Владимир Сидорович - Мировая энергетическая революция. Как возобновляемые источники энергии изменят наш мир

• Название: Мировая энергетическая революция. Как возобновляемые источники энергии изменят наш мир
• Автор: Владимир Сидорович
• Жанр: Отраслевые издания
• Год: 2015
• ISBN: 978-5-9614-4014-0

Обладание ископаемыми ресурсами (нефть, газ, уголь) уже давно дает практически неограниченную экономическую и политическую власть, которая назначает и смещает президентов, покупает политиков, ведет войны. Но сегодня мы становимся свидетелями того, что мир начинает меняться. Использование возобновляемых источников энергии во многих странах постепенно выходит на первый план. Владимир Сидорович рассказывает, что такое возобновляемые источники, как они работают, почему многие мировые энергетические компании сейчас делают ставку именно на них, какие страны активно развивают их производство. Автор книги на цифрах и фактах доказывает, что власть, основанная на обладании ископаемыми ресурсами, уходит в прошлое. Сколько лет отпущено нефти, газу и углю? Как изменится мир через 20 лет? Что нужно делать России, чтобы не остаться у «разбитого корыта» (точнее, у пустой трубы)?

---

Нынешние размеры промышленной солнечной генерации еще раз подчеркивают динамику развития мировой возобновляемой энергетики – какие-то десять лет назад мощность крупнейшей фотоэлектрической электростанции (Bavaria Solarpark в Германии) составляла всего 6,3 МВт.

В России солнечная энергетика находится в зачаточном состоянии. В течение последних лет были созданы рамочные условия для развития солнечной (фотоэлектрической) генерации и уже реализованы проекты электростанций промышленного масштаба. В 2014 г. введена в строй Кош-Агачская солнечная электростанция на Алтае мощностью 5 МВт, крупнейшая в России на сегодняшний день (не считая полученных «в наследство» солнечных электростанций в Крыму). До 2020 г. планируется построить еще несколько сотен мегаватт фотоэлектрических генерирующих мощностей. Правовые условия для распределенной (частной) солнечной генерации в России не созданы.

Зеркала Архимеда

Для производства солнечного электричества исключительно в крупных промышленных масштабах, сопоставимых по размерам с традиционной тепловой генерацией, используется солнечная тепловая (гелиотермальная) электроэнергетика (концентрированная солнечная энергетика – CSP), которая преобразует солнечное излучение иначе, чем фотоэлектрика.

Мы знакомы с принципом действия CSP с детства. Помните, как ловили солнечный луч лупой? Предметы, поднесенные под линзу, начинали плавиться, дымиться или даже возгораться. Любители истории, возможно, помнят легенду, по которой знаменитый Архимед оборонял родные Сиракузы с помощью концентрированных солнечных лучей. «Когда римские корабли находились на расстоянии полета стрелы, Архимед стал действовать шестиугольным зеркалом, составленным из небольших четырехугольных зеркал, которые можно было двигать при помощи шарниров и металлических планок. Он установил это зеркало так, чтобы оно пересекалось в середине зимней и летней солнечными линиями, и поэтому принятые этим зеркалом солнечные лучи, отражаясь, создавали жар, который обращал суда римлян в пепел, хотя они находились на расстоянии полета стрелы», – пишет историк[64]. В 1973 г. греческий ученый д-р Иоаннис Саккас, пытаясь понять, мог ли Архимед действительно разрушить римский флот в 212 г. до н. э., выстроил 60 греческих моряков, каждый из которых держал продолговатое зеркало и направлял отраженный солнечный свет в одну точку – на изготовленный из фанеры и просмоленный силуэт корабля, расположенный в 160 м. Корабль загорелся через несколько минут, однако историки продолжают сомневаться в истории Архимеда.

Тем не менее описанный принцип используют сегодня в гелиотермальной энергетике. Установленные на большой территории зеркала-гелиостаты, поворачивающиеся вслед за Солнцем, сводят солнечные лучи в один пучок, направляя его на емкость с теплоносителем, в качестве которого обычно выступает вода. Дальше процесс происходит так же, как на обычных ТЭС: вода нагревается, закипает, превращается в пар, пар приводит в движение тепловой двигатель (обычно паровую турбину), турбина вращает ротор генератора, который вырабатывает электричество.

В настоящее время в данной области лидируют Испания и США, а ведь когда-то, сейчас сложно в это поверить, одним из технологических лидеров направления была Россия (точнее, СССР). В 1986 г., когда вся установленная в мире мощность солнечной генерации составляла всего 21 МВт, вступила в строй Крымская солнечная электростанция мощностью 5 МВт, работающая именно по принципу CSP. Увы, она была закрыта и разрушена в 90-х гг. ХХ века. Насколько передовой была технология – свидетельствует тот факт, что в то время существовала только одна подобная электростанция – первая и вторая очередь расположенного в Калифорнии комплекса Solar Energy Generating Systems (SEGS), и до 2005 г., помимо SEGS, в мире подобные электростанции не строились. С тех пор установленная в мире мощность CSP выросла до 4,8 ГВт[65] (причем основной рост начался в 2009 г. и существенная часть, 0,9 ГВт, была добавлена в 2014 г.), что составляет примерно всего лишь 1/40 часть мощности фотоэлектрической генерации.

