniająca się elektrownia bazowa może nadążyć. Przyjrzyjmy się obecnej sytuacji w nowych elektrowniach, które mają powstać w Niemczech. Elektrownie z szybką zmianą obciążenia vs. wysoka wydajność
Kto zabił samochód elektryczny na początku XX wieku? Akumulator kwasowo-ołowiowy. To samo dotyczy wszelkich myśli o bateriach na skalę sieciową w przeszłości.

Elektrownie z szybką zmianą obciążenia vs. wysoka wydajność
Kto zabił samochód elektryczny na początku XX wieku? Akumulator kwasowo-ołowiowy. To samo dotyczy wszelkich myśli o bateriach na skalę sieciową w przeszłości.

10% mniej CAPEX 10% mniej gazu ziemnego do spalenia to już ogromna różnica dla wersji baterii zoptymalizowanej pod kątem wydajności. Ale myśląc o przeszłości, nadal mówi się o elektrowniach szybko zmieniających obciążenie.

Download: CORP paper PDF Slides PDF Video 189 MB

Streszczenie
	Aby osiągnąć niezbędne cele w zakresie optymalizacji kosztów, nie możemy oddzielać problemu energii od wszystkich innych problemów: innym ważnym problemem jest mieszkalnictwo.

Wprowadzenie
	Wiele wyobrażeń o naszej przyszłości zostało stworzonych w przeszłości z zupełnie innymi parametrami. Niesprawdzone wnioski z przeszłości zagrażają naszej przyszłości, powodując koszty nie do zniesienia.

Moje osobiste doświadczenia z przejściem na rentowność
	Ptaki potrafią latać, nie znając wszystkich pojęć aerodynamiki. Zareagowałem zmianą projektu na trwające "przejście rentowności", nie znając tego terminu w tym czasie.

Transformacja energetyczna
	Długa droga od przypadkowej energii elektrycznej ze słońca i wiatru do energii elektrycznej 24×365. Niekontrolowane zmiany rentowności należy uznać za poważne wypadki.

Uzysk energii słonecznej i konwersja na energię elektryczną 24×365
	Szeroki zakres uzysku energii słonecznej staje się znacznie szerszy po przeliczeniu uzysku brutto na energię elektryczną 24×365. 6 przykładów z naszych badań obejmujących 50 lokalizacji.

Zasada GEMINI: podwójne wykorzystanie gruntów
	Nie ma lepszej elektrowni słonecznej, nie ma lepszej obudowy możliwej na tym samym gruncie - to ostateczny cel zasady GEMINI.

Osiedla szybkiego ładowania poza siecią
	Może zacząć się od małego, gdzieś w wiosce, z pojedynczym domem GEMINI z dużą wiatą PV i ładowaniem prądem stałym o mocy 100 kW.

Przemysł energochłonny
	Kiedyś opracowałem skalę możliwości wykorzystania energii słonecznej poza siecią w zależności od wielkości fotowoltaiki. Ale teraz jest duży skok w górę na tej skali: działający, energochłonny przemysł.

Rolnictwo: Ile metrów kwadratowych potrzebuje człowiek na jedzenie?
	Ludzkość zaczynała jako myśliwi i zbieracze. 12 000 lat temu na jednego człowieka przypadało od 500 000 m² do 2 500 000 m². Wraz z rewolucją rolniczą wykorzystanie gruntów zostało zmniejszone o 2 wielkości.

Wnioski
	Wszystkie parametry podlegają ciągłym zmianom. Musimy sprawdzić wszystkie parametry i przewidzieć rozwój w przewidywalnej przyszłości.

Referencje
	Wiadomości i wypowiedzi na aktualne tematy związane z transformacją energetyczną, ochroną klimatu i koniecznym rozwojem w kierunku globalnego dobrobytu.