Hoje,
as fontes renováveis de energia (RES) não são apenas uma “boa ideia de negócio” e uma fonte de hype, propaganda e contra-propaganda em andamento. Tentarei expressar minha posição sobre alguns mitos recorrentes no campo das fontes de energia renováveis.
Declaração (U): "A área da Terra não é suficiente para atender às necessidades da civilização com a ajuda das RES"Resposta (O): A Terra recebe ~ 190 petawatts de energia térmica do Sol (é isso que atinge a superfície), e a civilização consome 500 exajoules de energia primária por ano, ou seja, O "poder" da humanidade é de 0,015 petawatts, da ordem de um dez milésimo da energia recebida. Há outra avaliação elementar baseada no desenvolvimento de
grandes usinas solares existentes - a área de grandes desertos é suficiente para fornecer à civilização energia primária. O principal "mas" nesta refutação do mito em concreto armado é a distribuição desigual de área conveniente para a geração de energia renovável entre os países. Em geral, a “distribuição desigual” é a principal coisa que as pessoas que ignoram a imagem das energias renováveis de alguma forma estão perdendo, e hoje esse tópico parecerá um refrão. Digamos que o Japão tenha dificuldades significativas para encontrar um lugar para usinas de energia solar, veja esta
coleção de fotos de usinas de energia solar japonesas e compare-a com as americanas no link um pouco mais alto.
Uma ilustração clara desta tese, embora se aplique apenas à eletricidade e não leve em consideração algumas perdas, dá uma idéia - em teoria, apenas o deserto do Saara é suficiente para fornecer energia à humanidade.
U: “Mais energia é gasta na produção de painéis solares e geradores eólicos do que eles podem produzir em seu ciclo de vida (EROEI <1)”R: Isso é um absurdo completo, como mostram medições mais precisas. Em 2016, este tópico foi novamente levantado nos trabalhos de Ferroni e Hopkirk 2016, onde foi mostrado o valor EROEI ligeiramente negativo para o SES aéreo na Suíça. No entanto, o trabalho está repleto de erros, e o valor corrigido pelos críticos
está na região de 8 . O valor EROEI de 5 a 15 é típico para várias tentativas de calcular o EROEI de SBs cristalinos de silício, a dispersão do valor é explicada pela diferença nas condições em que o SES está localizado (entre a Noruega e a Arábia Saudita, a diferença na produção do mesmo painel será de cerca de 4 vezes) e a diferença técnicas de contagem. Para outros RES, por exemplo, geradores eólicos, são observados valores EROEI ainda mais altos, de 15 a 50, ou seja, aqui as críticas caem bastante da realidade passada.
Note-se também que o próprio indicador EROEI, embora usado por cientistas, é muito imperfeito. Em sua “parte consumível”, há uma série interminável de indicadores decrescentes que não podem ser levados em consideração, mas que se realizados corretamente (algo como contabilizar “consumo de energia para a construção de casas em que os trabalhadores que construíram uma planta para a produção de máquinas para a produção de bolachas de silício acabamos com baixos valores de EROEI - e, de fato, porque toda a energia recebida pela civilização é consumida, o EROEI humano como um todo é igual a algo em torno de 3 (a eficiência inversa dos motores a quente). Este número surge se percebermos que no mundo real é impossível investir energia na produção de nova energia sem toda a civilização. Como resultado, os valores de EROEI obtidos por cálculo dependem principalmente dos limites do cálculo do consumo de energia, que são determinados mais ou menos arbitrariamente pelos pesquisadores.
Capacidade instalada de energia eólica global. O KIUM global médio de energia eólica atingiu 26%.
Energia instalada de baterias fotovoltaicas. É útil lembrar que o poder da energia fotovoltaica é indicado para "condições padrão" (fluxo de luz 1000 W / m ^ 2), e o KIUM real é obtido de 6 a 33%, dependendo da região e da disponibilidade de unidades do painel solar.W: “A produção de painéis solares e baterias é muito ecológica, mas, como são fabricados principalmente na China, eles fecham os olhos”R: Eu nunca vi pelo menos alguns números confirmando essa afirmação, é compreensível - existem dezenas de poluentes que é desejável expressar como indicadores específicos (por exemplo, na forma de "gramas / kWh calculados durante a vida útil de um painel"), opções diferentes para a produção de painéis / baterias.
