January 9th, 2019

КИУМ и свидетели электромобилей

Почему я так иронично говорю о "свидетелях электромобилей"? После того, как я написал пост "Электроавтомобили - в чем затык", ко мне понабежали сторонники электромобилей. Спор с ними меня изумил, это был не технический спор, а религиозный! Сторонники электромобилей сродни сектантам, они склонны обожествлять Маска, а электромобили возводить в ранг лучшего, что создало человечество. Некоторые просто игнорировали технические доводы, другие отказывались в них верить...

Лично мне без разницы на чем ездить, главное, чтобы было экономичнее и желательно наносило меньший вред экологии.

Однако, вернемся к теме поста. В посте про "Электроавтомобили - в чем затык" я привел расчет, что для массового перехода на электромобили потребуется 14 000 ТВт*ч дополнительной генерации электроэнергии в год, это при том, что сейчас ее производиться 25 000 ТВт*ч. На основе этого я сделал вывод, что в течение 10 лет, как прогнозировал один эксперт, перейти массово на электромобили не получится.

Так вот, главный довод электромобилистов был в том, что эти ТВт*ч можно взять из КИУМа.

Коэффицие́нт испо́льзования устано́вленной мо́щности (КИУМ) — важнейшая характеристика эффективности работы предприятий электроэнергетики. Она равна отношению среднеарифметической мощности к установленной мощности электроустановки за определённый интервал времени.

Некий блогер ixwid привел следующий расчет:
"Установленная мощность электростанций по миру - 6.4 ТВт
Производство электроэнергии - 23439 ТВт*ч.
Рассчитываем потенциальную выработку электроэнергии при 100%-ном использовании всех мощностей: 6.4 * 365 * 24 = 56064 ТВт*ч.
То есть реально по миру используется только 23/56 = 41% установленной мощности. Следовательно, никаких дополнительных мощностей искать не надо, они уже есть. Надо только обеспечить их равномерную выработку, и электромобили в этом помогут."


Вроде всё логично, в чем подвох? Давайте разберемся что же за КИУМ такой и почему столько энергии не используется. Казалось бы, при условии, что просадка по нагрузке идет с 23 вечера до 7 утра КИУМ не должен превышать 1/3, а если учесть, что ночью тоже есть потребители, то еще ниже. Почему он такой высокий и спасут ли нас электромобили, которые мы будем заряжать ночью?


источник



источник

Как видим, низкий КИУМ у нас у ветрогенерации и солнечной энергии, думаю, не нужно объяснять, что электромобили тут сильно ситуацию не изменят? А что с ГЭС? Оказывается:
"Если станция работает непрерывно и круглосуточно в течение года, ее КИУМ будет равен 100%. Этот показатель у ГЭС обычно ниже, чем на тепловых и атомных станциях, по двум причинам. Во-первых, сток реки неравномерен, и постоянно на полную мощность ГЭС работает лишь в половодье и в паводки. Во-вторых, часто количество гидроагрегатов и, соответственно, мощность ГЭС увеличивают, чтобы при необходимости ( при резком увеличении энергопотребления) гидроэлектростанция могла быстро включить незадействованные агрегаты в работу. Фактически часть гидроагрегатов является как бы резервной и включается в работу по необходимости."

другими словами, существенно поднять КИУМ ГЭС заряжая ночью электромобили тоже не выйдет.

Почему ТЭС с ГТУ и ТПЭС видами турбин, использующих в качество топлива нефтепродукты и природный газ, имеют тоже невысокий КИУМ? Всё банально просто - генерация электричества на них более дорогая, чем на угольных ТЭС и АЭС, КИУМ которых выжат наиболее полно и служат они резервом, которые запускают только при пиковых нагрузках. Действительно, теоретически от них и можно заряжать ночью электромобили, но будет это уже совсем не дешево. Да и хватит ли этих мощностей, чтобы заряжать миллиард другой электромобилей?

