В поисках энергии. Ресурсные войны, новые технологии и будущее энергетики

Ергин Дэниел

Ученые работают и над другими инновационными технологиями изготовления солнечных батарей. Одни хотят при помощи нанотехнологий создать материалы, которые можно наносить на поверхность почти как чернила или краску. Другие занимаются разработкой систем, которые позволят встраивать фотоэлектрические преобразователи в кровлю и даже в стены.

Компании и технологии конкурируют друг с другом, стремясь к одной и той же цели. «Цель – более высокая эффективность при снижении стоимости, – сказал Дэвид Карлсон, ведущий ученый BP Solar. – Именно на это направлены усилия всех участников игры». Карлсон знает, о чем говорит – ведь именно он в 1974 г. изобрел аморфный тонкопленочный кремний, работая

в RCA Labs. «Было время, когда мы думали, что все будет развиваться очень быстро. Но на то, чтобы выстроить основу, требуется время. Это не компьютеры и не интегральные схемы, где быстродействие удваивается каждые 18 месяцев в соответствии с законом Мура, – заметил Карлсон. – Фотоэлектрические преобразователи развиваются хаотичнее. Есть более эффективные способы использования солнечного света, существует множество различных подходов, но такого, который выделялся бы на фоне других, нет. Люди склонны недооценивать время, которое требуется для внедрения совершенно новых подходов. Вы должны создать научную базу, затем техническую базу, а после – всю инфраструктуру»²³.

Значительное снижение стоимости подстегнуло развитие солнечной энергетики в последнее время. Оно также поставило под вопрос существование более затратных производителей тех, кто опирается на неконкурентоспособные технологии. Наиболее заметным стал крах компании Solyndra, которая получила $0,5 млрд в виде стимулирующих кредитов от правительства США. Ее банкротство в 2011 г. превратилось в жаркую политическую полемику, связанную с программой экономических стимулов и энергетической политикой администрации Обамы. Острая глобальная конкуренция также привела в некоторых странах к «всплеску протекционизма в сфере возобновляемых источников энергии» в попытках защитить национальных производителей солнечных батарей и рабочие места. Если стоимость продолжает снижаться, то глобальные перспективы существования льгот и субсидий, которые лежали в основе развития солнечной энергетики, остаются туманными. В некоторых европейских странах бюджетные ограничения ведут к приостановке, сокращению и полной отмене субсидий. В Китае субсидирование, нацеленное на увеличение возобновляемых электрогенерирующих мощностей до 50 ГВт к 2020 г., продолжается. В Японии после аварии на АЭС «Фукусима» вводятся новые стимулы для ускорения замещения мощностей остановленных АЭС солнечной энергетикой. Некоторые страны Персидского залива также рассматривают солнечную энергетику как дополнительную возможность удовлетворения быстро растущего спроса на электроэнергию.

Учитывая размер ставок и серьезность конкуренции, нет ничего удивительного в том, что ученые и инженеры, работающие над различными подходами, убеждены в достоинствах своей технологии и не верят конкурентам. Один венчурный капиталист рассказывал, как он в целях снижения напряженности свел вместе генеральных директоров двух компаний, каждый из которых был приверженцем своей технологии изготовления фотоэлементов. Встреча носила вроде бы дружеский характер, но после оба генеральных директора в частном порядке поведали венчурному капиталисту о своей уверенности в том, что его коллега идет по неверному пути и обречен на провал.

Концентрируем солнечную энергию

Фотоэлектрические преобразователи – не единственный путь развития солнечной энергетики. Вкладываются усилия и средства и в другие формы использования солнечной энергии – прежде всего в солнечные системы концентрирующего типа. Эта технология ближе к традиционному способу генерирования электроэнергии. По сути, здесь мы имеем те же электростанции, только вместо угля, природного газа или урана на них используется

солнечный свет. Он улавливается при помощи больших зеркал и фокусируется. Сконцентрированный луч нагревает до очень высокой температуры жидкость в трубах, которая используется для превращения воды в пар, приводящий в движение турбину и генератор.

Существует также и комбинированный подход к использованию концентрированной солнечной энергии. Он заключается в том, что при помощи зеркал солнечный свет улавливается, а затем направляется в концентрированном виде на фотоэлектрические преобразователи. Солнечные электростанции концентрирующего типа, на которых осуществляется нагрев жидкости, имеют преимущество перед солнечными батареями – возможность аккумулировать энергию. Тепло может аккумулироваться в расплавленной соли и использоваться для устранения прерывности генерирования электроэнергии.

Тем временем в Северной Африке предполагается реализовать масштабный проект, предполагающий использование концентрированной солнечной энергии. Данный проект получил название Desertec и не имеет отношения к производству электроэнергии. Однако идея заключается в строительстве огромных энергетических центров в пустыне Сахара и поставке вырабатываемой электроэнергии через Средиземное море на европейские рынки. Амбиции весьма велики. Стоимость реализации проекта – тоже. Финансирование и политическая неопределенность в Северной Африке в сочетании с техническими проблемами являются серьезным препятствием.

В целом для солнечных электростанций, использующих концентрированную солнечную энергию, основными сдерживающими факторами являются земля, доступ, передача электроэнергии и стоимость. Их можно строить только в районах, где преобладает безоблачная погода. Подобная электростанция также может требовать большого количества воды, а наиболее подходящие для реализации таких проектов места находятся вдали от водоемов²⁴.

Сетевой паритет

Многие считают вполне реальной, независимо от технологии, перспективу сетевого паритета. В соответствии с ней электроэнергия, вырабатываемая с использованием солнечной энергии, в конечном итоге сможет конкурировать с электроэнергией, производимой местной энергокомпанией, и станет не дороже нее. Однако определить значение сетевого паритета в числовом выражении довольно трудно, поскольку прямое сравнение здесь не подходит. В самом деле, не совсем понятно, как сравнивать разовую инвестицию с ежемесячным счетом от местной энергокомпании.

Непросто определить значение сетевого паритета еще и потому, что нужно учитывать стоимость изготовления солнечных батарей, расходы на установку, текущую и будущую цены на электроэнергию. И, конечно, очень важно, сколько солнечного света получает конкретный регион в разные времена года и, соответственно, сколько часов в год может функционировать солнечная батарея. В Италии количество солнечных часов в год вдвое больше, чем в Германии, и этот фактор существенно повлияет на сетевой паритет.

Есть и еще одна проблема: электричество, вырабатываемое фотоэлементами, не является передаваемым в отличие от электричества, производимого на электростанции. Как и ветровые установки, солнечные батареи функционируют с перерывами. Они практически не вырабатывают электричество в облачные дни и совсем не вырабатывают его по ночам. Но у них есть преимущество перед ветровыми установками – они могут производить электроэнергию в жаркие, солнечные дни, когда ее потребление резко возрастает, а потому снижают потребность энергокомпаний в пиковых мощностях, которые задействуются только в периоды максимального потребления электроэнергии.