Прикладная маскология – Электрический остров Тау

Как целый остров перешёл на электричество, и тут как… да в общем-то, и ничего.

В ноябре 2016 года профильные гуманитарные “гиковские” СМИ, монетизирующие клики на научноподобной поп-тематике, всколыхнула новость из любимой категории “Ну вот и всё… Началось”.

Суть новости была примерно такой:

Tesla Motors объявила о переключении острова в Американском Самоа (территория США в южной части Тихого океана) на солнечные батареи. Об этом компания сообщила на своей странице в Twitter.

«Остров в Американском Самоа переведен почти на 100%-е обеспечение солнечной энергией благодаря более чем 5,3 тыс. солнечных панелей и 60 аккумуляторов Tesla», — говорится в сообщении.

Ну или такой:

Вместо архаичных дизельных генераторов инженеры Tesla оборудовали остров энергосистемой из 5328 солнечных панелей с фотоэлементами и 60 фирменных аккумуляторов Powerpack.

Эпитеты, в зависимости от СМИ, менялись, но гарцевали вокруг “прорыв”, “будущеерядом”, “успешныйуспехуспешен” и тому подобными звонкими фантиками, в которые по традиции заворачивается ключ от пустого чулана.

Что же по факту произошло? Давайте разберёмся.

Первоисточник новости – запись в блоге убыточной компании, на тот момент принадлежащей двоюродному брату И.Маска, SolarCity. Компания успешна в стиле Тесла – она не выполнила ни одного успешного проекта и на один доллар прибыли имеет 6 долларов убытков. Сейчас компания куплена Теслой.

Речь идёт об острове Тау, который юридически относится к США, но по факту находится в примерно 6500 километрах от Америки. Население острова составляет около 600 человек, в основном аборигенов, электричество для которых появилось в последние несколько десятилетий. На острове есть даже аэропорт, принимающий несколько воздушных судов в день, но используется он исключительно для частных перелётов.

В части чисел декларируется следующее:

Установлено 5328 солнечных панелей, способных при нужной погоде генерить до 1,4 МВт;
Установлено 60 аккумуляторов Powerpack (это промышленный аккумулятор, не путать с Powerwall), способных хранить до 6 МВт*ч;
С этим объёмом хранения электричества на потребности острова может хватить до 3х дней;
Ранее острову в год надо было около 415 тысяч литров солярки;

Что ж, начнём.

Ситуация с заменяемыми генераторами

Для подчёркивания экологичной экологичности идёт постоянный акцент на том, что “плохие и дымящие дизельные генераторы, на которые расходовалось дикое количество топлива, были успешно заменены”.

Посчитаем. Декларируемые 415 тысяч литров солярки – это пять цистерн на весь остров на год, чуть больше тонны на сутки. Исходя из этого, фактический расход топлива будет примерно в 415.000 / (365 * 24) = 47 литра в час. Да, и это мы ещё делаем допущение, что их надо было 415 тысяч, а теперь надо нуль – что, в общем, не так, т.е. расход сильно снизился, но не обнулился.

И тут мы натыкаемся на первую странность – если попробовать найти дизель-генератор, исходя из такого потребления, то пиковая мощность у таких систем будет около 270 кВт – например, Gesan DTA 300 E или VibroPower VP 250.

Фактическая мощность устройств, потребляющих такие объёмы топлива, в несколько раз меньше, чем задекларированная в проекте мощность солнечных батарей в 1.4 МВт. Вариантов “почему так” может быть много – например, на далёком островке работают чудо-генераторы, извлекающие из литра солярки примерно в 6 раз больше мощности, чем новенькое современное немецкое изделие (очень сомнительный вариант). Или что “для громкости чисел” генерирующие мощности фактически установленных панелей завышены в разы, т.е. для пресс-релиза взято что-то типа “номинальная пиковая генерация в идеальных условиях”, хотя разлёт чисел (около 250-270 кВт и 1.4 МВт – почти в 6 раз) для такого слишком велик. Впрочем, для варианта “и доврали про установленную мощность, и завысили исходное потребление” подойдёт отлично.

