Триумф солнечного века. Революция возобновляемых источников

2.2.1. Что такое хорошо

Солнечную энергию и порождаемые Солнцем возможности генерации в био- и гидроэнергетике, а также энергию ветра, в целом будем характеризовать термином «хорошая энергия». Однако между ними есть важные различия, которые заслуживают того, чтобы к ним более пристально приглядеться.

Во-первых, все эти виды энергии свободны от прямого выброса углерода в виде парниковых газов. Поэтому они получают огромную поддержку в рамках политических дискуссий об изменении климата. Прошедшая в 2015 году в Париже 21-я конференция в рамках СОР 21 (Рамочная конвенция ООН об изменении климата) приняла решение об ограничении выбросов парниковых газов для сохранения климата. Но будьте осторожны: к энергиям с низким или нулевым углеродом часто присоединяют «безбилетника» – атомную энергию. На упомянутой большой политической конференции можно было заметить, что все ядерные лоббисты исправно несли свою вахту, чтобы иметь возможность протащить «безбилетника» и поддержать новые возможности, которые, как они себе вообразили и пытались заставить вообразить других, представились «безуглеродной» атомной энергетике в свете проблемы изменения климата.

Давайте внесем ясность. Сегодня климат не может быть защищен энергиями, традиционно считающимися безуглеродными. Позиция автора состоит в том, что климат может быть сохранен только с помощью возобновляемой энергии (позже мы вернемся к тому, почему она не может быть ядерной).

Особой проблемой в обсуждениях является непостоянство выработки энергии возобновляемыми источниками. Вопрос закономерный, ведь как поток солнечных лучей, так и поток ветра обладают естественным свойством время от времени прерываться – поэтому для фотоэлектрических и ветровых преобразователей эта проблема несомненно существует, поскольку наиболее фундаментальным вопросом энергоснабжения является его доступность в любое время дня и в любой сезон года. Однако тепловые или электрические устройства накопления и хранения энергии почти всегда могут помочь преодолеть этот недостаток, во всяком случае, в краткосрочной перспективе. А в долгосрочной – прогнозы погоды становятся все более надежными, «урожаи» энергии Солнца и ветра становятся все более предсказуемыми, поэтому включение инструментов планирования позволяет обеспечить необходимый объем рыночных поставок. Если дело касается основных сфер применения энергии, то комбинации различных видов возобновляемой энергии Солнца позволяют найти наиболее целостное решение – как правило, они удачно дополняют друг друга.

Но по большому счету прерывность лежит в основе получения любого вида энергии, т. е. возобновляемые источники – отнюдь не исключение. Проявляется это даже в самых стандартных вопросах эксплуатации и обслуживания оборудования (Operations & Maintenance, O&M). Возьмем, например, данные, представленные Всемирным энергетическим советом (World Energy Council, WEC) за 2016 год. Среднее годовое время работы для станций на биотопливе составляло 4500 часов, для гидростанций – 3700 часов, для ветровой электроэнергии – 2000 часов, для солнечных фотоэлементов – 1170 часов. Однако полное время эксплуатации тепловых (на угле) и атомных станций далеко не непрерывно, для них характерен показатель на уровне 4000 часов, т. е. менее полугода непрерывной работы (год = 365 дней = 8760 часов).

В солнечной энергетике есть важная градация, между фотоэлектрической генерацией (Photo Voltaic, PV), которую мы рассмотрим ниже в деталях, и механизмом концентрации солнечной энергии, так называемыми тепловыми солнечными электростанциями (CSP). Последние используют концентрацию лучей Солнца с помощью вогнутых зеркал, чтобы получить тепло, которое затем преобразуется в электроэнергию. По сравнению с фотоэлектрическим преобразованием этот механизм генерации имеет целый ряд недостатков. Во-первых, тепловой механизм генерации работает только в крупных энергоблоках – поэтому здесь этот механизм примыкает к традиционной энергетике и ее «консервативному» лобби, так как они предпочитают крупную генерацию. Однако при сопоставлении PV и CSP солнечные фотоэлементы являются сегодня победителями, имея «за спиной» более чем 400 ГВт установленных мощностей на этом типе преобразователей во всем мире, и еще порядка 80 ГВт добавляется каждый год. В то время как генерация на базе CSP суммарно достигла всего 4,7 ГВт, но главное, что новых мощностей нет даже в проекте.

Для концентраторов необходимы прямые солнечные лучи, и это является недостатком, который ограничивает использование «теплоулавливающего» механизма только в пределах «солнечных поясов» – богатых солнцем районов, часто представляющих собой безжизненную пустыню. Но главный недостаток этого направления в том, что стоимость электроэнергии, которую он производит, вдвое выше, чем у обычных фотоэлектрических преобразователей. В конце концов именно это его и «добивает», определяя рыночный провал.