Солнечная энергия: все больше, все дешевле

08.07.2020

8minute Solar Energy построит солнечные электростанции с системой накопления энергии.

8minute Solar Energy, крупнейшая частная компания по производству солнечных батарей и систем накопления энергии в США, получила разрешение на строительство системы хранения энергии к северу от Лос-Анджелеса. Компания планирует построить солнечные электростанции общей мощностью 18 ГВт.

8minute Solar Energy была первой из компаний, которые начали поставлять «дешевую» солнечную энергию по цене не выше стоимости обычного электричества. Новые станции позволят обеспечить электричеством около 20 млн человек.

Все солнечные электростанции будут оснащены новыми высокотехнологичными установками для хранения и накопления солнечной энергии — solar-plus-storage. Это позволит станциям работать без перегрузок в моменты высокой загруженности электросети.

Михаил Сурков, доцент отделения электроэнергетики и электротехники Томского политехнического университета (ТПУ):

— В данном случае идет речь о некотором среднем значении потребления электроэнергии человеком, и это среднее значение за год рассматриваемая электростанция вполне может обеспечить. Тем не менее выступать в качестве самостоятельного источника энергии (без соединения с традиционными ТЭЦ, АЭС и т. п.) с конкурентоспособной ценой производства электроэнергии солнечная электростанция вряд ли сможет.

Накопители электроэнергии, несомненно, расширяют возможности применения солнечной энергии, повышают стабильность и надежность электроснабжения. Обратной стороной технологии является стоимость оборудования, а также проблемы с дальнейшей утилизацией накопителей электроэнергии. В настоящий момент накопители электроэнергии наиболее целесообразно применять в автономных и изолированных системах электроснабжения, в качестве источников электроэнергии в которых выступают возобновляемые энергоресурсы (в основном солнце, ветер).

Сегодня накопители электроэнергии — одна из самых динамично развивающихся областей энергетики. В нее вкладываются значительные финансовые средства и прилагаются большие усилия по разработке новых и модернизации существующих технологий накопления электроэнергии. Однако пока что совокупная эффективность систем накопления энергии, а значит, и конечная стоимость накопленной энергии не позволяют быть накопителям в полной мере конкурентоспособной технологией на промышленном рынке электроэнергии наряду с ТЭЦ, ГЭС, АЭС.

С учетом стремительного развития технологий в будущем, без сомнения, нас ожидают надежные и экономичные решения для хранения энергии.

Александр Бобыль, профессор кафедры фотоники СПбГЭТУ ЛЭТИ, доктор физико-математических наук, лауреат премии правительства России в области науки и техники (2018):

— В настоящее время возобновляемая энергетика строится на комбинации источников энергии различных типов, объединенных в единую систему, что существенно повышает ее надежность. В сочетании с другими источниками планируемая к развертыванию сеть солнечных электростанций вполне способна обеспечить электроэнергией 20 млн человек.

По мере масштабирования сети стабильность и надежность, безусловно, возрастают, так как связанное с погодными условиями уменьшение генерации солнечной

электростанции в одной географической точке компенсируется ее увеличением в другой. Кроме того, возможен обмен электроэнергией с общенациональной энергосистемой, что, однако, требует развитого законодательства в этой области.

Для солнечных электростанций мощностью более 1 ГВт наиболее эффективны гидроаккумулирующие системы, которые способны нивелировать суточные колебания генерации и потребления электроэнергии. Гидроаккумуляторы экологичны и имеют достаточно высокий КПД. В таких системах избыточная энергия используется для перекачки воды из более низкого резервуара в более высокий, а при возникновении дефицита вода поступает обратно в нижний резервуар через гидравлическую турбину, вырабатывающую электричество.

Евгений Соломин, доктор технических наук, профессор кафедры «Электрические станции, сети и системы электроснабжения» энергетического факультета Политехнического института Южно-Уральского государственного университета:

— На сегодняшний день Соединенные Штаты располагают более чем 50 ГВт электростанций на солнечной энергии с выработкой около 70 ТВт·ч (тераватт) в год, что составляет 1,66% национального энергобаланса (то есть общей выработки электроэнергии всеми электростанциями США). Таким образом, появление еще одной крупной электростанции не является принципиально новым событием в Новом Свете.

С учетом того, что американцы потребляют в среднем 12071 кВт·ч на душу населения в год (в РФ — 7481 кВт·ч в год), легко посчитать, что новая электростанция сможет обеспечить выработку электроэнергии около 25 ТВт·ч в год, что будет достаточно для электроснабжения 2 млн американцев (не 20 млн, как утверждалось в статье). Однако если такую электростанцию установить в Ираке (с энергопотреблением 1101 кВт·ч в год на душу населения), то ее энергии хватит на 20 млн человек.

