Энергетика

Суть проблемы

Давным-давно, автор этой статьи жил в обычном провинциальном российском городе на полмиллиона человек. И одной из главных проблем города тогда была нехватка электрической мощности для возведения новых зданий.

Для понимания читателя, проблема не только в стоимости, но и в выделении земли под эти подстанции и подводящие сети: для городов таких размеров электричество обычно передается по сети 35 или 110 кВ, а охранная зона таких сетей - 20м в каждую сторону от опоры ВЛ и прочих конструкций. Или проще говоря – минус стоимость того, что можно на этой земле построить.

Стоимость можете оценить сами:

• Что бы подвести новую мощность к городу нужна сеть из двух линий по 4(5) кабеля/провода напряжением 35 или 110 кВ (как вариант 220 кВ) которая идет от ближайшего объекта генерации. Опора такой сети стоит примерно 350 тыс. руб, ставятся парами примерно через 100м друг от друга (расчет сильно упрощен), стоимость кабеля примерно 1 тыс.руб/метр.

• Вдоль всей линии должна быть организована охранная зона по 15-20м в каждую сторону от опор, в которой отсутствуют строения, а также должны быть удалены все деревья и кустарники.

• Подстанция, которая будет преобразовывать 35/110кВ в 10кВ, которые будут расходится по локальным ТП в городе( оборудование таких ТП стоит примерно 100 млн. рублей без учета монтажа и земли). Выдавать мощности она будет 10мВА

• Учтите стоимость работ по монтажу, земляным работам, заземлению опор и благоустройству, добавьте всякую «мелочь» типа муфт, рубильников, переходников и много чего еще.

Итоговая сумма, только на материалы для подстанции на 10мВА у вас выйдет примерно 1 млрд. рублей, если взять соотношение работа/материалы 50/50, то нужно будет еще столько же, чтобы все это установить. А ради чего? 10 мВА – это сколько в домах и детских садиках?

Если верить нашему актуальному  СП 256.1325800.2016 («Электроустановки жилых и общественных зданий. Правила проектирования и монтажа»), то для дома с электроплитами высотой 16 этажей на 1 подъезд по 4 квартиры на этаже, без учета 1 этажа, потребуется 60*1,7=102 кВт, или 102/0,98=104 кВА. Или одна подстанция на 100 таких секций домов

Аналогично можно посчитать более приближенные к реальности городские строения и получите, что городской квартал примерно на 5 тыс. квартир, с парой садиков и школой потребует около 5 мВА, и, что удивительно, средний 3х-4х этажный торговый центр потребует столько же мощности.

Итого получаем, что одной такой подстанции хватит на 1 жилой квартал и 1 торговый центр.

А теперь вернемся в реальность: нужны еще производственные помещения и, что сейчас все больше актуально – зарядные станции для электромобилей.

Сколько нужно мощности для зарядки автомобилей города?

Цель этой статьи – понять сколько нужно будет электричества, если все автомобили вдруг станут электрическими. Проблема состоит в том, что нет точной цифры, сколько нужно бензина на один автомобиль, т.к. каждый пользуется ими по разному. Но давайте попробуем примерно понять из косвенных и усредненных данных.

Из тех данных, что можно найти по актуальному потреблению топлива лучше всего подойдут данные по Шанхаю 2022 года, т.к. тогда еще не было бума электромобилей и они не сильно влияют на статистику:

• Потребление бензина 4 миллиона тонн в год

• Потребление дизеля 4 миллиона тон в год

• Количество автомобилей - 4,5 миллиона

• Официальное количество жителей - 25 миллионов человек

Итого 1 машина в год потребляет 1,7 тонны топлива ((4+4)/4,5= 1,7). Поскольку в статистике и большие машины и маленькие, то усредним бак до 85л, чтобы было проще считать и получим в год - 20 полных баков или заправка каждые 20 дней (похоже на правду). Или в день заправляется 225 тыс. автомобилей, в час (без учета смены дня и ночи) -  примерно 10 000 автомобилей.

Шанхай –  перенаселенный город, что в переводе на авто значит, что хотя тут и водятся деньги, чтобы купить авто, однако людей небогатых тут тоже хватает и соотношение количество авто/население тут более менее адекватное. Можно интерполировать на другие города, но оставим в расчетах пока Шанхай.

Итого имеем 10000 авто, которые ежечасно заправляются в Шанхае, возьмем золотое правило 80/20 и примем, что 20% этих авто – заправляются в центре (внутри 4 кольцевой линии метро ), или 2000 машин.