Мне удалось найти документ, который полностью подтверждает мои догадки – это официальный документ с тендера 2016 года на генераторы для острова Та’у, Американское Самоа (сохранённая копия). Процитирую:

The American Samoa Power Authority (ASPA) has started work to install a Diesel/ Solar PV Hybrid System on Ta’u Island, in the Manua group.

The existing 320KW (prime) VOLVO PENTA generator sets at Faleasao Power Plant lack adequate controls and functions for parallel operation with the Solar PV Hybrid System.

Solar PV construction work will begin in January 2016 and is expected to be completed by June 2016.
New diesels with suitable controls are required for the new Hybrid System to function satisfactorily. Three new diesels rated at 320 KW each (prime rating) will form one leg of the Hybrid system; the other two legs being the PV Array and the Battery Storage System.

The evening peak load on Faleasao is approximately 220KW which is approximately 70% of prime generator ratings. The 320KW prime rated generators allows for future load growth and the unbalance loads on Ta’u Island.

Итак, остров в пике потребляет 220 кВт. Весь проект – не замена дизельной генерации солнечной, а балансировка и увеличение надёжности. На остров хватает 1 (одного) генератора, и ещё 2 – в запасе.

Картинка, скажем так, уже сильно отличается от декларируемой. Смотрим дальше.
Экологичность

В первозданной природе острова вырубили огромную проплешину:

А генераторы – остались. Как и запас топлива для них. Кстати, один генератор занимает около 3 квадратных метров. Ну да зачем лес-то жалеть, если речь об экологии?

Для монтажа и строительства, которое длилось около года, потребовалось несколько десятков рейсов грузовых судов, привозящих нужное оборудование. Учитывая, что основной проблемой острова было “мы настолько не нужны, что небольшой корабль с топливом (всему острову надо на год около 400 тонн – это смешные объёмы для перевозки) до нас иногда на пару месяцев опаздывает”, масштаб перевозок и задействованных для строительства мощностей перекрывает экологический ущерб от топлива на много десятилетий вперёд.
Вопросы обслуживания системы

Обслуживание дизель-генератора – штука тривиальная. Можно научить аборигена, это быстро и недорого.

Другое дело – массив солнечных батарей и аккумуляторов Powerpack. Всё ж высокотехнологичное, подключённое к Интернету, требующее специального обслуживания и наблюдения.

Остров Тау в плане климата – это крайне жаркое место. Температура там весь год классифицируется как “жарко” и “очень жарко”, и воздух прогревается под 40 градусов Цельсия. Если столько градусов воздух – можно представить, как может прогреться предмет, стоящий на открытом воздухе. Максимальная допустимая температура систем Powerpack, как следует из официальной документации – 50 градусов Цельсия. Системы развёрнуты под открытым небом, под прямыми солнечными лучами – следовательно, вопрос активного охлаждения их даже в “пассивном” состоянии – очень актуален, иначе они могут просто сдетонировать. Не говоря уже о ситуации, когда идёт активная зарядка или разрядка, и тепло выделяется ещё сильнее. Сколько электричества потребляет эта постоянно работающая система, сколько стоит её обслуживание – нигде не упоминается. А система данная обязательно потребляет электричество, т.к. это всегда двигатель, который по контуру прокачивает реагент-охладитель. То есть вполне возможна ситуация “входящей мощности с панелей недостаточно даже для охлаждения аккумуляторных блоков” – в этом сценарии система будет потреблять мощность “снаружи” просто чтобы остыть до безопасной температуры. Сколько, в итоге, после расходов на эти сопроводительные для функционирования системы компоненты, останется мощности для потребителей – т.е. насколько падает КПД в данном случае – не уточняется.

