Статья ВАК: О развитии солнечной энергетики в мире и в России

«Энергетическая стратегия РФ на период до 2030 года» предусматривает рост производства электроэнергии в России почти в два раза — до 1800–2200 млрд кВт·ч в год. При этом общая установленная мощность электростанций должна будет также почти удвоиться и составить 355–445 ГВт. А в связи с необходимостью вывода из эксплуатации большого количества отслужившего свой срок оборудования на существующих электростанциях, должен быть обеспечен весьма значительный суммарный рост генерирующих мощностей.

При планировании создания новых генерирующих мощностей возникают следующие вопросы:

1. Что более рационально и перспективно — развитие централизованной или распределённой генерации?

2. Следует ли далее развивать традиционные энергетические технологии со всеми присущими им достоинствами и недостатками или планировать преимущественное развитие новых экономически и экологически более эффективных способов генерации с использованием возобновляемых источников энергии (ВИЭ)?

Ещё несколько лет назад эти вопросы серьёзно не ставились. Однако, в связи с интенсивным развитием в мире технологий с ВИЭ и успешным решением ряда проблем с эффективным аккумулированием больших количеств электрической энергии [1], игнорировать поставленные вопросы недопустимо. В процессе реконструкции и технического перевооружения энергетики необходимо уделить пристальное внимание использованию ВИЭ.

По оценкам специалистов, к 2035 году в России мощность электростанций, работающих на ВИЭ, может увеличиться в 15–20 раз, а выработка электроэнергии на них — в 10–15 раз [2]. И, если ранее внедрение возобновляемых источников энергии считалось дорогостоящим и неэкономичным, то, согласно публикациям Европейского Совета по возобновляемой энергетике (European Renewable Energy Council, EREC), уже в 2010–2012 годах возобновляемая энергетика достигла паритета с тепловыми и атомными технологиями [1, 2]. Анализ многочисленных статистических данных по изменениям в мире стоимости электроэнергии, получаемой с помощью различных технологий, позволил институту ОИВТ РАН совместно с ООО «Альянс-ВИЭ» (Ростовна-Дону) выявить закономерности, представленные графически на рис. 1.

По отчётам Всемирного экономического форума, в 2016 году более чем в 30 странах мира возобновляемая энергия стала дешевле или равной по цене с ископаемыми энергоносителями. Среди этих государств — Австралия, Бразилия, Мексика, Чили, Германия, Израиль, Новая Зеландия, Турция, Японию и др. [2]. В этих отчётах отмечено, что солнечная и ветровая энергетика теперь стали вполне конкурентоспособными во многих регионах.

Последние пять-семь лет солнечные технологии демонстрируют уникальные для энергетического сектора темпы роста установленных мощностей — на уровне 30–40 % в год. По этому показателю солнечная энергетика уверенно опережает все остальные энергетические технологии. Такие высокие темпы развития определяются значительным снижением стоимости основного технологического оборудования солнечных электростанций и, в первую очередь, фотоэлектрических модулей (ФЭМ) для прямого преобразования солнечного излучения в электрическую энергию.

Стоимость первых экспериментальных ФЭМ, созданных в США в 1954 году, составляла около $ 250 за 1 Вт [3]. С момента начала серийного производства первых ФЭМ в 1977–1978 годах их стоимость к настоящему времени снизилась более чем в 100 раз (рис. 2). Теперь, по мнению экспертов Аналитического института Prognos (город Базель), строить новые газовые, угольные и атомные электростанции, по крайней мере, в странах ЕС уже не имеет смысла. По прогнозам крупнейшего банка UBS, отказ от строительства традиционных тепловых и атомных электростанций в Европе произойдёт в течение ближайших десяти лет. В азиатских странах инвестиции в сооружение солнечных фотоэлектрических станций (ФЭС), как отмечает General Electric Co., также становятся более выгодными, чем в проекты с традиционными ТЭС. В России, по расчётам, произведённым ООО «АльянсВИЭ», рентабельные фотоэлектрические станции можно уже сегодня без правительственных дотаций строить на юге европейской части России, на Алтае, на юге Сибири, на Дальнем Востоке, на Сахалине. А по мере дальнейшего снижения стоимости ФЭМ сооружение фотоэлектрических станций будет становиться рентабельным и в более северных регионах РФ.

В 2014 году сравнялись стоимости электроэнергии солнечных и ветровых электростанций (рис. 1). После 2015 года уже имеет место более низкая стоимость «солнечной» энергии в сравнении с «ветровой». Это и становится основой опережающего развития солнечной энергетики в перспективе. По оценкам, выполненным аналитиками в 2011 году [4], широкомасштабное развитие солнечной энергетики прогнозировалось к 2035–2040 годам. Однако трёхкратное снижение цен на ФЭМ в настоящее время в сравнении с 2011 годом (рис. 2) и продолжающееся дальнейшее усовершенствование солнечных технологий позволяет внести существенные коррективы в эти прогнозы. Усовершенствование солнечных технологий уже привело к бурному росту объёмов их внедрения (рис. 3). Можно рассчитывать на вытеснение основных энерготехнологий солнечными на большинстве территорий не позже 2025–2030 годов.

Сегодня в мировой практике из «солнечных» технологий наибольшее развитие получили два основных направления, претендующие на широкое развитие в будущем: фотоэлектрическое (Photovoltaic Solar Power, PV); концентрационное (Concentrated Solar Power, CSP).

PV-электроустановки получают преимущественное распространение на территориях со среднегодовым приходом солнечной радиации 900–1500 кВт·ч/м². К таким территориям относятся бóльшая часть Европы и значительная часть России.

