Солнечная энергетика: смерть российской нефти или глобальная афера?

Фанаты фотоэлементов уверены, что завтра солнечные батареи на крышах избавят нас от капризов электриков, отключающих что-то по три раза в неделю. Скептики же убеждены, что всё это "распил и откат", а солнечные электростанции невыгодны и являются типичной западной причудой, бессмысленной и беспощадной. Так что же, "эра углеводородов ещё не закончена" или мы в очередной раз проспали очередную сланцевую революцию? Обе стороны неправы, но каждая из них по-своему. Попробуем не повторить распространённых ошибок и самостоятельно, с цифрами на руках разобраться, что ждёт гелиоэнергетику в России.
Часто приходится слышать, что нефть и газ — это уходящее прошлое мировой энергетики. Сторонники такой концепции указывают на несомненные факты: стоимость солнечных батарей за последние пять лет упала впятеро. По имеющимся оценкам международных организаций — включая те, в которые входит Россия, — стоимость солнечного киловатт-часа уже сейчас 5—10 центов, что равно стоимости тепловой энергии за рубежом. Известно и то, что тепловая энергетика — главная причина смертей среди всех "загрязнителей" современного мира. В США из-за неё преждевременно умирает 50 тысяч человек в год, то есть каждый шеститысячный. Статистики по России никто не собирал, но вряд ли у нас эта доля намного меньше. Кажется очевидным: как только цена позволит сделать выбор между солнцем и ежегодной гибелью каждого шеститысячного, все, кто смогут, — выберут именно фотоэлементы. Процесс уже идёт. Выработка электричества от угля в Китае в последние годы резко снижается, зато по солнечной энергетике в 2015 году он вышел на первое место в мире. Если вы думаете, что это совпадение, то самое время подумать ещё раз.

Не надо быть провидцем, чтобы понять: в ситуации вытеснения углеродного топлива солнцем Россия может оказаться между молотом и наковальней. По данным ФТС, порядка 60 процентов её экспорта — это ископаемое топливо. Если бы их не было, для уравновешивания платёжного баланса курс рубля, сильно огрубляя, пришлось бы опустить раза в два-три. Как видно, цены на углеводороды действительно играют ключевую роль для российской экономики. Если они серьёзно упадут, то кризисные явления 2015 года, вызванные сланцевым давлением на рынки, покажутся нам детской игрой.

И всё же будем реалистами: выше 20—30 процентов в энергобалансе фотоэлементам не подняться ни сейчас, ни через 30—40 лет. Погасить колебания солнечной генерации (пик днём, провал ночью) можно лишь, если в стране есть ГЭС, способные (как в Японии) работать в качестве гидроаккумулирующих станций (ГАЭС). Турбина в них может не только работать от спуска воды, но и закачивать её обратно в водохранилище. Энергозатраты при этом покрываются избыточной полуденной солнечной энергией. Соответственно, вечером и ночью воду из такой ГЭС-ГАЭС спускают, чем покрывают пики потребления в момент, когда солнце не светит.

Этот вариант намного лучше чистых ГАЭС, не являющихся ГЭС. Выделенная аккумулирующая станция стоит больших денег и делает запасаемую ею энергию дороже на 8 центов за каждый киловатт-час. По сути, она удваивает цену запасаемой энергии. ГЭС же всё равно отбивают капитальные затраты на собственном производстве электроэнергии, а значит, цена на их аккумуляцию ниже.

Однако требуемых для этого крупных ГЭС в нужных количествах в большинстве развитых стран нет и не будет. В тех же США большие ГЭС противоречат как идеологическим установкам в обществе, так и государственной политике в области энергетики. Они настолько отталкивающи для западного мира, что там выходят целые научные исследования, посвящённые тому, что "крупные плотины не имеют смысла". Мелкие ГЭС много дороже, отчего не могут сыграть роль крупных дешёвых накопителей. В теории страны без идеологических ограничений в области энергетики (КНР, Россия) обладают возможностью использовать ГЭС как меганакопители пиковой выработки солнечных электростанций. Однако на практике у них нет никаких планов делать что-то подобное.

Может быть, нам помогут другие методы хранения полуденных солнечных излишков? Да, есть ещё сжатый воздух, закачиваемый в подводные резиновые мешки, или литиевые Powerwall от Tesla. Увы, но все эти методы ещё дороже выделенных ГАЭС, которые удваивают стоимость запасаемой в них энергии. Использование же литиевых накопителей увеличит её в несколько раз, на что никто не пойдёт. Всё это значит, что выше четверти от мировой генерации фотоэлементы в обозримом будущем не достигнут ни при каких обстоятельствах.

