Мировая энергетическая революция. Как возобновляемые источники энергии изменят наш мир - Владимир Сидорович

Таким образом, особенностью солнечной энергетики является ее распределенный характер – возможность безопасной, бесшумной и экологически чистой генерации солнечного электричества непосредственно в месте потребления без присущей традиционной энергетике необходимости создания инфраструктуры по доставке сырья и капиталоемкого строительства протяженных линий электропередач.

При этом, разумеется, наряду с миллионами малых «индивидуальных» станций существуют и крупные формы – в мире действуют также и гигантские фотоэлектрические парки. Две крупнейшие в мире солнечные электростанции находятся в штате Калифорния, США. Topaz Solar Farm (введена в 2014 г.) и Desert Sunlight Solar Farm (2015 г.), каждая из которых обладает установленной мощностью 550 МВт, обеспечиваемой миллионами фотоэлектрических модулей. Крупнейшая европейская солнечная электростанция, Senftenberg Solarpark (мощность 166 МВт), расположена в Германии. Планы мирового первенства в данной сфере в последние годы вынашивает Китай, заявляющий о планах строительства фотоэлектрического гиганта в 2000 МВт.

Нынешние размеры промышленной солнечной генерации еще раз подчеркивают динамику развития мировой возобновляемой энергетики – какие-то десять лет назад мощность крупнейшей фотоэлектрической электростанции (Bavaria Solarpark в Германии) составляла всего 6,3 МВт.

В России солнечная энергетика находится в зачаточном состоянии. В течение последних лет были созданы рамочные условия для развития солнечной (фотоэлектрической) генерации и уже реализованы проекты электростанций промышленного масштаба. В 2014 г. введена в строй Кош-Агачская солнечная электростанция на Алтае мощностью 5 МВт, крупнейшая в России на сегодняшний день (не считая полученных «в наследство» солнечных электростанций в Крыму). До 2020 г. планируется построить еще несколько сотен мегаватт фотоэлектрических генерирующих мощностей. Правовые условия для распределенной (частной) солнечной генерации в России не созданы.

Для производства солнечного электричества исключительно в крупных промышленных масштабах, сопоставимых по размерам с традиционной тепловой генерацией, используется солнечная тепловая (гелиотермальная) электроэнергетика (концентрированная солнечная энергетика – CSP), которая преобразует солнечное излучение иначе, чем фотоэлектрика.

Мы знакомы с принципом действия CSP с детства. Помните, как ловили солнечный луч лупой? Предметы, поднесенные под линзу, начинали плавиться, дымиться или даже возгораться. Любители истории, возможно, помнят легенду, по которой знаменитый Архимед оборонял родные Сиракузы с помощью концентрированных солнечных лучей. «Когда римские корабли находились на расстоянии полета стрелы, Архимед стал действовать шестиугольным зеркалом, составленным из небольших четырехугольных зеркал, которые можно было двигать при помощи шарниров и металлических планок. Он установил это зеркало так, чтобы оно пересекалось в середине зимней и летней солнечными линиями, и поэтому принятые этим зеркалом солнечные лучи, отражаясь, создавали жар, который обращал суда римлян в пепел, хотя они находились на расстоянии полета стрелы», – пишет историк[64]. В 1973 г. греческий ученый д-р Иоаннис Саккас, пытаясь понять, мог ли Архимед действительно разрушить римский флот в 212 г. до н. э., выстроил 60 греческих моряков, каждый из которых держал продолговатое зеркало и направлял отраженный солнечный свет в одну точку – на изготовленный из фанеры и просмоленный силуэт корабля, расположенный в 160 м. Корабль загорелся через несколько минут, однако историки продолжают сомневаться в истории Архимеда.

Тем не менее описанный принцип используют сегодня в гелиотермальной энергетике. Установленные на большой территории зеркала-гелиостаты, поворачивающиеся вслед за Солнцем, сводят солнечные лучи в один пучок, направляя его на емкость с теплоносителем, в качестве которого обычно выступает вода. Дальше процесс происходит так же, как на обычных ТЭС: вода нагревается, закипает, превращается в пар, пар приводит в движение тепловой двигатель (обычно паровую турбину), турбина вращает ротор генератора, который вырабатывает электричество.

В настоящее время в данной области лидируют Испания и США, а ведь когда-то, сейчас сложно в это поверить, одним из технологических лидеров направления была Россия (точнее, СССР). В 1986 г., когда вся установленная в мире мощность солнечной генерации составляла всего 21 МВт, вступила в строй Крымская солнечная электростанция мощностью 5 МВт, работающая именно по принципу CSP. Увы, она была закрыта и разрушена в 90-х гг. ХХ века. Насколько передовой была технология – свидетельствует тот факт, что в то время существовала только одна подобная электростанция – первая и вторая очередь расположенного в Калифорнии комплекса Solar Energy Generating Systems (SEGS), и до 2005 г., помимо SEGS, в мире подобные электростанции не строились. С тех пор установленная в мире мощность CSP выросла до 4,8 ГВт[65] (причем основной рост начался в 2009 г. и существенная часть, 0,9 ГВт, была добавлена в 2014 г.), что составляет примерно всего лишь 1/40 часть мощности фотоэлектрической генерации.

Очевидно, гелиотермальная электроэнергетика конкурирует не только с углеводородной генерацией, но и с основным на сегодняшний день видом солнечной энергетики – фотоэлектрикой. Стремительное падение цены на солнечные модули давит на инвесторов в солнечное тепловое электричество. Именно по причине «неконкурентоспособности по сравнению с фотоэлектрикой» компания Google, ранее вкладывавшаяся в CSP, в ноябре 2011 г. отказалась от дальнейших инвестиций[66]. Действительно, удельные капитальные затраты ($3550–8760 на киловатт установленной мощности), а также приведенная стоимость производства электричества (LCOE), лежащая в границах $0,20–0,35 на киловатт-час[67], пока превышают соответствующие показатели как углеводородной, так и фотоэлектрической генерации, где отдельные проекты промышленного масштаба показывают LCOE менее $0,08 на киловатт-час[68].

В то же время развитие технологий и удешевление оборудования не обходит стороной и сферу солнечного теплового электричества. Кроме того, существенным преимуществом CSP является наличие накопителя тепловой энергии, который используется в большинстве проектов и с помощью которого значительно повышается коэффициент использования установленной мощности электростанции. Такой аккумулятор энергии, в котором на сегодняшний день в большинстве случаев используется расплавленная соль, позволяет выдавать электричество в утренние и вечерние часы или даже ночью, когда фотоэлектрика «спит».