在我们的博客中，几乎一半的帖子在某种程度上都致力于不同程度的替代和非替代能源。 但是，为了构建有关未来“绿色”能源的现实预测，您需要知道令人不快的问题的答案。 在这篇文章中，我们将比较能源生产和存储领域的最新事实，以了解为什么世界上不急于转向环保型可再生能源，以及在绿色道路上尚未解决的问题。
毫无例外，每个人都注意到全球绿色能源份额的增加。 这个事实无可争辩：太阳能和风能的发展确实以惊人的速度逐年增长。 这是否意味着可再生能源正在稳步排挤化石燃料？ 不行
不要忘记，每年不仅绿色能源在增长，全球电力消耗也在增长。 为了满足需求，仅可再生能源是不够的，因此煤炭，天然气甚至石油部门正在增加产量。 也就是说，可以谈论绿色能源的发展，但是没有办法在最先进的欧洲国家之外基于化石燃料替代绿色能源。
如果您查看所有相关燃料的能源生产，
事实证明，不仅“绿色”能源正在增长。 计算以“吨油当量”（即从吨油中获得的能量当量）进行。 资料来源：《 BP世界能源统计2019》EROI-能源的真正价值
在讨论绿色能源项目时，开发人员在争论中指出1千瓦时的低成本，在某些情况下甚至低于燃煤发电厂产生的千瓦时价格。 如果是这样，为什么煤炭在全球发电量中所占的份额仍然达到
40％ ，他的脚步会得到更少的化石气体？
最正确的方法是使用EROI指标（通过投资的能量返回的能量）评估和比较以各种方式获得的电力成本，即从源头接收的能量与其发电所消耗的能量之比。 使用EROI，您可以最准确地评估能源的前景，这与纯粹的理论效率或价格从一个国家到另一个国家的1 kWh跃升相反。 例如，某类燃料的EROI 20：1意味着每花费kWh，就可以产生20 kWh。
美国各种能源的EROI图表。 资料来源：Mrfebruar / Wikipedia
每种类型的输出的EROI随时间变化很大。 它取决于生产和加工技术，已探明的储量以及燃料生产的复杂性，设备价格和能源本身。 20世纪初，尽管石油容易获得，但其生产的EROI达到了惊人的1200：1，现在达到了5：1的水平，并且继续缓慢下降。 煤炭的比例上升到75：1，下降到30：1，但是，令人惊讶的是，
科学家预测二十一世纪中叶的煤炭EROI达到峰值，那时该比例可以超过100：1。
从理论上讲，燃料的EROI应该大于1，这样才适合使用。 实际上，如果比例低于4：1，则必须补贴能源，否则其使用将无利可图且非常昂贵。 仅采矿公司才允许EROI接近统一，其实质仅是开采资源并在以后出售-石油公司甚至对1.1：1的比例感到满意。
EROI传统能源
上面的美国能源行业2010年EROI图表非常雄辩，其他国家也是如此。 EROI接近100：1的水力发电站站在无法企及的效率奥林匹斯山上。 大型水电站的建设是一项非常昂贵的工作。 三峡中国综合体使中国的预算花费了255亿美元，其中车站本身仅花费了90亿美元。 但是，由于最高的EROI和22.5 GW的装机容量，三峡公司在正式投产后一年或在首台涡轮机启动后四年就收回了成本。
认识世界上最强大的电站-长江三峡水电站。 装机容量为22.5 GW！ 资料来源：Le Grand Portage /维基百科
煤炭，现在看来像是一种过时的，极其肮脏的燃料，即使在欧洲，也不会仅仅因为30：1的高EROI而放弃（在美国，EROI更高）。 令人惊讶的是，欧洲煤炭消费量的记录保持者是……德国。 在欧洲，购买的无烟煤61％和褐煤93％专门用于发电。 此外，去年在德国，“绿色”产量超过了化石来源的产量。 2019年底，废弃煤炭生产委员会在德国完成了工作，向政府提出了到2038年终止燃煤电厂运营的计划和建议。 现在，该国有84个燃煤站被迫平息放弃核发电的问题-到2022年，德国将关闭所有核电站，尽管早在2000年代核能就占该国发电总量的四分之一。