Эта мысль не имеет ничего общего с действительностью и в ближайшие десятилетия точно не будет реализована. Нет, вы запросто можете купить себе мини-электростанцию на крышу дома (~10 киловатт) или на внешнюю стену балкона (до 1 киловатта). Но есть нюанс: в таком случае вы заплатите от 3000 (США) до 4000 долларов (Россия) за киловатт мощности. Большая солнечная электростанция заплатит за ту же единицу мощности 1500—2000 долларов. Эффект масштаба, ничего личного. Для одиночного пользователя панель на крыше всегда будет обходиться дороже, чем для владельца крупной солнечной электростанции, и никакой технический прогресс этого не изменит. Большие капитальные затраты означают куда более высокие цены на киловатт-час. Мало кто захочет покупать независимость от централизованной сети такой ценой.

Двойная разница в цене вас не остановила? Вспомните о необходимости купить аккумуляторные батареи. Даже самый дешёвый вариант обойдётся вам в 470 долларов за киловатт-час, а прослужит всего 12 лет.

Наконец, самый могущественный — третий фактор. Многие думают, что солнце светит всем, поэтому любой может им воспользоваться. Иные либерально настроенные соотечественники даже говорят, будто гелиоэнергетика освободит мир от "диктатур, паразитирующих на нефти". Нет ничего более далёкого от истины. В реальном мире солнечный свет похож на нефть или газ — есть места, где его бессмысленно добывать. В Астрахани на квадратный метр за год приходится 1600 киловатт-часов солнечной энергии, во Владивостоке — 1680, а в Москве — 1170. Причём в январе здесь ещё и облачно — квадратный метр московских фотоэлементов получает всего 20 киловатт-часов в месяц, в восемь раз меньше, чем в июле. Чтобы вам хватило энергии в декабре, придётся купить столько панелей, что в июле вы сможете потребить лишь 1/8 от их выработки. Куда деть остальное? Единственный разумный ответ — подключиться к сети. Но наши энергокомпании не покупают электричество у потребителей. И даже если бы покупали — вряд ли бы вам это помогло. Как мы уже отметили выше, крупные солнечные электростанции по цене всегда будут конкурентоспособнее домовладельцев с батареями на крыше.

Спору нет, тепловая энергетика действительно куда "грязнее" аналогов (смотрите выше цифры по США). Только в текущей модели устройства общества и государства всем на это в общем-то наплевать. Люди в современном мире заинтересованы в том, чтобы делать деньги. Государство, следуя веянию века, заинтересовано в минимизации своего вмешательства в жизнь общества. Так что энергетика большинства стран мира живёт по простому принципу "грабь, воруй, губи людей". Ибо, как учит старинная русская пословица, "отчего не воровать, коли некому унять". А унять в условиях самоустранения государства действительно некому. Минус 50 000 в год только в США? Кому какое дело. Абсолютный размер субсидий на сверхвредную угольную энергетику за океаном больше субсидий на солнечную, которую к тому же ещё и сворачивают.

Атомная энергетика намного безопаснее тепловой или даже солнечной, ведь при падении установщиков с крыш домов на выработанный киловатт-час погибает больше, чем в атомной индустрии (даже с учётом всех Чернобылей и Фукусим). Так что, если бы кого-то волновало здоровье сограждан, вопрос о господстве ТЭС уже давно бы не стоял.

Да, средняя полоса России — регион слабо подходящий для солнечной энергетики. Ставить здесь панели на крыше — значит смириться с тем, что вы никогда не сможете использовать их полноценно, а аккумуляторов под них придётся покупать раза в полтора побольше. Но, как ни странно это звучит, Россия средней полосой не кончается. Быть может, стоит построить крупные электростанции в более солнечных местах?

Чтобы узнать, как обстоят дела в других частях страны, мы обратились к первой построенной в нашей державе многомегаваттной гелиоэлектростанции на фотоэлементах — Кош-Агачской. Она исправно работает на Алтае с 2015 года и уже накопила первые данные по выработке. Они оказались даже лучше предполагаемых. Коэффициент использования установленной мощности (КИУМ) у неё составил 16,7 процента против ожидавшихся 14. То есть за год станция выдала в сеть столько, как если бы её панели работали на полной мощности 16,7 процента времени, или 1463 часа. Иными словами, с каждого киловатта мощности панелей было получено по 1463 киловатт-часа за год. Для сравнения: в солнечной Японии хорошим КИУМ гелиоэлектростанции считается 12 процентов, на Хоккайдо — 10, а рекордным — 15 процентов.

