Солнечная генерация: прогнозы роста

Фото: Солнечная електростанция в Поипу, Кауаи, штат Гаваи, США.
Фото: Солнечная електростанция в Поипу, Кауаи, штат Гаваи, США.

Ошибаются ли прогнозисты?

Недавно группа ученых и экспертов опубликовала в почтенном журнале «Science» признание, что их выводы по развитию PV-отрасли, которые были сделаны ранее, оказались ложными. «Учитывая эту скорость изменений в области PV-систем, или если смотреть на резкое снижение расходов, которое продолжается, рассчитывать ли на увеличение масштабов производства энергии — несмотря на это фактический рост PV-генерации неожиданно застало многих ее исследователей (включая с нами). Два года назад мы были сконцентрированы на усилиях для достижения глобальной мощности от 3-х до 10-ти ТВт в 2030 г. Теперь мы видим, что мировая PV-генерация безусловно достигнет уровня ~ 10 ТВт в 2030 г., а в 2050 г. занимать 30 ÷ 70 ТВт, то есть PV-технология будет удовлетворять большую часть мирового спроса на энергию. … Сейчас установленная глобальная ​​PV-мощность превысила 500 ГВт в конце 2018 г., а это значит, что, согласно прогностическими моделями и заявленными проектами, в 2022-2023 гг. планируется установить дополнительно еще 20 ГВт, то есть это вводит всех нас в эру PV-энергетики тераватного масштаба », — подчеркивают исследователи.

Уменьшение расходов и инвестиционного риска.

В глобальном измерении средние мировые цены PV-модулей за 40 лет уменьшились более, чем в 100 раз. «Еще два года назад мы отмечали, — пишут в « Science » — что цены на PV-модули смогут уменьшиться до уровня 0,50 $ / Вт и 0,25 $ / Вт при соответствующем совокупном развертывании мощностей от 1 и до 8 ТВт. Но по результатам 2018 года, когда было установлено лишь 0,5 ТВт PV-мощностей, средняя мировая цена на продажу модулей уже была ниже, чем 0,25 $ / Вт. Уменьшение расходов на модули вызвало резкое снижение цены на энергию от PV-станций. Благодаря уменьшению затрат на PV-установки теперь существует много отраслей, которые могут потреблять эту энергию по существующей цене … Быстрое снижение цены на PV-электричество означает, что мы входим в эру, когда она становится конкурентным с традиционными источниками энергии всюду по миру ».

Расширение доступа к огромному источнику, которым является PV-преобразования, вызвало кумулятивный эффект роста спроса на электроэнергию. Многие отрасли промышленности уже начинают переориентироваться и выпускать соответствующее оборудование, а это открывает новые горизонты и меняет прогнозы. Несмотря на рис. 1, который приводится в «Science», становится понятным, что сейчас все сценарии развития должны быть пересмотренными по сравнению с прогнозом World Energy Outlook 2018 (WEO), и появились предпосылки роста спроса именно на электричество (пунктирная кривая). Серым цветом отображена зона для будущего роста потребления электроэнергии. Синие кривые на графике справа показывают темпы замены электричеством других источников в различных отраслях.

Рис. 1. Появление предпосылок для роста потребления электроэнергии включая PV. Источник: «Science», 31 мая 2019: «Terawatt-scale photovoltaics: Transform global energy».
Рис. 1. Появление предпосылок для роста потребления электроэнергии включая PV. Источник: «Science», 31 мая 2019: «Terawatt-scale photovoltaics: Transform global energy».

Сорок пять известных ученых и лидеров отрасли, которые поставили свою подпись под статьей в «Science», считают, что именно PV должна сыграть главную роль в развертывании общего потребления электричества. Нынешние прогнозы, что PV-мощность увеличится к 2030 г. с нынешнего уровня в 20 (!) раз, то есть — со среднегодовым ростом PV-отрасли на 30%, станет критически важным фактором для электрификации прежде всего транспортного сектора. Электрификации отопления поспособствует развертыванию систем тепловых насосов со среднегодовой эффективностью 3-4, это также будет мотивировать появление новых систем накопления энергии в виде тепла, что в некоторых случаях будет выгоднее, чем непосредственная електроакумуляция. «Появление большого количества доступной «декарбонизованой» электроэнергии приведет к сплошной электрификации почти всех секторов энергетики, — говорится в статье — а это открывает путь для построения с наименьшими затратами постоянной «низкоуглеродистой» глобальной энергосистемы». Но обо всем этом по порядку.

Мировые тренды и общие проблемы.