Равно как и то, как поле солнечных панелей выдерживает характерные для Американского Самоа тайфуны. Безусловно, специфические солнечные панели, которые выдержат тайфун, есть – вопрос в том, сколько в результате это обошлось по стоимости, насколько это удорожает каждый киловатт-час и сколько стоит поддержка (мониторинг состояния, уборка поверхности, ремонт, замена повреждённых панелей).

На тему уборки можно отметить отдельный момент – панели надо регулярно мыть, тем более в случае эксплуатации в тропиках, при сколь-нибудь сильном ветре, листья растений и грязь/мусор будут налипать на эти конструкции весьма активно (насмотрелся на такое, т.к. с тайфунами лично сталкиваться на Хайнане приходилось не раз). Моются солнечные панели со специальной химией – что также “резко улучшает” общую экологичность. Эта химия в случае 5 с лишним тысяч батарей будет расходоваться весьма бодро, вопрос её утилизации опять же добавляется в общую копилку.

Интересно было бы оценить разницу в трудоёмкости, рисках и затратах между “планово подгонять раз в год мелкую посудину с дизельным топливом (по морским меркам 400-450 т. дизеля вообще ни о чём)” и “несколько судов с бригадой рабочих и спецов именно по данному виду батарей / Powerpack, кранами (один Powerpack – 1.6 тонны), грузовиками, а также топливом для кранов и грузовиков и собственно заменяемыми аккумуляторами”, которые этими кранами будут грузиться, а грузовиками развозиться, и которые теперь становятся обязательными к замене расходными материалами.

Интересным моментом также является гарантийный срок работы Powerpack, скорость деградации батарейного блока и вопросы замены оного. Я попытался найти эту информацию на официальном сайте Теслы и обнаружил, что страница имени мощной разновидности “самой успешной, переворачивающей мировую энергетику батарейки”, удалена с сайта и теперь её больше нет:

Что ж, придётся действовать по аналогии – ведь батарейные модули в Powerpack те же, что и в Powerwall, это декларируется Теслой изначально. Возьмём гарантию на Powerwall и посмотрим:

Exhibit A

The Product shall maintain >85% of its initial rated capacity until the earliest to occur of:
(a) The lithium-ion battery cells in the Product have reached 4 MWh of aggregate discharge throughput (at the battery DC output); or
(b) 2 years have expired from the Original Installation Date.

The Product shall maintain >72% of its initial rated capacity until the earliest to occur of:
(a) The lithium-ion battery cells in the Product have reached 9 MWh of aggregate discharge throughput (at the battery DC output); or
(b) 5 years have expired from the Original Installation Date.

The Product shall maintain >60% of its initial rated capacity until the earliest to occur of:
(a) The lithium-ion battery cells in the Product have reached 18 MWh of aggregate discharge throughput (at the battery DC output); or
(b) 10 years have expired from the Original Installation Date.

Мегаватт-часы у нас будут, безусловно, другими, но темп деградации аккумуляторного блока будет явно либо такой же, либо очень схожий – технология-то одна и та же.

15% потерь через 2 года после начала использования – говоря проще, задача ежегодного обслуживания, притом с доставкой новых Powerpack и батарейных модулей к ним – очевидна и регулярна. Как, интересно, это ложится в канву “труднодоступный жутко далёкий остров, туда разово 400 тонн солярки в год привезти – проблема, могли на 2 месяца задержать рейс”? Раз в год дизеля цистерну притащить – проблема, туда-сюда мотаться за экзотическими комплектующими к штучному решению – видимо, куда как проще?

Нестыковка, да. Впрочем, всё упирается в сумму затрат – а она, судя по явному умалчиванию и отговоркам при помощи сектантских мантр “раз экологично-электрично, то точно и всегда дешевле”, огромна.

