Немецкий энергетический поворот - Аргументы за возобновляемое энергетическое будущее

Глоссарий

Резервная мощность:

Это энергогенератор, который содержится в состоянии готовности к включению в сеть в том случае, если откажут другие генерирующие источники. Использование ветровой и солнечной энергии всегда будет требовать наличия регулируемой резервной мощности, хотя в ближайшем будущем в этой роли смогут выступать хранилища избытков возобновляемой энергии.

В работе традиционных станций время от времени происходят сбои, поэтому тот или иной вид резервной мощности всегда необходим. В странах, не слишком зависимых от импорта энергии, часть генерирующих источников постоянно находится в положении готовности. Многие страны, включая Германию, имеют также специальные генерирующие установки, используемые только в случае чрезвычайных положений. В немецкой энергосети это в основном электростанции, работающие на мазуте.

Базовая/ средняя / пиковая нагрузка:

Станции базовой нагрузки – это те станции, которые обеспечивают минимальное количество энергии, необходимое стране круглосуточно. Например, уровень потребления энергии в Германии редко падает ниже 40 гигаватт (ссылка на киловатты) даже в ночное время, таким образом, базовая нагрузка составляет примерно первые 40 гигаватт. Электростанции, обеспечивающие эту нагрузку, обычно работают круглосуточно.

Средняя нагрузка – это нагрузка, необходимая для обеспечения уровня, которого потребление достигает в среднем каждый день. В нормальный рабочий день уровень потребления энергии в Германии стабильно достигает 60 гигаватт, таким образом, средняя нагрузка составляет от 40 до 60 гигаватт. Станции, обеспечивающие эту нагрузку, функционируют регулярно, но могут в течение дня наращивать и снижать мощность выработки.

Пиковая нагрузка – это все, что оказывается сверх предела средней нагрузки. В Германии уровень потребления энергии изредка вырастает до 80 гигаватт, таким образом, пиковая нагрузка находится в пределах от 60 до 80 гигаватт. Станции, обеспечивающие пиковую нагрузку, работают редко, часто простаивают, но обязательно могут быстро регулировать мощность.

Бурый уголь/лигнит:

Cм. антрацит, твердый уголь

Углеродные выбросы/парниковые газы:

Одна из причин, по которым на Марсе гораздо холоднее, чем на Земле, состоит в том, что на Марсе нет атмосферы. Атмосфера Земли служит одеялом: достигающий Земли солнечный свет проникает через него, частью отражается и уходит обратно, а частью превращается в тепловую энергию, которую захватывают и удерживают парниковые газы.

Некоторые газы усиливают этот изолирующий эффект больше, чем другие, и эксперты пользуются термином «эквивалент углеродного выброса», так как именно этот парниковый газ - диоксид углерода - содержится в атмосфере в наибольшем количестве. По сути, человеческая цивилизация извлекает углерод, накопленный в недрах Земли (в угле, природном газе и нефти), и закачивает его в атмосферу, тем самым повышая эффективность атмосферного одеяла Земли.

Эти газы также совокупно называют «парниковыми», хотя, несмотря на возможные позитивные коннотации этого термина, значительный рост температур приведет к значительным негативным последствиям.

Коэффициент мощности:

Отношение проектной мощности установки (измеряемой в киловаттах) к количеству производимой энергии (измеряемой в киловатт-часах). Например, ветровая турбина проектной мощностью 1,5 мегаватта теоритически способна производить максимум 36 мегаватт-часов в день (1,5 МВт x 24 часа) при идеальных условиях, при этом коэффициент мощности составляет 100 процентов – турбина постоянно вырабатывает максимальный объем энергии. На практике коэффициент мощности прибрежной ветровой турбины составляет около 25 процентов в благоприятном местоположении, то есть турбина проектной мощностью 1,5 МВт работает со средней мощностью 0,375 мегаватта, что составляет 9 мегаватт-часов в сутки.

В Германии коэффициент мощности прибрежных ветровых турбин составляет менее 20 процентов, в то время как коэффициент мощности оффшорных турбин – примерно 35 процентов. Коэффициент мощности солнечной энергии во многом зависит от количества солнечного света и в среднем оценивается в 10-20 процентов. См. «период полной нагрузки».