Глобальный альянс научно-исследовательских институтов солнечной энергии, в который входит американский NREL, немецкий институт Фраунгофера (FGFAF) и Японский национальный институт ведущих промышленных наук и технологий (AIST), провели исследование, согласно которому стоимость солнечных систем во всех этих странах в течении нескольких лет безусловно уменьшалась . При этом в этих странах были разные предпосылки для государственной поддержки, наличия и изменения «зеленых тарифов», отношение к традиционным источникам и использования ядерной энергии, рис. 2. Развертывание PV-систем (парадоксально — но факт!) уменьшает предыдущие общие опасения относительно негативного влияния неравномерности данного источника энергии на устойчивость работы энергосистем. Распространение PV-установок в коммунальном секторе очень удачно накладывается на пиковое потребление электричества в дневное время и на рост потребления от работы систем охлаждения и кондиционирования воздуха летом. Развертывание сетевых решений, технологий хранения, сезонного накопления энергии и дополнительных технологий по преобразованию солнечной энергии в сочетании с метаном и другими химическими веществами, такими как водород или аммиак, или для производства химикатов для промышленных процессов, или комбинированных решений — в целом выглядят сравнительно недорогими стратегиями, которые будут способствовать дальнейшему развитию ВИЭ.

Рис. 2.Цена на электроэнергию с PV-источников (коммунальный сектор) и средняя цена на электроэнергию: США (коммунальный сектор), Германия (промышленность), Япония (домашнее потребление). Источник: «Science», 31 мая 2019: «Terawatt-scale photovoltaics: Transform global energy».
Рис. 2.Цена на электроэнергию с PV-источников (коммунальный сектор) и средняя цена на электроэнергию: США (коммунальный сектор), Германия (промышленность), Япония (домашнее потребление). Источник: «Science», 31 мая 2019: «Terawatt-scale photovoltaics: Transform global energy».

Однако одним из главных факторов влияния на конечную цену PV-систем является сейчас очень большое влияние т.н. «мягких» расходов — то, что касается разрешений, лицензий, сборов и тому подобное. Эта составляющая может достигать 20-30% в общей стоимости см. рис. 3, и это очень мощный резерв для дальнейшего уменьшения стоимости PV-энергии.

Рис. 3. Типичные составляющие сметы общих расходов на солнечные фотоэлектрические системы в странах G20, 2018. Источник: IRENA - отчет «Renewable Power Generation Costs in 2018», май 2019.
Рис. 3. Типичные составляющие сметы общих расходов на солнечные фотоэлектрические системы в странах G20, 2018. Источник: IRENA - отчет «Renewable Power Generation Costs in 2018», май 2019.
Рис. 4. Среднемесячные цены европейских фотоэлектрических модулей в зависимости от технологии модулей и по происхождению, январь 2010 - июль 2018 (сверху) и среднегодовые рыночные цены модулей в 2013 и 2018 годах в различных странах (внизу). Источник: IRENA - отчет «Renewable Power Generation Costs in 2018», май 2019.
Рис. 4. Среднемесячные цены европейских фотоэлектрических модулей в зависимости от технологии модулей и по происхождению, январь 2010 - июль 2018 (сверху) и среднегодовые рыночные цены модулей в 2013 и 2018 годах в различных странах (внизу). Источник: IRENA - отчет «Renewable Power Generation Costs in 2018», май 2019.

Цены на PV-установки с конца 2009 г. снизились примерно на 90%. В конце 2018 г. цены на модули в Европе были в пределах от 0,22 $ / Вт (дешевые варианты) до 0,42 $ / Вт (качественная «промышленная категория»). Между 2010 и 2013 гг. цены на солнечные фотоэлектрические модули падали драматически быстро, но и между 2013 по 2018 гг. средние цены модулей по странам продолжали снижаться, при этом для «гигаваттных» рынков снижение было в диапазоне 34% — 61%, рис. 4.

Конечно, такое уменьшение отразилось на общей стоимости реализации проектов PV-станций, что в свою очередь снизило средневзвешенную стоимость всей PV-электроэнергии (LCOE), см. рис. 5 и 6. Глобальный средневзвешенный LCOE для PV между 2010 и 2018 гг. уменьшился на 77%, то есть с 0,371 $ / кВт • ч до 0,085 $ / кВт • ч. Хотя диапазон сузился, 5-й и 95-й перцентили для проектов в 2018 г. варьировались от 0,058 $ / кВт • ч до 0,219 $ / кВт • ч.

Именно эти факторы стали основанием для изменения прогнозов относительно перспектив PV-технологии среди других видов ВИЭ.

Рис. 5. Общая установленная стоимость проектов солнечной фотоэлектрической генерации и глобального средневзвешенного показателя 2010-2018 гг., $ / КВт. Источник: IRENA - отчет «Renewable Power Generation Costs in 2018», май 2019.
Рис. 5. Общая установленная стоимость проектов солнечной фотоэлектрической генерации и глобального средневзвешенного показателя 2010-2018 гг., $ / КВт. Источник: IRENA - отчет «Renewable Power Generation Costs in 2018», май 2019.
Рис. 6. LCOE проектов солнечной фотоэлектрической генерации, глобальное средневзвешенное значение и диапазон колебаний, 2010-2018 гг., $ / КВт • ч. Источник: IRENA - отчет «Renewable Power Generation Costs in 2018», май 2019.
Рис. 6. LCOE проектов солнечной фотоэлектрической генерации, глобальное средневзвешенное значение и диапазон колебаний, 2010-2018 гг., $ / КВт • ч. Источник: IRENA - отчет «Renewable Power Generation Costs in 2018», май 2019.

