Триумф солнечного века. Революция возобновляемых источников

Вольфганг Пальц, 2018

Эта книга о взлете рынков солнечной энергетики, точнее – об идеях и технологиях, положенных в основу ее развития. Начиная изложение с фундаментальных основ нашего мира, автор разворачивает величественную панораму эволюции звезд, раскрывая роль Солнца в эволюции всего живого на Земле. Эволюции природы вторит картина эволюции научного знания как усилий множества людей, искавших путь к чистому развитию. Осуществление мечты породило технологический взрыв новой энергетики. Книга рассказывает о том, что с начала этого века было установлено более триллиона ватт источников солнечной и ветровой энергии, для чего были мобилизованы триллионы долларов и созданы более 10 млн рабочих мест. «Пришествие» Интернета, которого ждет не менее трех миллиардов людей, невозможно без электроэнергии, которую можно получить от возобновляемых источников, избегая «ресурсных» ловушек. Новые технологии делают возобновляемые ресурсы информации и энергии доступными для всех.

Пролог I:

Прозрение будущего из 1970-х

Уголь и ядерная энергетика, достигли расцвета во второй половине прошлого века, став традиционными источниками энергии. После шокового роста нефтяных цен в 1973 году промышленно развитые страны начали ориентироваться на обеспечение энергетической независимости. В результате сотни атомных электростанций были созданы за рекордное время.

Однако солнечное электричество и энергия ветра имели своих приверженцев, опирающихся на давние европейские традиции получения энергии из возобновляемых источников.

Первичный интерес был проявлен администрацией Соединенных Штатов. Президент Картер сделал тогда все от него зависящее, чтобы поддержать новые солнечные технологии, но тщетно. В то время как сотни гигаватт новой атомной энергии были установлены по всему миру, солнечная фотоэлектрическая энергия в лучшем случае сводилась к нескольким мегаваттам. Нам объясняли, что это «слишком дорого».

В 1977–1978 годах я опубликовал при поддержке бюро ЮНЕСКО в Париже книгу «Солнечное электричество: экономический подход к солнечной энергии». Этот труд был направлен на то, чтобы обобщить понимание и сформировать рабочий настрой экспертов по солнечной энергии в Европе и США. Администрация США провела к тому времени множество исследований. Например, силами MIT Energy Lab в 1975 году был подготовлен отчет по проекту «Независимость»: обозрение энергетических потребностей США до 1985 года («Project Independence report: a review of US energy needs up to 1985»), где были подробно рассмотрены перспективы возобновляемых источников энергии для обеспечения энергетической независимости США. Но доклад был для узкого круга и не стал достоянием широкой общественности. Поэтому та книга, которую я опубликовал при поддержке ЮНЕСКО на английском и ряде других языков, стали для многих первой встречей с солнечной энергией.

Обложка книги Вольфганга Пальца «Солнечное электричество: экономический подход к солнечной энергии. Видение будущего», 1977.

Процитирую ряд идей, опубликованных уже в той книге, которые вполне подтвердились в будущем в ходе реализации практических проектов.

«Существует только один способ уменьшить различные типы загрязнений, связанные с крупномасштабным потреблением энергии человечеством, — это прямое преобразование энергии, которая формирует климат Земли. Солнечное излучение можно преобразовать в полезную энергию без термических потерь и химических загрязнений».

«При рассмотрении всех возможных способов преобразования излучения Солнца в полезную энергию в центре внимания оказались методы прямого преобразования света в электричество с помощью солнечных элементов».

«Каждая страна имеет потенциал возобновляемой энергии Солнца намного больший, чем ей когда-либо может понадобиться. Солнечная энергия для любой страны является внутренним ресурсом, способным стать стратегическим резервом».

«Развитие приложений солнечной энергетики не означает начало нового экономического мира. Напротив, новые энергетические системы должны сначала завоевать свое место на общем энергетическом рынке, они должны быть конкурентоспособными с нефтью, углем или ядерной энергией, по причине ли истощения обычных ресурсов, термического или химического загрязнения природы и окружающей среды, желания большей независимости от иностранных поставщиков или просто для снижения стоимости».

«Технические и экономические проблемы, связанные с полномасштабным использованием солнечной энергии, решены, фундамент развития заложен».

«Оценка крупномасштабного потенциала солнечной энергии в будущем говорит о том, что высокая стоимость солнечных элементов отнюдь не неизбежна — необходимого масштабного сокращения производственных издержек до уровня рентабельности центральных электростанций можно ожидать в ближайшие 10–15 лет за счет эффектов «экономии от масштаба», а также «прогресса за счет индустриализации».

«В 1975 году существовали только космические применения фотоэлектрических преобразователей, тогда как весь объем рынка наземных применений составлял не более 100 кВт; при этом годовая скорость установки традиционных мощностей достигала сотен мегаватт. Однако крупномасштабный проект производства солнечных преобразователей в объеме 10 ГВт позволит прийти к стоимости «солнечного» ватта в интервале 0,20–0,50 долл. Совокупный эффект, достигаемый на росте объемов производства, опирается на так называемую «кривую опыта».

«Интеграция солнечной энергетики в сетевую энергосистему сопровождается теми же проблемам, которые не дают покоя обычным электростанциям, не умеющим работать иначе, как в режиме генерации энергии. Преодоления этого коренного недостатка связано с введением в энергосистему недостающего звена — устройства накопления энергии».

«Эффективность преобразования энергии для устройств прямой генерации, использующих дешевые солнечные элементы, не зависит от уровня конечной мощности батареи — они могут исправно производить как ватты, так и киловатты. Таким образом, можно создавать генераторы для частных домов и деревенских общин, торговых центров и промышленных предприятий, для целей сельскохозяйственной переработки и фермерских хозяйств; все они обладают таким же КПД, что и крупные солнечные электростанции».

«Солнечные генераторы, установленные рядом с потребителями, обладают рядом привлекательных черт, позволяющих избегать сетевых затрат на передачу энергии по проводам, а при установке на крышах или других расположенных поблизости несущих поверхностях жилой застройки исключают затраты на приобретение земли, подготовку и обслуживание участка».

«Массив солнечных панелей площадью 45 м² поместился бы на крыше большинства семейных домов в США. Если для накопления энергии используется свинцово-кислотная батарея мощностью около 200 кВт·ч, то накопитель займет всего лишь каморку объемом 4 м³ (1×2×2). Однако подобная система придаст полную автономию любому дому».