Спутанные сравнения: Возобновляемые источники энергии против ископаемого топлива

Норман Роджерс, RealClearEnergy

Нам часто говорят, что ветер и солнечная энергия, если не дешевле, то, по крайней мере, конкурентоспособны по стоимости с ископаемым топливом. Неправильно! Ветер или солнечная энергия стоят примерно в пять раз больше за мегаватт-час по сравнению, например, с природным газом.

Нам говорят, что ветер и солнце спасут нас от климатической катастрофы. Если надвигается климатическая катастрофа, единственное, что нас спасет, - это ядерная энергетика. Ветер и солнечная энергия являются невероятно дорогими методами сокращения выбросов CO2. Чем больше ветра и солнца вы строите, тем непропорционально увеличивается стоимость удаления CO2.

США потратили 1,5 триллиона долларов на ветер и солнечную энергию, и за эти деньги только немногим более 10% нашей электроэнергии поступает от ветра и солнечной энергии.

Ископаемое топливо не грязное. Современные газовые или угольные электростанции являются экологически чистыми. СО2 — это не загрязнитель, а воздушная растительная пища, которая озеленяет Землю. СО2 заставляет растения расти быстрее с меньшим количеством воды.

Ветровое или солнечное электричество не стоит того, что стоит его создание. Это стоит того, что кто-то готов заплатить за это. Это общепризнанный экономический принцип.

Если правительство нуждается в коммунальных услугах для покупки определенного количества электроэнергии по определенной цене, Это не свободный рынок. Это центральное планирование. Центральное планирование играет свою роль, но оно редко работает так же, как и добровольный обмен товарами и услугами. Центральное планирование создает неожиданные повороты и часто приводит к низкой производительности.

Сначала я обсудю стоимость ветровой и солнечной электроэнергии на свободном рынке, а затем обсудю влияние масштабных правительственных интервенций через субсидии и мандаты.

Когда комментаторы сравнивают стоимость ветровой или солнечной электроэнергии со стоимостью электроэнергии на ископаемом топливе, они используют LCOE. Логической ошибкой является сравнение LCOE природного газа с LCOE ветра или солнца. Правильным сравнением является сравнение предельной стоимости природного газа с LCOE ветра или солнца. Предельная стоимость электроэнергии на природном газе составляет около 20 долларов за мегаватт-час в США, а LCOE ветра или солнца колеблется около 100 долларов за мегаватт-час или примерно в пять раз больше.

LCOE включает амортизацию стоимости строительства генерирующей установки. Предельная стоимость - это, по сути, стоимость топлива для производства электроэнергии.

При каких обстоятельствах коммунальный или сетевой оператор будет готов приобрести ветряную или солнечную электроэнергию? Для обсуждения мы постулируем, что компания собирается заменить часть своего природного газа электричеством ветра или солнца. Аргумент будет одинаков, если угольная электроэнергия будет заменена, и другой, если гидроэнергия будет заменена. Никто не заменит атомную электроэнергию ветром или солнечной энергией, потому что ядерное топливо слишком дешево.

Утилита не может произвести полную замену, сломав завод по производству природного газа и заменив его ветряной или солнечной электростанцией. Это невозможно, потому что ветер и солнечная энергия неустойчивы, обеспечивая питание в зависимости от погоды и ежедневного солнечного цикла. Их неустойчивая природа не может быть исправлена по отдаленно разумной цене с помощью батарей или насосного хранилища.

Утилита будет открыта для сокращения выработки от газовой электростанции и замены этой электроэнергии ветром или солнечным электричеством, когда солнце светит или ветер дует, только Если ветровая или солнечная электроэнергия дешевле, то предельная стоимость выработки электроэнергии с помощью газовой установки. Обратите внимание, что я сказал предельные затраты, а не LCOE.

Предельная стоимость газовой установки почти полностью равна стоимости топлива. Если газ составляет 3 доллара США за MMBtu, а газовая установка - это установка комбинированного цикла, предельная стоимость выработки электроэнергии составляет около 20 долларов США за мегаватт-час. В странах, которые не пользуются дешевым природным газом, предельная стоимость будет выше.

Если стоимость ветровой или солнечной электроэнергии превышает 20 долларов, это будет предложение о замене ветровой или солнечной электроэнергии на газовую. Если он меньше, то это будет выгодное предприятие. The ценность В этих условиях ветер или солнечная энергия составляют 20 долларов за мегаватт-час.

LCOE для завода по производству природного газа включает пособие на амортизацию первоначальных инвестиций. Это также зависит от коэффициента использования или мощности завода. Коэффициент мощности не очень актуален для свойств генерации природного газа, потому что реальные коммунальные предприятия переоценивают свои мощности генератора для учета пикового спроса и возможности ремонта заводов.

LCOE для ветряной или солнечной фермы почти полностью распределяет капитальные затраты на количество мегаватт-часов, генерируемых с учетом временной стоимости денег. Предельная стоимость близка к нулю, потому что генерация дополнительного мегаватт-часа не стоит ничего лишнего и ничего не экономится, если генерируется меньшее количество мегаватт-часов. Если производительность станции сокращается, потому что сеть не может принять всю доступную энергию ветра или солнца, стоимость за мегаватт-час пропорционально увеличивается.. Подавление сети ветром или солнцем становится все более серьезной проблемой.

Выход из свободного рынка

Наиболее важным вмешательством государства является Возобновляемые портфельные законы. Эти законы определяют возобновляемые источники энергии и устанавливают квоты на то, какая доля электроэнергии в штате должна быть из возобновляемых источников.