Когенерация / тригенерация (комбинированное производство тепловой и электрической энергии):

Когда утилизируется сбросное тепло электрического генератора, речь идет о когенерации тепла и электричества. Тригенерация означает, что в этом процессе часть сбросного тепла используется для охлаждения. Не путать с газовыми турбинами комбинированного цикла, где сбросное тепло (пар) используется для приведения в движение второй, паровой турбины, но не поставляет сбросное тепло для прямого применения. В когенерации сбросное тепло используется не для выработки дополнительного электричества, но для обеспечения обогрева помещений и процессов.

Управление спросом (управление стороной потребления):

Способ регулирования нагрузки энергосистемы со стороны потребления, а не снабжения. Электричество сложно хранить, поэтому количество потребляемого электричества должно быть в целом равно количеству производимого электричества. До недавнего времени наши энергосистемы были сконструированы таким образом, что снабжение отвечало спросу: централизованные станции увеличивали и уменьшали мощность по мере роста и снижения уровня потребления.

Со скачкообразными возобновляемыми источниками (см. диспетчеризуемые станции), снабжение не удастся так легко приспособить к уровню потребления, значит, надо управлять этим уровнем. Например, когда энергии достаточно, холодильники и морозильники могут работать чуть сильнее, чтобы быть способными «продержаться» несколько часов более низкого уровня производства энергии.

Управляемые диспетчером (диспетчеризуемые) станции:

Это те электростанции, работу которых можно регулировать: отключать и включать, увеличивать и уменьшать мощность с целью соответствия текущему уровню спроса на энергию. Самыми гибкими являются газовые турбины, хотя современные угольные станции тоже могут сбрасывать и наращивать мощность. Старые угольные станции, как и атомные, лучше держать постоянно функционирующими на почти полной мощности.

Как и газовые турбины, генераторы на биомассе в целом быстро управляемы, но они являются единственным видом возобновляемой энергии в Германии, который может быть признан диспетчеризуемым. Ветровые и солнечные генераторы работают скачкообразно, то есть они не производят энергию постоянно, хотя выработку можно с уверенностью предсказать как минимум на день вперед. Наиболее важно, что ветровые турбины и фотоэлектрические установки нельзя «диспетчеризировать», то есть включать и выключать.

Кроме гидроэнергетики единственными возобновляемыми источниками электричества, которые можно «диспетчеризировать», это геотермика и концентрированная солнечная энергия, большим потенциалом которой Германия не обладает.

Распределенная энергия:

Электроэнергия, производимая большим количеством малых генерирующих мощностей (таких как солнечные панели, ветровые турбины), в противоположность централизованной системе энергоснабжения, состоящей из крупных электростанций (не только ядерных и угольных, но также крупных фотоэлектрических станций и ветровых парков).

Коэффициент полезного действия (КПД):

Отношение полезно использованной энергии, отдаваемой источником, к суммарному количеству энергии, полученному источником. Не путать с коэффициентом мощности.

Для ветровой и солнечной энергии КПД измеряется совершенно иначе, нежели для невозобновляемых источников. Например, КПД старой угольной станции составляет 33 процента, это значит, что треть энергии угля конвертируется в электричество, а две трети теряются как сбросное тепло. Тем не менее эти 33% выглядят лучше, чем КПД солнечной панели в 15%.

Но тут есть разница:

Уголь можно использовать только один раз, так что есть смысл использовать его как можно более эффективно. Иными словами, мы навсегда теряем тот уголь, который используем. Также очевидно, что и солнечный свет имеет смысл использовать как можно более эффективно. Однако мы теряем те солнце и ветер, которые не используем – Земля получает примерно одно и то же количество энергии от солнца каждый день. То, что не используется с помощью ветровых турбин и солнечных панелей, мы навсегда теряем.

Это различие станет более ясным, если принять во внимание, что количество угольной энергии различается в зависимости от того, какая энергия измеряется – первичная или полезная. В то время как количество ветровой и солнечной энергии неизменно в исчислении как первичной, так и полезной энергии.