Для зарядки электромобиля с нуля за 1 час нужна зарядная станция около 50 кВт, и не имеет значения, по какой сети придет мощность, это все еще 50 кВт и до зарядной станции они в любом случае будут передаваться по переменной сети. А значит, что для 2000 авто, Шанхаю надо найти всего то 10мВт мощности в центре города. Или переводя на землю: определить центр нагрузок, поставить там соответствующую подстанцию и прорубить к ней или тоннель с кабелем или вырубить 50 метровую охранную зону для ВЛ. И это только центр города.

Очевидно, что ни один город, старше 100 лет просто не будет такое делать из мыслей сохранения истории. Да, альтернативные варианты типа локальных солнечных станций, выделение малых мощностей на строительство хоть каких-то зарядок или ночные варианты будут реализовываться, но массово заменить заправки в центрах городов не реально.

Душная часть про невозможность замены АЗС на зарядные станции

Если заглянуть на карту доступной солнечной энергии, которая приходит от Солнца и которую в теории можно освоить, то можно увидеть, что в «развитых странах» средняя  энергия на 1 квадратный метр поверхности около 1 киловатта, итого, чтобы запитать зарядник на 50 кВт, который будет заряжать 1 автомобиль за 1 час, нужно почти 125 кв.метров поверхности.

Спасибо любимому зеленобесу Пикабу, который привел статью, о том, что сейчас максимальное КПД панели - 27%. И если мы возьмем и совместим карту городского населения с картой солнечного излучения, то получим среднее значение солнечного изучения в существующих городах - 1.5 кВт на квадратный метр или 1,5*0,27 = 0,405 кВт с одного квадратного метра солнечной панели, а для одного электромобиля надо 50/0,405= 123,5 кв.метров панелей

Для сравнения, средняя АЗС имеет размер 40х40м, с учетом максимальной зоны приближения до других зданий (СП 156.13130.2014), радиоактивные не в счет - 25м (чаще конечно 10м, но пусть будет на столько взрывоопасным это АЗС), получаем площадь необходимую для безопасной работы АЗС 90х90=810кв.м, и это в самых плохих приближениях.

Средняя пропускная способность АЗС - 50 машин в час, против 810/125~7 электромобилей днем и 0 ночью, итого 3,5 в час, или в 14 раз хуже АЗС. Никто не будет строить в 14 раз больше зарядных станций в центре! Либо центральные части городов перейдут в другой формат передвижения, либо так и останутся на ДВС.

Одна из новинок, которая меня удивила на выставке UAS Expo - это водородные двигатели для дронов. Устанавливая его на высокогрузоподъемный дрон DJI, его время работы увеличивается в 5 раз - с 15 до 75 минут. Также эти двигатели могут использоваться как бытовые резервные генераторы или как источники энергии в удаленных местах для подзарядки электрокаров. В Китае уже сейчас очень много электротранспорта и такие альтернативные источники питания становятся все актуальнее. Производит эти водородные двигатели компания HYDROGEN CRAFT CORPORATION. И мы посетим ее в Ханчжоу в июле, в рамках нашей большей бизнес-миссии RoboJobs в Китай!

Более 270 тысяч сотрудников энергетического сектора планируют провести общенациональную забастовку в знак протеста против приватизации двух крупных компаний по распределению электроэнергии. Стачка направлена против решения правительства приватизировать государственные компании, обслуживающие 42 из 75 округов штата Уттар-Прадеш. Председатель Всеиндийской федерации энергетиков Шайлендра Дубей заявил, что это решение вызывает серьёзную обеспокоенность среди работников энергетического сектора по всей стране.

Профсоюз обвиняет чиновников в сговоре с частными компаниями с целью продажи государственных активов по заниженным ценам. Однодневная забастовка может серьёзно повлиять на электроснабжение по всей Индии. Кроме того, в качестве предупредительной меры 2 июля в 27 крупных городах пройдут демонстрации.

Компания TAE Technologies представила Norm — компактный реактор нового типа, где плазма удерживает сама себя. Никаких сверхпроводников, катушек и сложной инфраструктуры.

Norm создаёт не просто плазму, а электричество — без турбин и отходов.

Он работает на протон-борной реакции (p + ¹¹B → 3α), дающей чистую энергию без радиоактивных нейтронов.

На выходе — три альфа-частицы и гелий. Всё.

Плазму «стреляют» ионными пучками, которые возбуждают токи внутри, создавая самогенерируемое магнитное поле. Получается устойчивый плазменный вихрь — без внешнего скафандра.

Что это значит для будущего энергетики?

– Реакторы размером с контейнер

– Безопасность без радиации

– Прямое преобразование энергии

– Быстрая сборка и дешёвое обслуживание

Больше информации про энергию и энергетику в телеграм-канале ЭнергетикУм