Дешево, но нестабильно: перейдет ли Китай на солнечную энергетику
Повсеместное падение цен на производство энергии с помощью фотоэлектрических систем делает солнечную энергетику вполне рентабельным вариантом для большей части мира. И хотя пока что солнце обеспечивает лишь небольшую часть потребностей человечества в электричестве, теперь уже мало что сдерживает развитие этого направления. Однако по мере роста доли солнечной энергетики в общем балансе энергетических систем встает в полный рост проблема нестабильности выработки такой «зеленой» электроэнергии.
Именно в такие моменты нужно отвлечься от формального изучения цен и рассмотреть другие важные факторы, определяющие, какую долю от общего энергетического рынка имеет смысл отдавать на откуп солнечной энергетике. Подобные факторы могут серьезно варьироваться для разных стран.
Это означает, что для полноценного понимания потенциала солнечной энергетики требуется проводить анализ для каждой конкретной страны. На этой неделе китайские исследователи опубликовали в журнале PNAS статью, посвященную как раз такому анализу для Китая, показывающую, что солнечная энергетика достигла той точки, в которой она становится конкурентоспособна по стоимости производства энергии угольными электростанциями. В отчете также говорится, что солнечная энергия (в сочетании с дополнительными системами хранения) сможет удовлетворить почти половину потребностей Китая в энергии к середине текущего века.
«В настоящее время солнечная энергия даже без субсидий стала дешевле угольной в большинстве районов Китая, и это конкурентное преимущество с точки зрения затрат на ее производство вскоре станет еще нагляднее благодаря технологическому прогрессу и дальнейшему снижению цен», — пишут авторы нового исследования.
Как и в других странах, в Китае стоимость солнечной энергии заметно падала все последнее десятилетие: только в период с 2011 по 2018 год она упала на 63%. В связи с этим резко возросло количество строящихся установок для производства солнечной энергии. В настоящее время треть новых солнечных электростанций на планете вводится в эксплуатацию именно в Китае; страна в этом плане обогнала по вводимым в эксплуатацию мощностям США в 2013 году и Германию в 2015 году, сейчас суммарная мощность действующих солнечных электростанций на ее территории превышает 250 ГВт, что более чем вдвое превосходит то, что ранее было установлено экономическими планами. Учитывая, что Китай планирует достичь нулевого уровня выбросов углекислого газа в атмосферу к 2060 году, он, вероятно, продолжит активное строительство подобных установок.
Однако на пути этих амбициозных целей стоят некоторые практические соображения. Большая часть населения Китая проживает на юго-востоке страны, а с точки зрения солнечных ресурсов (количество безоблачных дней и свободные территории) для производства энергии больше подходит малонаселенный северо-запад. Это несоответствие приводит к серьезным ограничениям, связанным с эксплуатацией солнечных батарей, в первую очередь из-за ограниченных возможностей китайских энергосетей перебрасывать электроэнергию на огромные расстояния. Строительство солнечных электростанций на северо-западе естественным образом сдерживается, поскольку не получается переслать электроэнергию туда, где она необходима. В результате этой коллизии не так просто оценить перспективы экономики производства солнечной энергии в Китае в целом.
Чтобы получить более объемную картину происходящего, китайские исследователи построили модель, учитывающую большинство факторов, влияющих на производство солнечной энергии. Эта модель отслеживает предполагаемые изменения в технологиях, экономике, солнечных ресурсах и китайской энергосистеме в период с 2020 по 2060 год. В ней используются данные о погоде со спутников за шесть лет для оценки типичной продуктивности солнца в различных районах страны, она включает информацию о свободных территориях и их текущем использовании, которое может помешать размещению там солнечных электростанций.
Помимо прочего, новая модель позволяет оценить то, что исследователи называют «техническим потенциалом», — количество солнечной энергии, которое могло бы быть произведено, если бы для ее получения использовались все доступные участки. На 2020 год технический потенциал солнечной энергии в Китае составляет чуть менее 100 петаватт-часов, что примерно в 13 раз превышает потребности Китая в электроэнергии. Предполагается, что благодаря совершенствованию технологий этот технический потенциал вырастет почти до 150 ПВтч к 2060 году, когда Китай планирует достичь нулевых выбросов углерода. Однако многие из этих территорий относительно бедны энергией. Средний коэффициент мощности (фактическая производительность по сравнению с номинальной мощностью) оценивается всего в 17,6% (для США этот параметр находится в районе 25%).