Мягкое передёргивание про PowerPACK vs PowerWALL

Ряд источников, окончательно сойдя с ума, сделал из новости вывод “целый остров, по сути мини-государство, можно запитать от нескольких десятков великих батарей Маска – что уж говорить о том, какие ослепительные успехи ждут настенные батареи?”.

В проекте развёрнуто 60 систем Powerpack. Это не настенная батарейка Маска, с которой у него уже два года ничего не выходит – это полуторатонная “промышленная” система на 200 кВт*ч, штучно производящаяся под заказ. У настенной Powerwall – 6.5 кВт*ч.

Математика подсказывает, что чтобы “в лоб” по ёмкости заменить одно на другое, надо в 30 раз больше Powerwall’ов – то есть 1800 штук. Это при 600 людях на острове – притом большинство аборигенов потребляет абсолютный минимум, свет да коммуникации – по 3 Powerwall’а на человека (!!!). Удивительно, как вообще при таких цифрах кто-то ещё репостит мифы двухлетней давности про “на стенку батарею в загородном доме вешаешь и через неё весь дом запитывается”.

Финансирование

Несмотря на подачу “раз на электричестве и солнечной энергии, то всё точно дешевле, чем обычное”, при переходе к конкретике вопрос как-то затихает.

Действительно, на практике не окупаются даже обычные, самые дешёвые и простые солнечные панели – какой-то разумный срок хотя бы возврата средств появляется разве что при специально высокой цене на электроэнергию. А уж специфичные, для работы на удалённом острове, в сложных погодных условиях – можно представить себе расходную часть.

Впрочем, как и у других показательных проектов SolarCity, всё проще:

На реализацию проекта у Tesla и SolarCity ушло меньше года. Финансированием занимались Агентство по защите окружающей среды США, Министерство внутренних ресурсов и Управление по экономическому развитию Американского Самоа.

То есть очередное успешное освоение госбюджета на штучное показательное решение. Которое не улучшает, а лишь ухудшает ситуацию с экологией – одно лишь масштабное строительство на таком острове (10 х 6 км по максимальным измерениям) уже серьёзно влияет на экологию, а учитывая, что генераторы никуда не делись (их в 2016м году лишь обновили), и подавно.

Успех за успехом, что и сказать.

Что ж, можно резюмировать.

Итог

Состоялось показательное и явно стоящее огромных денег развёртывание некоторых компонентов системы электроснабжения, покрывающего масштаб “резервная генерация для одного многоквартирного дома”.

Подающийся как “замена дизель-генераторам” проект по факту является дополнением к ним.

Экологический эффект – отрицательный; на маленьком островке с красивой природой, для красивой рекламной картинки, вырубили кучу леса и сделали “показательное” поле солнечных батарей.

Реальное количество солнечных панелей и промышленных систем энергосбережения, чтобы покрыть потребности 600 человек (это население одного многоквартирного жилого дома – скажем, в 6 подъездов и 20 этажей) – притом 600 человек с минимальным потреблением электричества (свет да связь) – исчисляется тысячами. И при этом количестве и они все равно не могут обеспечить ситуацию “теперь дизель-генераторы можно убирать совсем” – т.е. эта схема не подразумевает надёжности решения в случае работы “без генератора”.

Реальные затраты на проект неизвестны, но даже лобовое сложение стоимости нескольких тысяч солнечных панелей, плюс десятков Powerpack, плюс их доставки за тысячи километров и монтажа на острове, с предварительной расчисткой девственной природы, даёт числа, которые позволяют очень много лет (сотни) покупать 400 тонн солярки в год. При том, повторюсь, что солярку на остров привозить приходится, генераторы продолжают использоваться.

Что по итогам? Очередная дико дорогая и неудачная показуха в тесла-стиле. Которая, до кучи, ещё и показывает то, про что было написано ещё 2 года назад – сказочность сценария с “настенная батарейка запитывает весь дом и зарабатывает деньги, пока-пока Газпром”.

Хотя, в общем – а разве кто-то сомневался?