Оказывается, такой расчет уже сделан, в статье How much more electricity do we need to go to 100% electric vehicles?, с полным разбором которой вы можете ознакомится в посте блогера tnenergy, приведу выдержки:
"Германия. Замена 44 403 124 легковых машин на электрические потребует 31% увеличения выработки э/э и 40% роста установленной мощности в Германии. Стоимость такой трансформации составит 232 миллиарда долларов.
Голландия. замена 8 миллионов голландских легковушек потребует 21% увеличения выработки э/э и 24% роста установленной мощности. Стоимость работ составит от 27 миллиардов долларов.
Норвегия. Замена 2,5 миллионов норвежских бензиновых ведер потребует всего лишь 7% увеличения производства э/э и 12% - установленных мощностей. Стоимость этой работы - 11 миллиардов долларов.
Евросоюз. Замена 250 миллионов автомобилей с ДВС потребует добавить 43% установленной мощности и увеличить генерацию э/э на 34%. Стоимость этого процесса начинается от 1,3 триллионов долларов.
Великобритания. 36% увеличение генерации э/э и 49% рост установленной мощности. Стоимость - 140 миллиардов долларов.
США. Рост выработки на 29% и 44% новых добавочных мощностей для генерации э/э. Обойдется это все в 1,4 триллиона долларов.
Китай. Всего лишь 11% увеличение производства электроэнергии и 16% рост установленной мощности, стоящие 735 миллиардов. Однако, эти цифры растут до 19%, 27% и 1,2 триллиона если мы предположим, что количество автомобилей в Китае продолжит сегодняшний рост темпом 4,4% в год.
Мир.18% роста генерации и 30% роста мощности, стоимость - 5 триллионов долларов. Эти цифры могут подрасти до 26%, 44%, и $7.3 триллиона, если мы учтем линейное продолжение тренда роста количества автомобилей на 2,7% в год."


Эта оценка ниже, чем приводил я, ну так и я свой расчет на коленке делал за 5 минут, а там, надеюсь, эксперты всё лучше просчитали. Однако увеличение на 18% роста генерации и 30% роста мощности по Миру тоже впечатляет и ради чего?!

КПД электромобиля как системы не превышает 20%, а по некоторым оценкам ниже 10%, в то время как автомобиль даже с отсталым ДВС имеет КПД не менее 25% и у лучших экземпляров доходит до 50%. Многие не понимают простой схемы профессора С.Л. Лопатникова aka sl_lopatnikov:

Благодаря которой становится ясно:
1. Единственный плюс с точки зрения экологии это то, что вредный выброс от (электро)автомобиля можно вынести за город на электростанцию.
2. Из-за того, что степеней перехода энергии из одного вида в другой больше, технически крайне сложнодостижимо сделать КПД электромобиля как системы выше, чем КПД автомобиля с ДВС.

Кроме того:
3. Огромный минус с точки зрения экологии, это производство и утилизация аккумуляторов для электромобилей. Кроме того, т.к. КПД системы ниже, то количество выбросов увеличится.
4. Относительная дешевизна эксплуатации электромобиля это миф. "Свидетели электромобилей" часто приводят схему, по которой аккумуляторы постоянно дешевеют, это несерьезный довод, т.к. если бы эта схема работала, то в пределе аккумуляторы стали бы бесплатными, что как вы понимаете невозможно. На самом деле у удешевления аккумуляторов есть граница, которая возможна уже достигнута.
Есть интересный расчет показывающий, что в текущих ценах стоимость энергии аккумулятора Li-ion составляет 28,93 - 45,14 руб/кВт*ч, в зависимости от режима эксплуатации.
Накиньте к этому еще стоимость кВт*ч из розетки.
А это уже далеко никак не 1 рубль 20 копеек за 1 км, как некоторые считают.
Однако и это еще не всё. Надеюсь, вы знаете, что значительную часть стоимости топлива для ДВС составляют акцизы и налоги, которые по идее уходят на дороги. Задайте себе вопрос - а если автомобили с ДВС массово исчезнут и заправки закроют, на что будут строить дороги? Правильно - все эти акцизы и налоги перенесут на кВт*ч электроэнергии или введут соответствующий налог на владение электромобилем.

Я не вижу никакой выгоды для человечества в массовом переходе на электромобили, это скорее всего сделает нашу жизнь хуже. По крайней мере при такой технологии аккумуляторов. При этом я не исключаю, что такой переход все же будет осуществлен, но уверен, что в течение 10 лет это недостижимо.