Солнце и ветер меняют мировую энергетику

С. Шовкопляс

Результаты мировой энергетики за первое полугодие 2018 г. показали, что преодолен важный психологический и технологический порог – сейчас в мире установлено более триллиона ватт установленной мощности, генерирующей энергию из солнца и ветра. Это означает, что мировая энергетическая карта бесповоротно изменилась

В опубликованном отчете New Energy Outlook 2018, составленном аналитическим центром Bloomberg New Energy Finance (BNEF) по результатам данных за первое полугодие, приводится график, который облетел буквально весь мир (см. рис. 1). К середине 2018 г. в мире установлена мощность генерации на солнечных и ветровых станциях, превышающая 1 тераватт. После этого трудно найти скептиков, которые не осознают, что за зеленой энергетикой – будущее.

Рис. 1. Установленная мощность солнечных и ветровых установок в мире, 2000-2018 гг.,
Источник: Bloomberg New Energy Finance, New Energy Outlook 2018

Полученные результаты иллюстрируют масштабы нынешнего глобального бума зеленой энергетики. Для первого тераватта было привлечено $2,3 трлн инвестиций в ветровые и солнечные станции, а всего на ВИЭ с 2004 г. было затрачено $2,9 трлн. Второй «солнечно-ветровой» тераватт будет получен гораздо быстрее и почти вдвое дешевле. По оценкам BNEF за счет продолжающегося снижения стоимости этих двух технологий следующий тераватт мощности обойдется около $1,23 трлн и будет построен к 2023 г. «Один тераватт – потрясающее достижение для солнечной и ветроэнергетики, но мы точно знаем, что это только начало», – прокомментировал Альберт Чьйонг, лондонский аналитик BNEF.

Сейчас происходит «соревнование» тенденций – вложения в зеленую энергетику продолжают расти, но при этом сами технологии обходятся намного дешевле, чем раньше, и кажется, что вложения замедляются. Просто ту же самую установленную мощность теперь можно построить за гораздо меньшую сумму. Уточненная в 2018 г. статистика показала, что глобальные инвестиции в ВИЭ за 2016 г. составили $325 млрд, что было на 10% меньше, чем в 2015 г., но они добавили в мировую энергетику 138,5 ГВт новой установленной мощности, т. е. на 9% больше, чем в 2015 г. ( 127,5 ГВт). То есть средние общие затраты на производство каждого МВт энергии для солнечных и ветростанций за последнее время уменьшились примерно на 20%. Мировая мощность солнечных и ветровых станций удвоилась всего за пять последних лет.

Уточненные данные глобального инвестирования в ВИЭ (см. рис. 2) показывают, что, несмотря на периодические колебания, «бычий тренд» продолжается. Показатели за 2017 г. сейчас оцениваются суммой инвестиций $333 млрд, а диаграмма на рис. 1 демонстрирует экспоненциальный прирост новой установленной мощности.

Рис. 2. Темпы новых мировых инвестиций в ВИЭ, 2004-2017 гг., млрд. USD.
Источник: Bloomberg New Energy Finance, New Energy Outlook 2018

Показательно, что за последние 10 лет сумма ежегодных новых вложений в зеленую энергетику не была меньше $200 млрд. Согласно данным, приведенным в отчете «New Energy Outlook 2018», за период между 2018 и 2050 гг. на новые мощности по производству электроэнергии в мире будет направлено $11,5 трлн, из которых $8,4 трлн вложат в ветер и солнце, а еще $1,5 трлн – в другие технологии с нулевым выбросом парниковых газов (на гидро- и ядерные станции). На рис. 3 приводится распределение мировых инвестиций в новые мощности электрогенерации по регионам планеты до 2050 г.

Рис. 3. Инвестиции в энергетику по регионам мира с 2017 по 2050 гг. (трлн USD по курсу2017 г.).
Источник: Bloomberg New Energy Finance, New Energy Outlook 2018

Устойчивые перспективы

Анализ показателей за последние 5 лет показывает в некоторых регионах неравномерный, буквально взрывной характер инвестирования в ВИЭ. Например, это рост в Мексике на 810%, или впечатляющий 29-кратный прирост инвестиций в солнце и ветер в Объединенных Арабских Эмиратах. Саудовская Аравия, стремясь угнаться за соседями, объявила о совместных планах с японским SoftBank о создании солнечных парков на 220 ГВт – то есть, это эквивалентно почти половине мощности ныне существующих солнечных батарей во всем мире. Даже если этот план будет реализован всего на четверть, это полностью изменит энергетический ландшафт региона.