德国运行中的燃煤发电厂的地图（标有无烟煤的黑色，褐色-褐煤的黑色）–占该国总产量的四分之一。 因此，当局将不得不尝试弥补48.8吉瓦发电量的消失。 资料来源：CarbonBrief.org
如果煤炭是一种非常肮脏的燃料，那么天然气将更加环保，被认为是未来发电厂最有希望的化石燃料，其在进口国的EROI为20：30：1，在俄罗斯的天然气生产中-不低于75：1，这使天然气更具吸引力并需求旺盛。 在比其他任何地方都更大的程度上-在德国，燃煤和核电站的拒绝迫切需要某种补偿，而且仅靠可再生能源是无法做到这一点的。
绿色EROI
现在，让我们继续使用EROI“绿色”能源-到目前为止，这里的一切真的并不十分有趣。 可再生能源的问题是它们对该地区的坚决依附。 太阳能站在赤道附近，火山活动地区的海岸风，地热和地热能更好。 同时，太阳能电池板的生产在夜间停止，冬季生产大大减少，在鸟类迁徙期间风车被关闭，尽管地热站很有效，但它们的功率却非常小（几十个，最多数百兆瓦）。
从理论上讲，风能的发展可能非常便宜且价格低廉，但是迄今为止，德国最好的海上（海上）综合设施之一，装机容量为200兆瓦，EROI为16：1。 尽管风能占德国总产量的21％以上，但行业却停滞不前-全年建造新风车的速度下降了80％，在建电站的容量比理论年增长率低26倍，这被认为是用风能稳定替代化石燃料所必需的。 法律的严格性和公民不愿在自己家附近安装风车的事实导致了德国风能市场已达到一定的极限这一事实，这将是非常困难的-所有这些都希望发电机现代化以提高其效率。 顺便说一下，这可以进一步降低EROI。
在过去的十年中，全球在太阳能和风能领域的投资几乎保持不变。 资料来源：国际可再生能源机构（IRENA），法兰克福学校-UNEP中心/ BNEF
如果风能总体来说还不错，尽管它有其自身的细微差别和局限性，那么利用太阳能，一切都将变得十分沉闷。 尽管高效的太阳能电池板已经存在了半个多世纪，但我们已经写了为什么太阳不能成为无限电力的普遍来源的原因。 由于廉价的薄膜面板效率低（6-8％）以及需要建立很大面积的电站，以及由于白天和季节的不同，欧洲太阳能的EROI绝对处于令人沮丧的水平：1.6：1。 Habr读者对一个阳光明媚的美国亚利桑那州的理论站进行了非常有趣的计算，这是太阳能的最佳场所之一，根据该结果，他获得了“真空球形” EROI 3.8：1。
东芝H2One全自动氢燃料电池发电厂已经投入运营。 它们接收来自太阳或风的电解能量
不幸的是，氢气也不顺利。 作为绝对环保的便携式能源载体，氢是必不可少的，但氢的生产必须花费大量能量，因此燃料电池的EROI低于2：1。 到目前为止，为燃料电池生产氢气的唯一具有成本效益的方法是利用太阳或风能。 我们已经讲述了东芝如何通过其
东芝H2One移动燃料电池发电厂优雅地解决了这一问题，该发电厂本身通过电解产生氢，并从太阳能电池板和电池中接收能量。
储能的需求
人们几乎找不到风力和阳光等不稳定的发电来源。 同时，它们的发电量不取决于网络的消耗量-在晚上，当城市处于睡眠状态时，风力发电机可以拼命旋转，仅因风吹而产生最大可能的功率，而白天-在消耗高峰时-将会平静。 为了不失去多余的输出并补偿由于自然原因造成的停止，必须存储能量。 对于化石燃料发电厂来说，这以前不是问题。 唯一有效且广泛使用的储电方式是使用电池。
我们不考虑液压存储站，因为它们的价格高且对地形的要求很高。 这是一个小型水力发电站的示意图，该水力发电站在晚上将水泵入蓄水池，在白天将其通过发电机。 坦率地说，这不是最简单，最方便的解决方案。 资料来源：捐助者/维基百科
虽然没有通用的解决方案来积累电池中的大量电量。 在小型车站（例如风车），您可以使用一系列锂离子（磷酸铁锂）电池。 它们的能量强度是锂钴电池（120 W·h / kg）的两倍，但寿命为2000次充放电循环。