Если бы мы хотели закрыть все потребности российской энергетики одними солнечными батареями, то нам хватило бы примерно 7000 квадратных километров алтайской земли. Для справки: один только малонаселённый Кош-Агачский район занимает двадцать тысяч квадратных километров. Может быть, Алтай — аномалия, а над остальной страной, как над Мордором, постоянно тучи? На деле в России есть места и посолнечнее. Дальний Восток, Астраханская область, Калмыкия, Крым и даже юг Камчатки с Якутией в этом отношении обладают очень неплохими показателями.

Вопрос о стоимости солнечной энергии — ключевой. Обычно именно на него ссылаются как на главную проблему отрасли. Однако, как правило, речь идёт об использовании устаревших данных. Как мы уже отметили, цены на фотоэлементы в мире за последние годы упали во много раз. Поэтому корректные данные 2012 года о дорогом солнечном киловатте сегодня значат не больше, чем прайс-лист для мобильников с ценами 1998 года. Международное агентство возобновляемой энергетики недвусмысленно утверждает: киловатт-час солнечной энергии в 2016 году в подходящих местностях умеренного климата стоит 5—10 центов. Это дешевле, чем киловатт-час стоил в нашей стране до девальвации 2014 года. То есть — отбрасывая нынешний аномально заниженный курс рубля — гелиокиловатт вполне конкурентоспособен уже сейчас. Кстати, в странах типа Мексики, Перу и ОАЭ эти цены даже ниже 5 центов за киловатт-час.

Разумеется, солнечная энергетика выгодна не везде и не всегда. Основная часть Германии такая же "солнечная", как Москва, и при нынешних солнечных батареях экономического смысла строить там СЭС нет. Появились они там лишь потому, что Европа несколько лет пыталась строить гелиоэнергетику на энтузиазме, полагая, что за энергетическую независимость от восточных соседей можно заплатить любую цену. Сильны были и настроения "фотоэлементы в каждый дом", основанные на непонимании вышеизложенных проблем солнечных батарей на крышах частных коттеджей. Как показала жизнь, тащить солнечные батареи на крыши было дорогостоящей ошибкой. Стоимость электричества в Германии в итоге выросла за последние 15 лет в пару раз. Но у России нет нужды избавляться от энергетической зависимости, и это значит, что мы можем подойти к вопросу более разумно. То есть строить СЭС там, где есть солнце.

Что делать, когда на солнечную батарею набежит облачко? Как мы уже отметили, рассуждая о мифе № 1, декабрьская выработка фотоэлемента в Москве — всего 1/8 от июльской. Зимой потребность в электричестве больше, а солнечного света — меньше. Можно ли полагаться на источник, который обильнее всего тогда, когда от него меньше всего толку? В общем, на первый взгляд гелиоэнергетика выглядит ненадёжной, как солнечный свет в ноябрьский день.

На деле всё не так страшно. В том же Владивостоке или Находке зимой солнечные батареи получают больше энергии, чем летом. Облачность в районе одной электростанции компенсируется ясным небом над другой. Примерно половина тепловой энергии, уходящей на отопление городов в нашей стране, берётся от ТЭС, то есть зимой сжигать газ на тепловых электростанциях всё равно нужно. Значит, зимний пик потребления можно пройти и со сниженной солнечной выработкой за счёт неизбежной тепловой.

Даже в США, где ТЭС не работают на обогрев домов, местные энергетические власти оценивают допустимый уровень солнечной генерации в 20—30 процентов от общей. Лишь при выработке выше этих отметок она серьёзно дестабилизирует энергосистему. И это не просто оценки. В США уже есть штаты, получающие от альтернативных энергоисточников больше 10 процентов своей генерации. Италия, к слову, добилась в прошлом году тех же 10 процентов. Итак, у мировой солнечной энергетики есть возможность нарастить свою будущую генерацию до 4—5 триллионов киловатт-часов в год. Это более чем в 10 раз превосходит её выработку сегодня. Так что "солнцу" ещё долгие годы будет куда расти.

Ещё в 2006 году Международное энергетическое агентство предсказывало, что гелиоэнергетика выйдет на мощность в 87 гигаватт к 2030 году. К концу 2015 года, менее чем через десять лет после этого прогноза, солнечные электростанции всего мира достигли 231 гигаватта мощности. Чтобы был ясен масштаб солнечного бума, отметим, что такая же мощность у всей российской энергетики, строившейся долгие десятилетия, а не один год.