Не усложняясь, возобновляемая энергия обычно определяется как все, что не является ископаемым топливом, ядерной энергией или гидроэлектроэнергией с участием плотин. Большая часть энергии, которая проходит этот тест, слишком дорогая или не масштабируемая. Ветер и солнечная энергия слишком дороги и ограничены по времени, но они масштабируемы. В результате возобновляемая энергия почти всегда является ветровой или солнечной. В некоторых штатах гидроэлектроэнергия с плотинами считается возобновляемой. Hydro имеет ограниченную масштабируемость благодаря уже разработанным лучшим сайтам.

Законы о портфеле возобновляемых источников энергии обязывают покупать все большую долю возобновляемой электроэнергии. Например, Калифорния требует, чтобы 60% электроэнергии было получено из возобновляемых источников к 2030 году.

Вторым наиболее важным государственным вмешательством являются федеральные субсидии, налоговые льготы и сложные налоговые положения, называемые налоговым долевым финансированием, которые субсидируют около 50% стоимости строительства ветряной или солнечной фермы.

Мандат на покупку возобновляемой электроэнергии меняет характер рынка возобновляемой электроэнергии. Без мандатов владелец ветряной или солнечной фермы обречен просить коммунальные службы покупать электроэнергию гораздо дешевле, чем ее производство. Ферма вскоре обанкротится. Но с мандатами коммунальные службы стучат в его дверь, умоляя о возобновляемой энергии, которую они обязаны покупать, независимо от цены. Возобновляемые портфельные законы меняют рынок с рынка покупателей на рынок продавцов.

Есть несколько компаний с опытом и финансовыми ресурсами для строительства многомиллиардных, коммунальных, ветряных или солнечных ферм. Хотя они номинально конкурируют за продажу электроэнергии, они представляют собой олигополию. То есть конкуренция будет не такой сильной, как если бы на рынке было больше игроков.

Наиболее распространенная структура сделки заключается в том, что разработчик строит ветряную электростанцию и продает электроэнергию коммунальным предприятиям. Поскольку рынок склоняется в пользу крупных компаний, они могут потребовать долгосрочного контракта, называемого соглашением о покупке электроэнергии или PPA, обычно 20 лет.Гарантия рынка по установленной цене на всю электроэнергию, которую может производить проект. Долгосрочная рыночная и ценовая гарантия имеет огромную ценность.

PPA - это субсидия, потому что, устраняя рыночный риск, ферма становится меньше похожей на бизнес и больше похожей на казначейские облигации. Цена за мегаватт-час может быть меньше, потому что более низкая норма прибыли является жизнеспособной. Риск был устранен. С гарантированным рынком ферма становится доступной для консервативных инвесторов, таких как инфраструктурные фонды или пенсионные фонды. По моим оценкам, PPA снижает необходимую норму прибыли с 12% до 8% и, таким образом, субсидирует стоимость возобновляемой электроэнергии на треть.

Эта субсидия не является бесплатной. Утилита предполагает огромный долг и риск, подписывая PPA. Существует множество возможных причин, по которым коммунальные службы могут захотеть выйти из PPA через пять или десять лет.. Например, более низкая стоимость ядерной электроэнергии.

Между законами о возобновляемых источниках энергии и федеральными субсидиями ветровая или солнечная ферма субсидируется примерно на 66%. Например, если LCOE ветровой или солнечной электроэнергии составляет 100 долларов США за мегаватт-час, то после применения субсидий он составляет 33 доллара США за мегаватт-час. Это больше, чем 20 долларов, которые стоит электричество. Чтобы закрыть разрыв, коммунальные службы должны повысить свои тарифы, чтобы заплатить дополнительные 13 долларов за мегаватт-час. Конечная субсидия поступает от потребителей электроэнергии.

Обоснование массовых субсидий

Первое оправдание заключается в том, что сокращение выбросов CO2 предотвратит климатическую катастрофу. Это оправдание не срабатывает по нескольким причинам. Сокращение выбросов CO2 в США будет иметь небольшой эффект, потому что проблема выбросов находится в Азии, где выбросы не только затмевают наши, но и стремительно растут из-за развития угольной генерации.

Стоимость сокращения выбросов CO2 от ветра или солнца очень высока, более 300 долларов за метрическую тонну CO2. Субсидия — это стоимость удаления CO2. Становится все труднее увеличивать количество ветра или солнца выше 50% из-за их прерывистой природы. Углеродные смещения можно приобрести всего за 10 долларов за тонну, хотя их будет недостаточно для нейтрализации выбросов CO2 из всей энергосистемы. Серьезное сокращение выбросов при разумных затратах требует принятия ядерной энергетики, как правило, запрещенной законами о возобновляемых источниках энергии.

Второе оправдание заключается в том, что ископаемое топливо или ядерное топливо иссякнут. В границах США достаточно ископаемого топлива на сотни лет и ядерного топлива на тысячи лет. Неразумно переворачивать экономику с ног на голову в ожидании теоретического события в будущем.

Третье оправдание заключается в том, что растения на ископаемом топливе вызывают загрязнение воздуха, а атомные станции могут выделять вредное излучение. Современные угольные или газовые установки экологически чисты. Атомные электростанции проверены сотнями заводов, работающих десятилетиями. Наихудшие аварии были легко пресечены.

Наконец, увеличение CO2 в атмосфере озеленило Землю и значительно увеличило сельскохозяйственное производство. CO2 - это воздушная растительная пища.

Когда народ проснется и остановит кровотечение?

Норман Роджерс пишет об энергии и является автором книги «Тупой энергии». Более подробное обсуждение и вычислительные детали находятся по адресу https://windsolarcon.org.