В прошлом году Китай добавил 53 ГВт солнечной энергетики – примерно половину прибавки новой мощности во всем мире. Будущее инвестиций в Европе и в обеих Америках – планомерное, последовательное и неотвратимое движение к замещению ископаемого топлива на возобновляемые источники. Регион «Азия-пасифик» ожидает огромный рост, см. рис. 3. С учетом нынешних уровней имплементации новых источников энергии, к 2050 г. все виды ВИЭ обеспечат 87% электроэнергии в Европе (причем доминирующую роль играет ветер и солнечная энергия), 55% – в США, 62% – в Китае и 75% – в Индии.

Рис. 4. Структура мировой энергетики – состояние и прогноз, 1970-2050 гг.
Источник: Bloomberg New Energy Finance, New Energy Outlook 2018

«50 на 50»

Дешевая возобновляемая энергия и развитие технологии батарейных хранилищ энергии принципиально меняют структуру мировой электроэнергетики. Аналитики BNEF уверены, что нас всех ждет переход от двух третей ископаемого топлива в 2018 г. до двух третей возобновляемой энергии в 2050 г., см. рис. 4.

К 2050 г. ветровая и солнечная технологии покроют почти 50% общей потребности в электроэнергии во всем мире, а с учетом использования гидроэнергетических, ядерных и других ВИЭ мировая «безуглеродная» электрогенерация достигнет 71%. По сравнению с 63% сегодня, к 2050 г. ожидается, что только 29% производства электроэнергии во всем мире будет получено в результате сжигания ископаемого топлива.

Соотношение солнца и ветра к 2050 г. тоже составит «50 на 50». Ожидается дальнейшее удешевление и солнечной, и ветровой генерации. Солнце и ветер уже дешевле, чем строительство новых крупномасштабных угольных и газовых заводов.

Батареи также резко снижают стоимость. Особенное распространение получат специальные выделенные крупные хранилища энергии (ESS) для балансировки сети и гашения пиков потребления – их емкость вырастет почти в шесть раз, и к 2050 г. она увеличится до 15% от всей общей мощности мировой энергосистемы. Электроаккумуляторы к этому времени среди всех видов ESS составят около 44% (причем 70% новой вводимой мощности устройств хранения к 2050 г. составят именно электробатареи). Остальные устройства, оперативно регулирующие сеть и пиковое потребление, – это устройства перераспределения потоков энергии из других регионов и газовые станции.

Несмотря на рост общей установленной мощности и увеличение спроса на энергию, потребление газа для производства электроэнергии до 2050 г. вырастет очень незначительно. Все больше и больше объектов, работающих на газе, будут либо выделенными быстродействующими компенсирующими «разгонными» мощностями, либо будут работать в «тлеющем» режиме специально для быстрой балансировки неравномерности генерации от переменных ВИЭ, а не работать на полную круглые сутки, как сейчас. После 2040 г. ожидается резкое сокращение потребления газа в Европе, серьезный рост в Китае и значительное увеличение потребления газа в Индии.

В Европе, где к 2050 г. ВИЭ обеспечат 87% электроэнергии, изменится вся структура энергетики. Она будет построена на основе VRE – переменных возобновляемых источниках энергии – с гибкой компенсацией неравномерности генерации в основном за счет ESS. В Германии стремительные изменения произойдут уже к 2025 году, когда доля угля и газа в энергетике сократится на 29%, произойдет полная ликвидация атомных станций, при этом уровень ВИЭ в электрогенерации превысит 70%. К 2050 г. в структуре электрогенерации Германии 74% займут солнце и ветер, всего ВИЭ составят 84% энергетики. Тем не менее, из-за масштабов экономики Германия и к 2050-му году по-прежнему останется самым крупным эмитентом парниковых газов в Европе.

Развитие ВИЭ помимо экологических проблем, также решает и социальные вопросы. Парадокс в том, что индустрия ВИЭ создает новые рабочие места интенсивнее других. Например, мало кто знает, что даже при нынешнем уровне применения ВИЭ, в США в этой отрасли в настоящее время задействовано более 800 000 американцев по сравнению с 85000 работников, продолжающих трудиться в довольно мощной угольной промышленности.