В России эта цифра во много сотен раз меньше. Причём разрыв, на первый взгляд, нарастает: в 2014—2015 годах новых солнечных мощностей на планете было введено 50 гигаватт. В Италии и Калифорнии на конец года солнечным стал каждый десятый выработанный киловатт-час. В нашей стране, в силу того, что рынок находится в фазе становления, нет даже полных данных такого рода. Известно, что общие мощности и по сей день не выше полугигаватта.

Но на самом деле всё лучше, чем может показаться на первый взгляд. В 2013 году в нашей стране были приняты законы, компенсирующие гелиоэнергетикам часть их затрат с помощью платы за мощность. Из-за того что текущая политика российских денежных властей делает кредиты в несколько раз более дорогими, чем на Западе или в КНР, без такой господдержки строительство солнечных электростанций у нас было бы невозможным.

Сразу же после принятия нужных законов выяснилось, что и в России бизнес готов вкладываться в непростую и довольно высокотехнологичную отрасль. Уже сегодня в России есть два завода, способные производить солнечные батареи из (в основном) российских компонентов. Почти 100 мегаватт фотоэлементов в год может выпускать чебоксарский завод "Хевела". "Хелиос" в Мытищах по мощности достигает 60 мегаватт в год. На фоне китайских и японских конкурентов это ничтожные цифры. Чтобы получить действительно дешёвые фотоэлементы, объём их выпуска должен измеряться гигаваттами в год — тогда начнёт сказываться эффект масштаба.

Если в России найдётся такой спрос, у местных производителей всё получится. В частности, тот же "Хевел" уже создал серийные фотоэлементы собственной разработки с КПД в 20 процентов. Без своего центра НИОКР делать на этом рынке нечего: КПД конкурентов постоянно растёт, и тот, кто только копирует, тут просто не выживет. Курс рубля низок, отчего средняя долларовая зарплата рабочих упала ниже китайской. В таких условиях со временем можно попытаться даже работать на экспорт.

На данном этапе заменять солнечной энергетикой все конкурентные виды энергетики не требуется. Достаточно и того, что она по расчётам способна дать 20 процентов всей энергогенерации крупной страны. В российских условиях это означает потенциальную экономию до 200 миллиардов киловатт-часов в год. Пока, чтобы их выработать, тратится по 50 миллиардов кубометров газа в год — больше, чем "Газпром" поставляет Германии, своему главному зарубежному клиенту. Если бы мы не жгли их в топках, это давало бы до 10 миллиардов долларов дополнительного экспорта в год. Итак, смысл в солнечной энергетике есть даже в краю, где много берёз. И смысл немалый.

Наконец, стоит вспомнить и последний аргумент. Пока КПД солнечных батарей всего 20 процентов, в теории можно ничего не делать и продолжать бессмысленно жечь газ. Потеря 10 миллиардов долларов в год для России вряд ли смертельна. В конце концов, ошибочные решения в нашей тепловой энергетике стоят стране не меньше. А значит, потерю ещё десятка миллиардов в год точно как-нибудь переживём. Но наука и технологии не стоят на месте. КПД серийных солнечных батарей в 10 процентов в 2006 году считался хорошим. Никто не поручится, что через 10, 20, 30 лет солнечные батареи вновь не удвоят свой КПД до 40 процентов при той же цене. Тогда инвестиции в эту отрасль будут приносить удвоенную отдачу и солнечная энергия может стать не равной по цене, а более дешёвой, чем тепловая.

При КПД массовых фотоэлементов в 40 процентов вытеснение углеводородов из мировой энергетики, безусловно, существенно ускорится. Но если пойти китайским путём и вовремя создать собственную гелиоэнергетическую индустрию, то ничего страшного не случится. Конкурентоспособная в мировом масштабе отрасль сможет присоединить к борьбе за мировые рынки солнечных батарей. Если же ждать, когда за рубежом всё изобретут, и потом попробовать скопировать, то гарантированно ничего не получится. Пока фотоэлементная индустрия растёт, туда ещё можно войти. Когда этот рынок сформируется и станет устоявшимся, шансы оторвать от него кусок резко снизятся. Например, на таком типичном устоявшемся рынке, как автомобильный, успехи нашей страны, вошедшей туда слишком поздно, столь ярки, что вряд ли найдётся хоть один желающий повторить то же самое в любой другой отрасли.
(с) Александр Березин