Исследователи оценили потенциал солнечной энергетики для Китая и пришли к выводу, что по стоимости производства она способна конкурировать с угольными электростанциями. В сочетании с дополнительными системами хранения «зеленая» энергетика сможет удовлетворить почти половину потребностей Китая к середине текущего века.
Цена вопроса
Повсеместное падение цен на производство энергии с помощью фотоэлектрических систем делает солнечную энергетику рентабельным вариантом для большей части мира. Сегодня уже мало что сдерживает ее развитие. Однако по мере роста доли солнечной энергетики в общем балансе энергетических систем встает в полный рост проблема нестабильности выработки такой «зеленой» электроэнергии.
Важно отвлечься от формального изучения цен и рассмотреть другие 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 отдельно.
Китайские исследователи доказали, что солнечная энергетика в стране достигла той точки, в которой она становится конкурентоспособна по стоимости производства энергии угольными электростанциями. В их 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 исследования.
О чем говорят цифры?
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. Эта страна 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.
Территориальное зонирование
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.
Модель производства солнечной энергии
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.
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 2021 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 ПВт/ч к 2060 году, когда Китай планирует достичь нулевых выбросов углерода. Однако многие из этих территорий относительно бедны энергией. Средний коэффициент мощности, фактической производительности, 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 текущего десятилетия.
Поскольку цена на солнечную энергию, вероятно, будет и дальше падать, разрыв будет только расти. В настоящее время она составляет $49,3 за МВт/ч, но, по прогнозам, снизится до $13 за МВт/ч к 2030 году и до $3 за МВт/ч к 2060 году.
А если в цену включить штрафы на выбросы углерода, то разница между углем и солнечной энергией будет еще разительней и к середине века станет просто огромной.
Решение вопроса транспортировки
Наиболее производительные и 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.
Прогнозируют, что к 2030 году солнечные электростанции с накопителями энергии могут вырабатывать 5,2 ПВт/ч по ценам ниже стоимости угля. Можно сравнить это с общим потреблением электроэнергии Китаем в настоящее время в районе 7,5 ПВт/ч и учесть, что это потребление еще возрастет в последующие годы.
Предполагается, что к 2060 году выработка солнечной электроэнергии вырастет до 7,2 ПВт/ч, 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.
Альтернативные технологии
Важно учесть, что 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. Очевидно, что вся надежда остается на альтернативные технологии производства аккумуляторов, а также на интеграцию с растущим парком автомобилей, снабженных аккумуляторами, которые вполне 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.
Немаловажный фактор 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 в стране простимулирован целями поддержки местной промышленности.
Ожидается, что именно солнечная энергия станет ключом к будущему в стране, в которой уголь был доминирующим источником энергии более 40 лет, считают китайские ученые.