另一个合理的选择是使用电动汽车的废旧电池。 通常，需要更换失去20％容量的电池，否则一次充电会大大减少车辆的行驶里程。 为了不处理仍在运行的电池的昂贵处理，可以将其调整为存储绿色能源。 这就是在荷兰阿姆斯特丹的约翰·克鲁伊夫竞技场体育场（54,990–68,000名观众）发生的情况，该体育场在2016–2018年进行了改革之后，在能源方面完全实现了自主。 屋顶上安装了4,200个太阳能电池板，可存储280块日产Leaf电池中的能量。 尽管如此，体育场并没有完全拒绝城市电网的供电-在需要强光照明的夜间活动中，电池可以帮助减轻负载。 单靠电池，体育场将无法每天晚上工作。
在“ Johan Cruyf ArenA”（以前称为Amsterdam ArenA）的屋顶上，太阳能电池板清晰可见-体育场为自己提供尽可能多的电力（如果天气晴朗的话）。 资料来源：Cornwall NISSAN / YouTube
电池中来自可再生能源的电能积累可以消除消耗高峰并弥补发电不足的问题-听起来非常合理。 但是降低能量存储成本的问题尚未解决。 由于电池的成本，来自“绿色”资源的千瓦时价格上涨了3-4倍，达到0.45美元（Lazard报告，第12页）。 这只能通过制造新型电池来解决：大容量，耐用，廉价。
我们早些时候写过关于这方面的有希望的发展。
消费主义是一种储蓄方式
如何解决电池中积累的可再生能源导致的千瓦时成本高的问题？ 您可以出售由此产生的无人认领的盈余。 由于能量的积累，出现了一种新现象-消费主义。 消费主义（消费）的反义词，表示将服务出售给其提供者。 如果更简单，那么我们在谈论的是消费者将电池中累积的能量出售给需要的人。 假设您是私人家庭或拥有自己发电来源的小型企业。 其中一部分被消耗，一部分被存储在电池模块中。 如果生产过剩，并且从根本上讲没有多余的能源可以放置，则可以将其出售给网络，就像是小型发电厂一样。 确切地说，它不是很小，而是虚拟的-我们写了关于
虚拟电厂和东芝参与这种积极现象形成的文章。
东芝已经提供了一种用于管理蓄电池的解决方案：该系统不断分析消耗量或输出量，平衡蓄电池的负载，并在峰值消耗时间将其连接起来的速度比手动完成要快得多。 将来，东芝系统将具有prosumerism功能-将能量自动出售给网络。 资料来源：东芝
虚拟电厂项目最引人注目的实施是Tesla Powerwall，这是一种家用电池，由一块容量为6.4-13.5 kWh的太阳能电池板供电。 消费者不仅可以从网络上购买廉价的电力，也可以从Sun公司“免费”购买廉价的电力，还可以使用在线交易将其出售回网络。 Powerwall在全球范围内销售，总容量为300 MWh。
在俄罗斯，与特斯拉Powerwall的含义相同的“刺激以装机容量高达15 kW的可再生能源为基础的发电设施发展的措施计划”获得批准，但是法律尚未规定准予生产的程序。 出售多余的电力将有助于略微减少消耗绿色能源的成本。 但是同样，一切都取决于电池的成本-在技术发展的当前阶段，投资回收期接近10年。
未来是美好的，但遥不可及
实际上，我们不希望对可再生能源以及整体向“绿色”能源部门的过渡持怀疑态度。 石油是有限的，其生产成本在不断增长，但仅靠一种天然气和煤炭就无法纠正其生态状况。 在人类屈服于受控的热核聚变之前，有必要在绿色能源领域进行最积极的发展。 这是一条非常棘手的道路，包括解决复杂的问题：经济，技术甚至社会问题。
在这种情况下，最好的办法是不惜一切代价继续进行研究，试图使太阳能，风能和地热能更高效，更实惠。 这个过程正在进行中，进展不会陷入僵局，世界正在缓慢而肯定地放弃化石燃料，直到其使用过于昂贵和危险。 我们为东芝积极参与这些事务并有效开发各种替代能源感到自豪。