Энергия:

Здесь различия делаются по типу применения (электричество, тепло и моторное топливо); также энергию можно измерять в количественных единицах (киловатт-часах) и как потенциал (см. киловатты).

Энергетические культуры:

Сельскохозяйственные культуры, выращиваемые исключительно с целью дальнейшего использования в качестве топлива. Например, кукуруза, выращиваемая как источник пищи, не является энергетической культурой, даже если отходы ее выращивания затем используются для производства энергии. Продолжая пример с кукурузой: урожай энергетической культуры, предназначенной для производства биогаза, собирается раньше, чем початки созреют до съедобной стадии, и в процессе производства биогаза используется все растение целиком. Однако для производства этанола используется только съедобная часть растения.

Энергоемкий:

В Германии компании, потребляющие большое количество энергии и конкурентоспособные на международном рынке, освобождены от уплаты наценки на возобновляемую энергию. Для того чтобы попасть в эту привилегированную категорию, компании должны потреблять не менее 10 ГВт-ч в год. В 2011 году около 300 энергоемких компаний платили 0,05 цента за киловатт-час на покрытие немецких зеленых тарифов за 90% потребленной энергии и только за первые 10% энергии полную цену; все остальные платили за всю потребленную энергию. Более того, если компания потребляет как минимум 100 ГВт-ч в год и стоимость энергии составляет более 20% общей стоимости производства, она не должна платить полную стоимость и первых 10% потребленной энергии.

Период полной нагрузки:

Наряду с коэффициентом мощности – мерой использования мощности в процентах, употребляется также «период полной нагрузки» - специфический термин, применяемый для генераторов, включаемых или отключаемых диспетчером, - станций на биомассе, угле, природном газе и ядерных реакторов. В году 8760 часа. Измеряемый в часах период полной нагрузки может использоваться для указания того количества часов, которое данный генератор должен проработать в течение года, чтобы быть рентабельным. Например, данная электростанция будет рентабельной при условии 4000 часов полной нагрузки, что равно коэффициенту мощности 4,000 / 8,760 = 45,7 процентов. Если эта станция работает с 50% нагрузкой, то для того чтобы достичь 4000 часов полной нагрузки, она должна функционировать 8000 часов.

Производительность, или проектная мощность:

Максимальный объем энергии, который генератор может произвести при определенных условиях. Например, производительность ветровой турбины может составлять 1500 киловатт (1,5 мегаватт), но такое количество энергии она способна производить только при сильном ветре. См. «коэффициент мощности».

Доступ к сети:

Одним из препятствий к росту возобновляемой энергетики является недостаток доступа к энергосети. Немецкими законами для возобновляемого электричества установлен приоритет в сети, а значит, традиционная генерация энергии должна сократиться. В других странах ветровые турбины и солнечные панели зачастую оставляют без доступа к сети, чтобы обеспечить рентабельность традиционных станций. Более того, немецкие законы определяют условия, по которым операторы энергосети обязаны расширять сеть с целью обеспечения подключения ветровых турбин, станций на биомассе, солнечных панелей. Иначе инвестиции, вложенные в возобновляемые источники энергии, могут пропасть, если операторы сети не предоставят им доступа к сети.

Действительное энергопотребление/конечная энергия:

Действительное энергопотребление представляет собой количество потребленной энергетическим сектором энергии с учетом потерь; конечная энергия – это количество энергии, которое достигает конечного потребителя в виде электричества или топлива. Другими словами, потери при производстве и транспортировке не учитываются. Например, действительное энергопотребление электричества в Германии в 2011 году составило около 600 тераватт-часов, в то время как общее количество потребленной конечным потребителем полезной энергии составило 535 тераватт-часов. «Пропавшие» 65 тераватт-часов были либо потреблены самими электростанциями, либо потеряны при передаче. См. также первичная энергия.

Антрацит/твердый уголь:

Наиболее ценный сорт угля, по сравнению с бурым углем. В Германии много бурого угля, который считается углем более низкого качества из-за относительно высокого содержания воды и, следовательно, низкой теплотворной способности, в связи с чем его редко транспортируют на большие расстояния. В отличие от него, очень твердый и блестящий антрацит, состоящий на 95% из углерода, – более компактное, высокоэнергетичное топливо, которое перевозят по всему миру.

