Солнечная энергетика — крупнейший энергетический сектор ближайшего будущего

Учёные из 27 научных институтов и промышленных компаний написали статью «Фотовольтаика терраватного размера: трансформация глобальной энергетики», которая опубликована в журнале Science.

В статье говорится о том, что фотоэлектрическая солнечная энергетика способна радикально поменять глобальный энергетический рынок, а именно, обеспечивать, уже в обозримом будущем, львиную долю потребления энергии на земле. Для этого потребуется развитие дополняющих солнечную энергетику технологий, которые также рассматриваются в работе.

Солнечные ресурсы колоссальны и неисчерпаемы, имеются везде, а выработка солнечных электростанций предсказуема, говорится в статье.

Установленная мощность солнечных фотоэлектрических электростанций на Земле превысила 500 ГВт (гигаватт) в конце 2018 года, и, согласно прогнозам, следующие 500 ГВт будут установлены к 2022–2023 годам. Мы вступим в эру солнечной энергетики «терраватного масштаба» (1 тераватт равен 1000 гигаватт).

«Стремительный рост солнечной энергетики застал наблюдателей, включая многих из нас, врасплох», — пишут авторы. Два года назад мы концентрировались на задачах по достижению от 3 до 10 ТВт к 2030 году. Теперь мы предвидим будущее, в котором к 2030 году установлено ~10 ТВт, а к 2050 году — от 30 до 70 ТВт, обеспечивающие большую часть мировой энергии. Фотовольтаика будет не только крупнейшим производителем электричества, но и ключевым поставщиком энергии во все сегменты глобальной энергетической системы.

Сценарии развития обобщены на следующих графиках. Слева изображены прогнозы конечного потребления энергии и выработки электроэнергии на Земле, а справа — возможности солнечной энергетики обеспечивать это потребление:

Для столь масштабного развертывания солнечной энергетики потребуются серьезные изменения в ряде «смежных областей». Авторы рассматривают пять направлений.

Интеграция в энергосистему и силовая электроника

С ростом доли фотоэлектрической энергетики в системе, солнечные электростанции все чаще предоставляют услуги по надежности, такие как регулирование напряжения и частоты. Для этой цели было разработано новое поколение фотоэлектрических инверторов. При очень высокой доле фотовольтаики будут использоваться новые технологии, такие как виртуальные контроллеры колебаний (virtual oscillation controllers), а связь солнечных электростанций с накопителями энергии позволит создать надежные и отказоустойчивые системы.

Системы хранения энергии

За последние восемь лет цена на литий-ионные аккумуляторы снизилась на 80 процентов, и ожидается дальнейшее её снижение из-за увеличения производственных мощностей и технологических достижений. В то же время научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы, а также промышленность работают над созданием новых экономически эффективных материалов с более высокой плотностью энергии в качестве альтернативы литий-ионным батареям. Также на стоит сбрасывать со счетов гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС), для которых в мире существует значительный технический потенциал, и которые могут обеспечивать как краткосрочное реагирование, так и длительное хранение энергии с низкими затратами.

Взаимодействие секторов потребления энергии

Транспорт и теплоснабжение — крупнейшие потребители ископаемого топлива. Их электрификация может радикально повысить объемы использования ВИЭ (подходы см., например, в статье «Европейская электроэнергетика хочет ускоренно электрифицировать экономику»).

Дешевая солнечная электроэнергия может быть использована для производства водорода и аммиака, благодаря чему такие отрасли, как производство стали, железа и удобрений, смогут сократить выбросы парниковых газов.

Энергия-Х/Газ (Power—to-Х/Gas)

Для производства водорода, метана и других углеводородов можно использовать дешевое ветровое и солнечное электричество. Затем это сырьё может быть использовано в качестве синтетического топлива и химикатов для промышленных процессов. Благодаря использованию технологий преобразования энергии в газ или другие субстанции, колоссальные объемы в солнечной и ветровой энергии могут храниться в качестве химического топлива в течение длительных периодов времени. Исследователи видят здесь большой потенциал для роста эффективности и снижения затрат.

НИОКР и производство

По мнению экспертов, «кривая обучения» в фотовольтаике — которая за последние 40 лет отображала снижение затрат на модули на 23 процента на каждое удвоение установленной мощности — будет продолжена дальше. Прогресс (в плане экономики и эффективности) отмечается как в кремниевых технологиях, на долю которых приходится 95 процентов мирового рынка, так и в тонкоплёночных и многопереходных элементах.

Увеличение объемов производства требует новых усилий в области НИОКР. Достаточность материалов (особенно потребление серебра), долговечность и утилизация становятся предметом особого внимания, когда мы смотрим на солнечную энергетику тераваттного масштаба.

Авторы заключают, что солнечная энергетика обладает достаточным потенциалом, чтобы играть центральную роль в будущей глобальной энергетической системе.

-------------------------------------------------------------------

Хотите оперативно узнавать о выходе других полезных материалов на сайте "ГИС-Профи"?
Подписывайтесь на нашу страницу в Facebook.
Ставьте отметку "Нравится", и актуальная информация о важнейших событиях в энергетике России и мира появится в Вашей личной новостной ленте в социальной сети.