Страница 11 из 17
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.
Однако вплоть до сегодняшнего дня у технологии CSP есть синдикат сторонников, которых можно найти и в международном энергетическом агентстве (МЭА) в Париже. Среди них числится «Гринпис» и даже одно время «Google» записался в их ряды, хотя позже вышел из проекта CSP. Есть у них и своя ассоциация – Европейская ассоциация солнечно-теплового электричества (European Solar Thermal Electricity Association, ES TEA).
Но в, отличие от проектов PV, у которых есть тысячи производителей, а мест для инсталляции существует великое множество, производителей CSP немного, так же, впрочем, как и мест в мире, подходящих для их установки. Термальная станция «Абенгоа» в Испании была мировым лидером, которого в 2010 году хвалил даже президент Обама; это неудивительно, если учесть, что гарантия на кредит в размере 2,9 млрд долл. от правительства США была получена этим проектом именно во время его президентства. До недавнего времени технология CSP занимала 25 % рынка всех солнечных электростанций по всему миру. Но из баловня энергетической индустрии она катастрофически быстро превратилась в финансового инвалида – потеря 1,3 млрд долл. в 2015 году обесценила рыночную стоимость проектов сразу в 10 раз. Сегодня деловая активность на CSP затухает.
Исторически Испания была пионером в CSP. В период с 2010 по 2013 год было установлено 30 станций мощностью от 50 до 200 МВт каждая. К 2017 году Испания должна была установить еще 2,3 ГВт CSP, но после 2013 года дело не продвинулось вперед ни на шаг. Испанские предприятия CSP выработали в 2016 году в сумме 5 ТВт·ч электроэнергии, что соответствует удельной мощности около 2,1 кВт·ч на ватт установленной мощности в год – это близко к среднегодовым показателям фотоэлектрических установок (PV) в этой стране. Тем не менее, когда Испания в 2013 году прекратила всякую поддержку солнечной энергии, как по CSP, так и по PV-технологии, для первой это оказалось фатальным, тогда как вторая продолжила самостоятельное развитие.
Следом за Испанией в инвестирование в CSP включились Марокко, ЮАР, Абу-Даби и Раджастхан в Индии. Станции «Noor I», «Noor II» и «Noor III» в Марокко достаточно крупные, строительство последней завершено в 2017 году. Вместе они имеют установленную мощность 500 МВт, а их строительство обошлись в 2 млрд евро. Правительство продает электроэнергию по 19 центов за киловатт-час. Строительство финансировалось за счет государственных средств, немецкого KfW-банка, французского агентства развития AFD, банка ЕС – BEI и Африканского банка развития. Уже начато строительство «Noor IV», однако этот проект уже переключился на технологию PV.
Существуют три типа технологий для реализации CSP. Лидирующей разновидностью являются параболические концентраторы, применяемые на 90 % станций в мире, далее следуют башенные электростанции (солнечная печь на башне, окруженной зеркалами) и, наконец, линзы Френеля (их, в частности, планировалось использовать в несостоявшемся проекте Роснано в России).
Помимо Испании величайшими энтузиастами технологии CSP стали Соединенные Штаты. В настоящее время в США работает несколько станций по 250 МВт, имеющие суммарную мощность 1,74 ГВт. Например, вторая в мире по величине станция на технологии CSP – это проект IVANPAH в пустыне Мохаве в Калифорнии, состоящий из трех башен с суммарной установленной мощностью 390 МВт. Проект был реализован «Bright Source» и «Bechtel» и стоил 2,2 млрд долл. Строительство велось в кредит под правительственную гарантию в размере 1,6 млрд. Запуск состоялся в феврале 2014 года. Позднее агентство «Associated Press» сообщило, что станция произвела в том году только половину ожидаемого объема электричества.
Но надо сказать, что за кулисами событий именно Германия была великим промоутером технологии CSP. Группы в Национальном центре аэрокосмических, энергетических и транспортных исследований Германии (DLR-центр) и Юлихском ядерном исследовательском центре в сотрудничестве с Центром Солнца в Альмерии, Испания, давно вели исследовательскую работу по концентраторному направлению. Однако, поскольку в Германии не слишком подходящий климат для установки этого типа станций, родилась идея проекта по постройке крупнейшей в мире системы солнечных электростанций в Сахаре – «DESERTEC». Эта концепция предполагала установку крупных CSP-станций в Северной Африке с последующей передачей произведенной электроэнергии в Германию по линии постоянного тока. Несмотря на то, что это была абсолютно сумасшедшая идея со многих точек зрения, она, тем не менее, получила большую поддержку от некоторых солнечных энтузиастов в Германии. Бюджет проекта, составленный в 2009 году, был невероятным – 400 млрд евро. Для его реализации в Германии была создана компания «Solar Mille