É claro que existem publicações científicas nas quais esse extenso trabalho foi realizado, mas antes de tudo vale a pena tentar avaliar alguns pontos por conta própria. Até o momento, os painéis policristalinos de silício substituíram quase completamente as tecnologias concorrentes (painéis de cristal único de silício, silício amorfo e filmes CdTe e CIGS de filme fino), embora em 2018 eles tenham começado a falar sobre o retorno do cristal único de silício. Os SBs de silício policristalino usam, em média, 2 gramas de silício para cada watt de energia instalada. Em 2017, foram instalados
aproximadamente 100 gigawatts de novos painéis, o que corresponde à produção de 200 mil toneladas de silício refinado. No contexto de ~ 4 bilhões de toneladas de cimento, 1,5 bilhão de toneladas de aço, 60 milhões de toneladas de alumínio ou 20 milhões de toneladas de cobre - nenhuma produção de silício semicondutor, mesmo particularmente suja, pode levar sua produção aos líderes das classificações ambientais, simplesmente devido a uma lacuna de milhares vezes em escala com outros materiais de base.
Para baterias de íon de lítio, lançadas em 2017 da ordem de 100 GW * h (coincidência engraçada), o valor característico é de 5 gramas por watt * hora, ou seja, Foram utilizadas cerca de 500 mil toneladas de materiais.
Existem
cálculos mais precisos que levam em consideração as emissões de metais ou CO2 de todas as capacidades combinadas envolvidas na produção de painéis solares. Considerando que esse trabalho foi realizado há mais de 10 anos, pode ser considerada uma estimativa acima, além de um marco histórico divertido para os concorrentes de silício policristalino que estão morrendo hoje.
Uma reserva importante aqui, no entanto. A ciência moderna prefere considerar a "pegada de carbono" praticamente irreparável, ou seja, de fato, os custos de energia da produção, e não a descarga de orgânicos tóxicos ou cromo nos rios, considerando que este último é um efeito completamente removível com o design adequado das instalações de tratamento. Obviamente, a China é famosa pela produção não ambientalmente correta, e aí esse ponto pode não ser respeitado. No entanto, obstáculos fundamentais para garantir que uma produção de pequena tonelagem não introduza um efeito ambiental negativo não são visíveis.
Como resultado, parece-me que a história da terrível compatibilidade não ambiental da produção de fontes e baterias de energia solar renovável é simplesmente uma transferência mecânica do estereótipo da amizade não ambiental e da nocividade da produção química em geral. Ao mesmo tempo, a organização moderna de tais indústrias é capaz de garantir a ausência de emissões de poluição em princípio.
A taxa de crescimento anual de várias tecnologias energéticas em 2014-2017. A incrível decolagem de energia solar hoje está diminuindo gradualmente, mas a energia eólica offshore offshore está se acelerando.U: “A eletricidade renovável se tornou mais barata que a nuclear / carvão / gás”R: Se os mitos anteriores foram discutidos calorosamente principalmente em anos anteriores, hoje (em 2017-2018) o mais discutido é o custo da eletricidade. É compreensível por que - embora o custo principal da eletricidade renovável tenha sido maior que a concorrência, o desenvolvimento de energia alternativa foi impulsionado principalmente por fatores intangíveis - preocupação com o meio ambiente, progressividade, coisas que não podem ser medidas e, em certa medida, a não volatilidade dos países que implementam energia renovável. No entanto, à medida que o custo normalizado de eletricidade (LCOE) converge de diferentes fontes, surge a situação de que o objetivo dos subsídios às energias renováveis foi alcançado e, em seguida, essa tecnologia será implementada em bases racionais.
Exibição gráfica de estatísticas sobre o preço não subsidiado da eletricidade para muitos projetos de energia renovável em todo o mundo em dinâmica.
No entanto, a realidade aqui é complexa e multifacetada. Antes de tudo, deve-se lembrar que o custo de energia renovável em diferentes partes do planeta é radicalmente diferente. A maneira mais fácil de ilustrar isso é com as usinas hidrelétricas RES tradicionais. Você pode basicamente cavar um rio artificial e bloquear sua usina hidrelétrica em um local conveniente, ou construir altos muros de concreto ao longo do rio para aproximar o alvo hidrelétrico dos consumidores, mas é claro que o preço da eletricidade com essas soluções será completamente não competitivo. Acontece que existem pontos separados em que as usinas hidrelétricas são muito mais lucrativas do que em outros lugares.
Da mesma forma, “novas” FER - existem regiões do mundo, digamos, a Península Arábica, desertos chilenos, desertos do sudoeste dos Estados Unidos - nas quais o painel padrão produz significativamente mais (2-4 vezes) eletricidade por ano do que na Alemanha ou no Japão.
Isso significa que se nos projetos do SES nessas regiões o LCOE já caiu para US $ 25 ... 50 por MWh, esse preço não pode ser automaticamente projetado em nenhuma região.
Os custos da construção de usinas de energia renovável também são desigualmente distribuídos. Isso é definido como a diferença no valor da terra, na remuneração da mão-de-obra e na disponibilidade da indústria da construção para parques eólicos ou parques eólicos com vasta experiência.
Como resultado, o custo de energia renovável para vários projetos em diferentes partes do globo é espalhado 20 vezes para o sol e cerca de 10 vezes para o vento.
