Учёные из Калифорнийского университета провели исследование о надёжности энергии от ветра и солнца

Благодаря саммиту ООН по климату COP26 в Глазго (Шотландия), стратегия по декарбонизации энергетической инфраструктуры стала актуальной темой. Противники возобновляемых источников энергии в качестве доводов своей правоты приводят ненадёжность систем, которые полагаются на прерывистую подачу энергии в результате использования солнечных и ветряных ресурсов. Чтобы привести свои доводы, недавно учёные из Калифорнийского университета провели исследование о надёжности солнечной и ветряной энергетики.

Изображение: nature.com

Как показывает проведённое исследование, наиболее надежными системами возобновляемой энергетики являются те, в которых преобладает энергия ветра. Они способны удовлетворить потребности в электроэнергии для исследуемых стран примерно на 72-91%. Отмечается, что для ветряной энергии даже не потребуются системы накопления энергии. Чтобы закрыть потребности в электроэнергии для рассматриваемых развитых стран на 83-94%, потребуется также солнечная энергия с возможностями для её накопления на срок до 12 часов.

Один из авторов исследования профессор науки о земных системах — Стив Дэвис (Steve Davis) сказал, что солнечная и ветровая энергия смогут удовлетворить более 80% требуемого электричества без необходимости выстраивать огромные системы для хранения энергии или избыточные генерирующие мощности. Он также говорит, что в зависимости от той или иной страны могут быть длительные периоды в течение года, когда определённую часть спроса на электроэнергию нужно будет удовлетворять за счёт системы накопления энергии и использования прочих не ископаемых источников энергии с нулевыми выбросами углерода.

Команда исследователей провела анализ данных о почасовым потреблении энергии в 42 крупных странах за последние 39 лет. Это позволило им оценить достаточность энергии, вырабатываемой из солнца и ветра, для удовлетворения потребностей. Учёные также сделали выводы, что полный переход на экологически чистые энергоресурсы может быть выполнен проще для стран с низкими широтами, поскольку они могут полагаться на наличие солнечной энергии круглый год.

В качестве примеры относительно небольшой страны с точки зрения площади суши на высоких широтах ученые выделили в Германию. Там удовлетворение всех потребностей в электроэнергии с помощью солнечных и ветровых ресурсов будет затруднено. Как говорят исследователи, основываясь на данных за последние тридцать девять лет, в странах, расположенных далеко от экватора, периодически будут периоды «тёмной депрессии».

Ведущий автор исследования доцент кафедры наук о Земле в Университете Цинхуа — Дэн Тонг (Dan Tong) сказал, что под «тёмной депрессией» они подразумевают периоды ограниченной доступности ветровой и солнечной энергии. Он также приводит недавний случай подобного явления в Германии, которое продолжалось в течение двух недель. В результате, немцам пришлось прибегнуть к управляемой генерации с помощью оборудования работающего на ископаемом топливе.

Для решения этой проблемы исследователи предложили использовать следующие решения.

• Наращивание генерирующих мощностей, которые превышают годовой спрос на электроэнергию.
• Развитие возможностей по долгосрочному хранению энергии.
• Объединение возобновляемых ресурсов нескольких стран, расположенных на одном континенте.

По мнению Тонга, Европа является хорошим местом для внедрения интеграции возобновляемых ресурсов разных стран. Он считает, что можно удачно объединить солнечные ресурсы Италии, Испания, Греции с большими ветряными ресурсами в странах Балтии, Дании и Нидерландах. В результате, может быть построена надёжная и согласованная система возобновляемых источников энергии.

Исследователи утверждают, что энергия солнца и ветра может обеспечить примерно 85% общего спроса на электроэнергию в США. Увеличить эту долю можно за счёт строительства аккумуляторных систем хранения энергии, а также подключения энергосети к другим национальным государствам на североамериканском континенте. Дэвис утверждает, что в любой стране существуют определённые геофизические ограничения на возможности по генерации возобновляемой энергии. Но есть вещи, которые выполнить трудно, а другие невозможно. Как утверждает он, исключить ископаемое топливо из сферы генерации электроэнергии трудно, но при наличии политической воли и технологии, это вполне возможно.