Тотальная электрификация — мотивация и последствия.

Кроме так называемой енерготранзиции — перехода на энергию, полученную в основном из ВИЭ — нас ожидает тотальная электрификация. Это требует пересмотра прогнозов, которые были валидными раньше. В отчете IRENA «Global energy transformation: A roadmap to 2050 (2019 edition)», апрель 2019, для сравнения с базовым сценарием, или «Reference Case, приводится новый прогноз (переформатирован сценарий, или« REmap Case »), описывающий агрессивный, но технически и экономически обоснованный путь по следующим трансформационным изменениям в энергетике. Он показывает, что ускоренное развертывание ВИЭ будет происходить в сочетании с глубокой электрификацией и повышением энергоэффективности.

Лабораторные образцы кремниевых панелей пока выдают КПД ~ 26,7%, но на прямое снижение стоимости PV-модулей по этой причине надеяться тщетно. Главным фактором, который мотивирует распространения PV-технологии и вызванной им полной электрификации, становится возможность применения электричества в тех отраслях потребления конечной энергии, где ранее использовались другие технологии. Это, прежде всего, такие мощные потребители энергии, как транспорт, строительство, потребности для жилья, централизованное отопление, общее электропотребление и промышленность, включая ее наиболее энергоемкими видами. Электрификация будет происходить параллельно с уменьшением энергопотребления благодаря энергосбережению, рис. 7.

Рис. 7.Годовые выбросы СО2, связанные с энергией, первичный сценарий и сокращения в случае корригированного сценария «REmap», с учетом вклада по секторам, 2010-2050 (Гт / г). Источник: IRENA - отчет «Global energy transformation: A roadmap to 2050 (2019 edition)», апрель 2019.
Рис. 7.Годовые выбросы СО2, связанные с энергией, первичный сценарий и сокращения в случае корригированного сценария «REmap», с учетом вклада по секторам, 2010-2050 (Гт / г). Источник: IRENA - отчет «Global energy transformation: A roadmap to 2050 (2019 edition)», апрель 2019.
Рис. 8. Рост доли ВИЭ в общем потреблении конечной энергии,% и п.п. / с: первичный сценарий и сокращение в случае корригированного сценария «REmap», с учетом вклада по секторам, 2010-2050. Источник: IRENA - отчет «Global energy transformation: A roadmap to 2050 (2019 edition)», апрель 2019.
Рис. 8. Рост доли ВИЭ в общем потреблении конечной энергии,% и п.п. / с: первичный сценарий и сокращение в случае корригированного сценария «REmap», с учетом вклада по секторам, 2010-2050. Источник: IRENA - отчет «Global energy transformation: A roadmap to 2050 (2019 edition)», апрель 2019.

Эти процессы могут очень положительно повлиять на экологическую ситуацию на планете, вплоть до достижения цели Парижского соглашения, еще год-два назад казалась экспертам уже невозможной к исполнению.

Благодаря электрификации, главным образом расширяться с последующим внедрением PV-генерации, к 2050 г. можно практически достичь сокращений выбросов CO2 за Парижским соглашением, связанные с добычей энергии см. рис. 8. Электрификация вместе с ВИЭ, доля которых увеличивается до 75%, является ключевой; вместе они составляют 60% потенциала смягчения негативных экологических последствий, вместе с энергоэффективностью уменьшения вредных выбросов будет достигать 90%.

Если не действовать в целях смягчения последствий изменения климата, то для мировой экономики это обойдется гораздо дороже. IRENA сейчас прогнозирует цену экологического бездействия дополнительными расходами в $ 96 трлн. Конечно, для этого нужны дополнительные усилия и инвестиции, но совокупный выигрыш мировой экономики к 2050 г. от реализации сценария «REmap» составит не менее $ 65 трлн. до $ 160 трлн.

Чтобы сбалансировать спрос на электроэнергию и ее производство, будет вложено $ 13 трлн. в обеспечение гибкости инфраструктуры и энергосистемы, что на $ 4 трлн. больше, чем в базовом сценарии. Кроме того, внесены необходимые законодательные и регуляторные изменения. Должны быть изменены правила для сетей и механизмы ценообразования на электроэнергию. Это позволит потребителям энергии шире производить и потреблять собственную энергию (превращая их в «просьюмер»), а также будет способствовать цифровизации, что поможет управлять перегрузками сети. Инвестиции ожидаются также в энергоэффективность (+0,36 п.п. / с.), увеличение электрификации теплогенерации и транспорта (+0,29 п.п. / с.) и в расширении ВИЭ в секторе электрогенерации для конечного использования (+0 , 16 п.п. / с.).

И не стоит забывать об исключительной роли, которую будет играть именно PV-генерация в этих процессах.