Электроэнергия, вырабатываемая солнечными электростанциями, уже давно является относительно недорогой и надежной. Ее стоимость в среднем составляет $0,068 (4,76 руб.) за 1 кВт·ч на мировом оптовом рынке, что является доступным для промышленных предприятий. Для населения такая цифра пока несколько велика, однако скоро и она будет конкурентоспособной, поскольку цены на электроэнергию от углеводородных генераторов неизменно росли, растут и будут расти и далее. А цены на зеленую энергию, наоборот, падают с удивительной скоростью: только за последние десять лет они упали на 75%. Дальнейшие прогнозы свидетельствуют о дальнейшем падении еще на 50% к текущим ценам до 2050 года.

В ряде солнечных регионов приход солнечной радиации стабилен и предсказуем. Единственной проблемой, которая тормозит еще более быстрый рост солнечных электростанций, является периодичность генерации мощности. Очевидно, что электростанция ночью не работает, более того, подвержена значительным снижениям выработки в периоды непогоды. Однако электростанцию можно спроектировать таким образом, чтобы ее определенная часть работала в солнечные часы в том числе и на зарядку аккумуляторов, которые можно было бы эксплуатировать в ночное время, когда, к слову сказать, энергопотребление значительно (на 50–90%) ниже. Поэтому в предложении компании создать электростанцию с накопителями нет ничего сверхъестественного, наоборот, это логичное и своевременное техническое решение, хотя и несколько смелое. Дело в том, что при сегодняшнем многообразии и конкуренции накопителей электроэнергии проблема с периодическими обслуживаниями и выходом из строя компонентов никуда не делась — она, как и всегда, актуальна. Сегодня главными конкурентами в области крупных накопителей энергии являются литий-ионные технологии и супермаховики (здесь имеются в виду промышленно испытанные серийные продукты, поэтому такие технологии, как водород, проточные технологии и т. д., не рассматриваются). Литий-ионные аккумуляторы являются достаточно новыми, но уже успешно конкурируют со свинцово-кислотными, щелочными и т. д. батареями как в плане массогабаритных характеристик, так и удобства работы, причем как в персональном применении, так и в промышленном. Срок эксплуатации и количество циклов зарядов-разрядов превышает десятки тысяч. Однако у супермаховиков (механических накопителей энергии) эти цифры могут быть на несколько порядков больше, поэтому исследования в этих областях не только не прекращаются, но и входят в стадию испытания опытных образцов. Основные разработки ведутся в США, Японии, Китае, Канаде. Успехи, достигнутые учеными, порой поражают. Поэтому можно с уверенностью сказать, что через 10–20 лет мощные аккумуляторы уже не будут чем-то удивительным, ведь еще даже 5–10 лет назад нельзя было представить, что кто-то может поехать на электросамокате на работу… А сегодня это является нормой.

С учетом того, что Европа в целом уже получает 34% энергии от возобновляемых источников, некоторые страны (Швеция, Дания, Исландия) превысили порог в 50%, а к 2050 году Япония, Дания и ряд городов Евросоюза планируют перейти на стопроцентное энергоснабжение, данные тенденции не новы. Поэтому и в России также необходимо стремиться к зеленым технологиям, реализовывать смелые проекты и смотреть в светлое будущее без дымовых труб.

Сергей Макаров, доктор физико-математических наук, руководитель лаборатории гибридной нанофотоники и оптоэлектроники Университета ИТМО:

— В целом заявленная мощность эквивалентна примерно четырем ленинградским АЭС. Дневная выработка на одного человека будет около 10 кВт·ч. В России средний дневной расход на одного человека — около 2–4 кВт·ч. Так что цифры в целом реалистичные.

В Калифорнии уровень инсоляции примерно в два раза выше, чем в средней полосе России. Хотя южные регионы России уже близки по этому показателю к югу США. Поэтому такие технологии выработки энергии применимы для большинства стран и регионов мира. Например, даже на Туманном Альбионе еще в мае 2017 года около 24,3% от общего спроса на электроэнергию удалось покрыть за счет солнечной энергии.

Системы хранения солнечной энергии представляют собой в основном литий-ионные батареи. Непрерывно оптимизируется их долговечность, емкость и вес. Например, имеющиеся технологии на рынке позволяют зарядить в ясный день портативный Power Bank для гаджетов от небольшой портативной солнечной батареи примерно за шесть часов.

Источник: Коммерсантъ