Сценарий будущего изменения структуры энергетики учитывает рост числа электромобилей (EV). В агентстве BNEF прогнозируют, что к 2050 г. EV добавят 3 461 тераватт·часов дополнительной мировой потребности в электроэнергии. Но ожидается, что примерно половина этого спроса будет покрываться за счет дополнительного же прироста ВИЭ, при этом сами электромобили будут заряжаться в то время суток, когда есть избыток энергии из ВИЭ.

Вектор цен – вниз

На развитие индустрии солнечной энергетики по-прежнему будет влиять снижение стоимости технологий. На рис. 5 показан логарифмический график снижения цен на PV-модули из кристаллического кремния (c-Si), составляющего основу мировой солнечной генерации, пересчитанный по курсу доллара США на июль 2018 г.

Рис. 5. Мировые цены на кристаллические PV-модули, 1976-2018 гг.
Источник: Bloomberg New Energy Finance, New Energy Outlook 2018

Начиная с 2004 г. мировые цены на c-Si-панели начал формировать Китай. Снижение цен при массовом выпуске панелей положительно повлияло на распространение фотовольтаической технологии. Масштабное производство солнечных панелей в Китае привело к общемировому снижению цен на PV-модули, а это в свою очередь побудило, например, Индию приступить к реализации своих мега-проектов.

Уровень фактических оптовых цен PV-модулей на первое полугодие 2018 г. составляет менее 0,2 $/Вт. Стоимость средней PV-установки к 2050 году упадет еще на 71%. Энергия ветра также становится дешевле – ожидается, что к 2050 году ее цена снизится на 58%. Второй фактор, который приводит к глобальной имплементации солнечной и ветровой энергетики – удешевление аккумуляторов электроэнергии (батарей). По-прежнему технология Li-ion будет определяющей для расширенного применения малых (домашних) и коммунальных VRE-генераторов. Их удобство, емкость и срок службы при достижении приемлемой цены станет ведущим фактором распространения распределенных локальных систем энергоснабжения, а также автономных систем.

Рис. 6 иллюстрирует уровень ожидаемых цен на Li-ion-хранилища к 2025 и 2030 гг. Менее чем за 10 лет их цена за $/кВт·ч снизится от нынешнего уровня более чем вдвое. Хотя уменьшение стоимости батарейных хранилищ энергии способствует распространению малой возобновляемой энергетики, все же эксперты считают, что без целенаправленной политики государственной поддержки и стимулирования приобретения батарей для домашних и малых ВИЭ-систем (подобно «зеленому тарифу») в ближайшее время не удастся добиться их массового распространения.

Рис. 6. Мировые цены на Li-ion батареи, состояние и прогноз, 2010-2030 гг.
Источник: Bloomberg New Energy Finance, New Energy Outlook 2018

Перераспределение энергопотоков

Модель измененной электроэнергетики, базирующейся на переменных ВИЭ (в основном – солнце и ветер) предполагает, что огромную роль в ней станут играть системы хранения ESS, которые смогут поглотить пики перегенерации и выровнять пики суточного потребления, когда VRE по естественным причинам снижают мощность. Причем ESS будут применяться на всех уровнях – от домашних до локальных, региональных и континентальных систем. Эксперты BNEF приводят типовой график энергопотребления, который будет характерен как для дома, предприятия, района, так и для энергосистемы целой страны, см. рис. 7.

Рис. 7. Типовой среднесуточный график генерации энергии от солнца, ветра, батарей и других источников, ГВт.
Источник: Bloomberg New Energy Finance, New Energy Outlook 2018

«Недопроизводство» энергии от VRE берет на себя подача энергии, накопленной в батареях в моменты максимальной генерации от ВИЭ. До тех пор, пока будет сохраняться экономическая целесообразность генерации из ископаемого топлива, часть энергии будет продолжать производиться и на них. Однако с каждым годом эта доля будет неуклонно снижаться.

Интеграция разных источников генерации из ВИЭ, объединенных вместе с системами хранения – модель будущей структуры глобальной энергетики. Однако чтобы полностью преодолеть нынешнюю углеродную зависимость и продолжать двигаться дальше, несмотря на очевидные успехи развития ВИЭ, еще предстоит приложить огромные усилия.

Більше важливих статей і новин в Telegram-каналі та корисні відео на Youtube-каналі та у TikTok.  Долучайтесь!

Переглянуто: 3 052