Киловатт и киловатт-час:

1000 ватт равна киловатту. Аналогично, 1000 киловатт равна мегаватту; 1000 мегаватт = 1 гигаватт; 1000 гигаватт = 1 тераватт.

Фен, на этикетке которого написано «1000 ватт», потребляет киловатт электричества при работе на полную мощность. Проработав так в течение часа, он потребил киловатт-час. Следовательно, прибор, потребляющий 2000 ватт, потребит 1000 ватт (или киловатт) за 30 минут работы.

Термины «киловатт» и «киловатт-час» часто путают, хотя они означают совершенно разные вещи. Чтобы лучше запомнить, представьте себе киловатты в виде лошадиных сил – единиц измерения энергии, которую вырабатывает мотор вашей машины. Таким образом, лошадиные силы – эквивалент киловаттов – потенциал мотора/прибора. Но ваша машина редко работает во всю мощность, большую часть дня она стоит просто так. Теперь представьте себе киловатт-часы – выполненную работу (в отличие от потенциала) как, грубо говоря, километраж, количество пройденных километров.

Рейтинг поставщиков:

Обозначает порядок, в котором энергия закупается у электростанций распределяющей сетью. При этом порядке самые дорогие в производстве станции определяют цену энергии. Станции включаются в сеть в порядке «маргинальной цены» (максимальной себестоимости) производимой ими энергии, которая складывается в основном из эксплуатационных расходов (особенно стоимости топлива) – а стоимость строительства, например, при этом не учитывается. Угольные и атомные станции дорого строить, но относительно недорого эксплуатировать, таким образом, эти станции имеют относительно низкие «маргинальные цены» и постоянно работают в периоды полной нагрузки. Строительство газовых турбин, напротив, относительно недорого, но цены на природный газ во многих частях мира высоки, поэтому, газовые турбины работают меньшее количество часов в Германии, где природный газ дороже угля, но не в Великобритании, где это не так.

Возобновляемое электричество имеет приоритет доступа к сети и в рейтинге не участвует. При этом возобновляемые источники оказывают такой же эффект, как снижение потребления: самым дорогим станциям, обеспечивающим пиковую нагрузку, приходится работать реже, тем самым снижается цена энергии в распределяющей сети.

Пассивный дом:

Здание (жилое или нежилое), которое «пассивно» использует солнечное тепло (солнечный свет) с целью радикального сокращения потребности в «активном» отоплении или охлаждении с использованием кондиционеров воздуха и отопительных систем. В Германии новые дома уже способны существовать без центральной системы отопления, используя лишь малые резервные обогреватели несколько дней в году. Все большее количество старых зданий модернизируется с целью соответствия этому стандарту. В более теплом климате пассивные дома могут строиться, чтобы избежать необходимости охлаждения.

Первичная энергия:

Количество энергии, поступающей в энергосистему, в отличие от «полезной энергии», которую энергосистема поставляет потребителям. Например, тонны угля, на которых работает угольная станция, – это первичная энергия, а электричество, которое эта станция вырабатывает, – это полезная энергия. Скажем, угольная станция с КПД 40% потребляет в 2,5 раза больше первичной энергии (угля), чем производит полезной энергии (электричества). Для ветровой и солнечной энергии между первичной и полезной энергией нет разницы. См. коэффициент полезного действия.

Спот-рынок (рынок наличного товара, рынок на день вперед):

Энергию можно покупать и продавать по долгосрочным договорам, такова наиболее распространенная модель оптовой закупки электричества на свободных рынках, например в Германии. Но так как реальный спрос на энергию нельзя точно спрогнозировать на 18 месяцев вперед – именно этот срок иногда используется в контрактах на закупку энергии в Германии – остаток закупается в распределяющей сети, которая состоит из «спот-рынка» для срочных закупок и «рынка на день вперед» для закупок завтрашнего дня. Рынок завтрашнего дня особенно интересен для таких возобновляемых источников, как ветер и солнце, которые зависят от погоды и могут надежно прогнозироваться только в течение 24 часов.