Анализ также дает ориентировочную цену, которая обеспечит прибыль для солнечных установок в каждом месте с учетом первоначальных затрат, технического обслуживания и финансирования. Предполагается, что уже сейчас большая часть страны может производить солнечную энергию по цене, равной цене угля. К 2022 году около 80% потенциальной мощности достигнет ценового паритета, и это будет верно для всей китайской территории к окончанию этого десятилетия.
Разрыв будет продолжать расти, поскольку цена на солнечную энергию, вероятно, будет и дальше падать. В настоящее время она составляет $49,3 за МВтч но, по прогнозам, снизится до $13 за МВтч к 2030 году и до $3 за МВтч к 2060 году.
А если в цену включить также штрафы на выбросы углерода, то разница между углем и солнечной энергией будет еще разительней, к середине же века она станет просто огромной.
Однако, как отмечалось выше, наиболее производительные (и, следовательно, самые дешевые) ресурсы находятся в провинциях, которым уже приходится ограничивать производство солнечной энергии. Увеличивающийся разрыв между солнечной энергией и углем предполагает, что появятся также возможности для добавления в эту связку аккумуляторов по цене, которая по-прежнему будет конкурентоспособна в сравнении со стоимостью угля. Китайские исследователи получили прогнозы будущих цен на аккумуляторные батареи и использовали их для того, чтобы определить, какая часть мощностей солнечных электростанций может быть пущена в накопители энергии.
Так, они прогнозируют, что к 2030 году солнечные электростанции с накопителями энергии могут вырабатывать 5,2 ПВтч по ценам ниже стоимости угля. Можно сравнить это с общим потреблением электроэнергии Китаем в настоящее время в районе 7,5 ПВтч и учесть, что это потребление еще возрастет в последующие годы.
Предполагается, что к 2060 году выработка солнечной электроэнергии вырастет до 7,2 ПВтч, что составит более 40% от всех ожидаемых потребностей Китая в электроэнергии.
Исследователи предполагают, что аккумуляторные батареи будут использоваться в основном для удовлетворения всплесков спроса в электроэнергии, которые происходят обычно тогда, когда выработка солнечной энергии прекращается по вечерам, и на следующее утро, когда спрос снова резко возрастает еще до того момента, когда производство солнечной энергии начнет расти. Все это означает, что в результате потребуется вводить в эксплуатацию все меньшее количество станций, работающих на ископаемом топливе, а базовый уровень мощности может быть удовлетворен за счет относительно низкого потребления энергии в ночное время.
Тем не менее этот сценарий также сопряжен со значительными проблемами. Даже при очень высоком уровне переработки материалов, с помощью современных технологий литий-ионных аккумуляторов потребовалось бы использовать для их производства 36% известных мировых запасов кобальта — и это только для Китая (для этого потребуется также 8% известных мировых запасов лития). Очевидно, что вся надежда остается на альтернативные технологии производства аккумуляторов, а также на интеграцию с растущим парком автомобилей, также снабженных аккумуляторами, которые также можно подключить к единой энергосистеме.
Таким образом, использование солнечной энергии, обеспечивающей почти половину потребностей Китая в электроэнергии, стало бы огромным достижением, однако это все равно еще недостаточно для того, чтобы достичь провозглашенных китайским руководством целей обеспечения «углеродной нейтральности». К счастью, у Китая есть дополнительные возможности, включая несколько крупных гидроэнергетических проектов и строящиеся ядерные реакторы. Кроме того, у него еще и самый большой в мире парк ветрогенераторов.
Еще одна вещь, которая делает этот отчет многообещающим, заключается в том, что Китай является мировым лидером по производству всего необходимого для «зеленой» энергетики: солнечных панелей, ветряных турбин и аккумуляторов. Значит, переход на альтернативную энергетику можно легко оправдать также целями поддержки местной промышленности. «Дополнительным бонусом» можно счесть и здоровье людей, которые не пострадают от загрязнения атмосферы вредными веществами.
В любом случае ожидается, что именно солнечная энергия станет ключом к будущему в стране, в которой уголь был доминирующим источником энергии более 40 лет, считают китайские ученые.