Como resultado, a avaliação do custo de energia renovável pode ser formulada da seguinte forma: em certas áreas do LCOE, a energia renovável se torna menor que as soluções tradicionais e a cada ano, à medida que a tecnologia se torna mais barata, esses territórios estão se tornando cada vez mais.
No entanto, o tópico do custo da energia renovável e, mais amplamente, a competitividade da energia renovável, não pode ser considerado sem mais duas perguntas: subsidiar a energia renovável e sua variabilidade como fonte de eletricidade.
U: “As usinas de energia renovável são totalmente subsidiadas e, em condições puramente de mercado, não são competitivas”R: Como já discutimos acima, a competitividade das fontes de energia renováveis é quase inteiramente determinada pela localização de uma estação específica. Portanto, se, por exemplo, dividir mecanicamente o volume de subsídios em geração em kilowatt * horas - isso proporcionará, na melhor das hipóteses, uma ocasião para reflexão, e não uma ferramenta precisa para avaliar a competitividade "pura" das fontes de energia renováveis.
No entanto, será útil para entender a extensão da distorção nos mercados de eletricidade. Para isso, vale a pena separar os subsídios de desenvolvimento e pesquisa do apoio direto aos geradores de eletricidade. O primeiro tipo de subsídio não é tão amplo e mais ou menos uniforme em diferentes tecnologias energéticas.
Estatísticas de subsídios para o desenvolvimento de tecnologias energéticas nos países da OCDE - pode-se ver que 30 a 40 anos atrás, o átomo era um favorito incondicional.O apoio direto também varia em forma: verba do orçamento para a compra de fontes de energia renováveis na China e no Reino Unido, deduções fiscais nos EUA, um componente especial do preço da eletricidade distribuída entre fontes de energia renováveis na Alemanha, mas pode ser reduzido a um indicador numérico facilmente comparável - centavos de subsídio por quilowatt * hora de geração de FER.
Em 2015, por exemplo, o apoio aos 4 maiores “países de energia renovável” era assim: na China, US $ 4.637,9 milhões foram alocados (1.184 para o vento e 3.453,9 para o sol) para produzir 187,7 TWh de eletricidade, em média 2,4 centavos de dólar por kWh, no Reino Unido - US $ 4.285 milhões a 40,1 TWh, uma média de 10,7 centavos de dólar por kWh, um pouco mais de US $ 2 bilhões em créditos fiscais foram emitidos nos EUA (exclusivamente na Sun ) com a geração de 115,7 TWh (principalmente por energia eólica), ou seja, 1,6 centavos por kWh, na Alemanha, US $ 8.821 milhões foram redistribuídos para 96,3 TWh, ou seja, 10,91 centavos por kWh
Deve-se notar que o país mais rico entre as fontes de energia renovável em desenvolvimento - os Estados Unidos - gasta muito pouco dinheiro em subsídios diretos a fontes de energia renovável, embora existam outros mecanismos - por exemplo, na Califórnia existem quotas de energia "verde" estabelecidas na legislação, que devem ser compradas pelas redes de geradores por redes.
Esses números têm (infelizmente) uma circunstância que complica a compreensão. Por exemplo, na Alemanha, projetos antigos que têm subsídios 5 a 10 vezes maiores que a média aritmética e receberam esse direito há 10 anos ou mais dominam os custos de suporte (o FIT é atribuído à instalação de geração por 20 anos).
Além disso, em 2016-2017, houve uma redução significativa nas tarifas de subsídio de energia renovável para países importantes, ou seja, os números de 2015 não são mais relevantes hoje (na China, o suporte caiu 2 vezes, na Alemanha eles mudaram para leilões com preço de exercício 2 a 3 vezes menor que o FIT médio de 2015).
No entanto, como na pergunta anterior, o principal é claro - o apoio varia muito entre os países. Na Europa, os desequilíbrios de preço entre energia renovável e energia de hidrocarboneto podem chegar a 100% (o ônus da geração de carvão com impostos sobre as emissões de CO2 também deve ser levado em consideração), mas eles estão diminuindo rapidamente, na China e na Índia, isso representa cerca de 10 a 30% do apoio. Nos EUA, podemos falar sobre paridade de mercado (embora nos EUA não seja mais possível retirar subsídios de desenvolvimento da conta - eles são mais do que apoio direto).
De fato, a situação com subsídios segue a expansão de zonas competitivas diretas de fontes renováveis de energia como fontes de eletricidade - quanto maior seu tamanho, menores os subsídios.
Na próxima parte, discutiremos as questões da variabilidade de FER e sua escala, armazenamento de energia, custo de armazenamento e várias alternativas, gerenciamento de demanda, tendências e perspectivas de FER em geral. Para ser continuado.