CSP-технологии, основанные на нагреве высокотемпературного теплоносителя концентрированным солнечным излучением, используют паротурбинные установки для выработки электроэнергии. Такие технологии до настоящего времени обеспечивали бóльшую эффективность, чем PV, на территориях со среднегодовым приходом солнечной радиации не менее 1600 кВт·ч/м². К этим территориям относятся Испания, бóльшая часть африканского континента, страны Юго-Восточной Азии и экваториальной зоны и др.

Интересно отметить, что первая крупная концентрационная башенная солнечная электростанция — Крымская СЭС-5 номинальной электрической мощностью 5 МВт — была построена в СССР в 1986 году в посёлке Ленино возле города Керчь по совместному проекту институтов ЭНИН им. Г. М. Кржижановского и «Теплоэлектропроект». В то время, когда ФЭМ ещё были непомерно дороги, это было прогрессивным техническим решением для России. Планировалось создание рентабельных СЭС по концентрационным технологиям. Но на практике удовлетворительную эффективность таких СЭС в России реально получить не удалось.

Вместе с тем важным являлся тот факт, что в схеме станции были предусмотрены аккумуляторы тепловой энергии, которые позволяли станции три-четыре часа после захода солнца выдавать полную электрическую мощность и ещё в течение десяти часов — половину номинальной мощности. То есть СЭС-5 могла обеспечивать, по крайней мере, в летнее время круглосуточную выдачу электрической энергии.

В настоящее время интерес к башенным СЭС возрождается. Теоретически доказано, что такие СЭС могут быть достаточно эффективными при мощностях свыше 100 МВт. Поэтому в различных странах мира ведётся строительство башенных СЭС мощностью сотни и тысячи мегаватт. При этом возможность аккумулирования тепла становится самым существенным их преимуществом.

Ряд крупных башенных СЭС построены в США, в Испании, в Италии. Но в последние годы всё бóльший объём внедрения в мире приходится всё же на PV-станции. И, по мере снижения стоимости ФЭ-модулей, PV-технологии будут опережать технологии CSP.

Годовой темп роста объёма инвестиций в солнечную энергетику в последние пять лет составил 56,4 % [2]. Ожидаемый семии восьмикратный прирост производства электроэнергии за десятилетний период 2015–2025 годов должен вывести солнечную энергетику на первое место среди всех технологий генерации энергии на возобновляемых ресурсах. Эти обстоятельства вызваны сочетанием следующих благоприятных факторов:

1. Значительное снижение стоимости основного гелиотехнического оборудования, обусловленное как выходом на рынок принципиально новых технологий, так и прогрессом в существующем производстве за счёт роста его объёмов, степени механизации и автоматизации. А в ближайшие годы ведущие китайские компании Jinko, Yingli, Trina и другие намерены ещё уменьшить стоимость своей продукции. Поэтому, для исключения развала европейского PV-рынка, между Китаем и странами ЕС в 2013 году достигнута компромиссная договорённость о минимальной цене поставки китайских ФЭМ в Европу — 0,56 евро за 1 Вт и максимальных объёмах поставок 7,0 ГВт/год [5]. В соответствии с этим основные производители ФЭМ на европейском рынке, выпускающие монокристаллические и поликристаллические солнечные модули высокого качества и надёжности с гарантийными обязательствами не менее десяти лет, в 2013 году снизили цены до 0,56–0,6 евро за 1 Вт [6, 7].

2. Растущий прогресс в области аккумулирования больших объёмов электроэнергии и появление высокоэффективных устройств аккумулирования на базе принципиально новых технических решений. Поскольку создание запаса электроэнергии на ночной период и неблагоприятные погодные условия являются одной из основных проблем солнечной энергетики, появление более дешёвых и эффективных аккумулирующих установок значительно снижает затраты на сооружение солнечных станций с гарантированным энергоснабжением потребителей и резко повышает конкурентоспособность солнечной энергетики.

3. Государственная поддержка всех видов энергогенерирующих установок, использующих возобновляемые источники, которая в той или иной степени действует в большинстве стран мира, а с 2013 года — и в России [8].

В России существуют приемлемые условия для использования солнечной энергии практически на всей территории. Но наиболее благоприятны условия солнечной радиации в перечисленных выше районах. Сейчас именно в этих районах наиболее интенсивно развивается использование солнечной энергии. Созданное несколько лет назад ООО «Хевел» ввело в действие в Новочебоксарске завод по производству ФЭМ с годовым объёмом выпуска около 100 МВт. За последние годы с использованием продукции этого завода ООО «Авелар Солар Технолоджи» построило и ввело в эксплуатацию более 200 МВт фотоэлектрических СЭС. В 2017– 2019 годах планируется ввод ещё более 400 МВт новых СЭС с ФЭМ ООО «Хевел».

Отметим также, что после возвращения Крыма в состав РФ в семейство солнечной энергетики России влились Крымские солнечные электростанции общей мощностью около 300 МВт — крупнейший по мировым масштабам фотоэлектрический комплекс. Правда, эти станции, построенные австрийской фирмой Activ Solar 12–15 лет назад с использованием тогда ещё дорогостоящих ФЭМ, сегодня дают, соответственно, дорогостоящую электроэнергию из-за необходимости включения в состав тарифа средств, обеспечивающих возврат инвестиций застройщику в приемлемые сроки.

В 2015 году компания ООО «АльянсВИЭ» реанимировала с использованием новейших солнечных технологий старый проект Кисловодской СЭС, разработанный институтом «Ростовтеплоэлектропроект» около 30 лет назад. Новый проект предусматривает увеличение мощности этой СЭС до 80 МВт. Проект поддержан администрацией Ставропольского края и ждёт своих инвесторов.