Очевидно, гелиотермальная электроэнергетика конкурирует не только с углеводородной генерацией, но и с основным на сегодняшний день видом солнечной энергетики – фотоэлектрикой. Стремительное падение цены на солнечные модули давит на инвесторов в солнечное тепловое электричество. Именно по причине «неконкурентоспособности по сравнению с фотоэлектрикой» компания Google, ранее вкладывавшаяся в CSP, в ноябре 2011 г. отказалась от дальнейших инвестиций[66]. Действительно, удельные капитальные затраты ($3550–8760 на киловатт установленной мощности), а также приведенная стоимость производства электричества (LCOE), лежащая в границах $0,20–0,35 на киловатт-час[67], пока превышают соответствующие показатели как углеводородной, так и фотоэлектрической генерации, где отдельные проекты промышленного масштаба показывают LCOE менее $0,08 на киловатт-час[68].

В то же время развитие технологий и удешевление оборудования не обходит стороной и сферу солнечного теплового электричества. Кроме того, существенным преимуществом CSP является наличие накопителя тепловой энергии, который используется в большинстве проектов и с помощью которого значительно повышается коэффициент использования установленной мощности электростанции. Такой аккумулятор энергии, в котором на сегодняшний день в большинстве случаев используется расплавленная соль, позволяет выдавать электричество в утренние и вечерние часы или даже ночью, когда фотоэлектрика «спит».

Чтобы оправдать себя экономически, солнечные тепловые (гелиотермальные) электростанции должны строиться в регионах с большим количеством солнечных дней и высоким уровнем прямого солнечного излучения (более 5 кВт · ч/м² в день), к которым относятся юго-восток США, Испания, Австралия, Северная и Южная Африка, Южная Америка, Индия, Китай, Средний Восток. Соответственно, географическая сфера их применения, в отличие от фотоэлектрики, весьма ограниченна, и в России, даже в самых солнечных районах, их использование вряд ли целесообразно.

Международное энергетическое агентство видит в CSP большой потенциал, предполагая в рамках одного из сценариев развития энергетического рынка, что данный способ генерации к 2050 г. может обеспечить 11 % мирового производства электричества[69] (еще 16 % обеспечит фотоэлектрика, что приведет нас к вышеуказанной «солнечной доле» в 27 %). Более того, некоторые исследования рассматривают варианты повышения доли солнечного теплового электричества до 25 % к указанному сроку[70]. Я считаю такие планы чересчур агрессивными уже по той причине, что в мире помимо гелиотермальной электроэнергетики существует широкий набор как чистых, так и углеводородных способов генерации, которые конкурируют между собой за увеличивающийся в размерах энергетический пирог. В то же время на региональном уровне к 2050 г. STE может обеспечивать 40 % производства электричества на Среднем Востоке, 26 % – в Африке и 21 % – в Индии[71].

Солнечное будущее

Очевидно, что стремительный рост солнечной энергетики является угрозой сырьевой власти, которая может сопротивляться дальнейшему распространению чистой энергии. Однако мы практически уверены в тщетности попыток отката назад, и «сырьевым монстрам» вряд ли удастся задушить солнечную энергетику в колыбели. Она уже подросла и широко проникла в экономику десятков стран и жизнь десятков миллионов людей, превратилась в мощную наукоемкую отрасль глобальной экономики. Количество занятых в ней превысило 2,2 млн человек, в том числе 1,58 млн в Китае, более 100 000 в Индии и США, около 60 000 в Германии[72].

Энергообеспечение (не только электричеством) земного шара исключительно с помощью солнца – не утопия. И не исключено, что еще в нынешнем столетии человек придет к созданию энергетической системы, где солнце будет выступать абсолютно доминирующим источником энергии, если только не появятся иные, более рациональные способы генерации. Для такого глобального солнечного энергообеспечения потребуется площадь фотоэлектрических модулей, сопоставимая с размерами Испании[73]. Вроде бы много, но это только в том случае, если размещать их в одном месте. Солнце ведь светит круглосуточно, в разное время освещая территории на разной долготе. Возобновляемые источники энергии являются распределенными и доступны в разной степени во всех уголках земного шара. Зачем эксплуатировать их централизованно? Поэтому опоясывающие земной шар и связанные между собой «умными сетями» солнечные электростанции вполне могли бы обеспечить все человечество чистой энергией.

Вернувшись из области футурологии к нашим прогнозам, отметим, что дальнейшее развитие солнечной энергетики будет во многом зависеть от энергетической эффективности солнечных модулей, темпов удешевления оборудования, а также, в меньшей степени, развития аккумуляторных технологий, о которых будет рассказано в главе «Нестабильность ВИЭ и системы хранения энергии». В то же время на основе текущих трендов и имеющихся прогнозов можно с высокой долей уверенности заявить, что солнечная энергетика в течение двух – четырех десятилетий превратится в главный генератор – основного производителя электричества для планеты, существенно сократив сферу применения углеводородов.