Поборники солнечной и ветровой энергии подкрепляют свои заявления о невероятном прорыве, приводя два очевидных доказательства.
Первая заключается в том, что внедрение солнечной и ветровой энергии растет быстрыми темпами. Это правда, до определенного момента. Хотя доля солнечной и ветровой энергии в энергопотреблении невелика, в 2020 году их рост составил 20,1 и 11,5 процента. Если эти темпы роста сохранятся, то, как утверждается, вскоре мы будем использовать солнечную и ветровую энергию практически полностью.
Но история показывает нам, что в бизнесе очень часто бывает так, что что-то временно имеет быстрый темп роста, когда его база мала, а затем сужается по мере роста. Тот факт, что новый бренд одежды проходит путь от 1 000 рубашек за год до 2 000 на второй год и 4 000 на третий год, не означает, что это число будет продолжать удваиваться и достигнет 524 миллионов к двадцатому году.
Что заставляет нас думать, что солнечная и ветровая энергия будет продолжать расти, расти и расти?
Вторая названная причина: падение цен.
Мы постоянно видим заголовки о том, что солнечная и ветровая энергия уже упала до цен, которые дешевле ядерной, дешевле угольной, дешевле газовой.
The Guardian сообщает нам, что "уголь на исходе": исследование показало, что ископаемое топливо сейчас дороже солнечной и ветровой энергии. По данным The New York Times, солнечная и ветровая энергия начинает выигрывать в цене по сравнению с традиционным топливом.
И, как нам говорят, эти цены будут продолжать падать, оставляя традиционные источники электроэнергии в пыли.
В таких заявлениях часто используется впечатляющая терминология, такая как паритет энергосистемы и более низкая выровненная стоимость электроэнергии. Но они противоречат двум неопровержимым фактам.
Один из них заключается в том, что солнечная и ветровая энергия существует в больших количествах исключительно там, где им предоставляются огромные государственные преференции. Если посмотреть, где используются солнечная и ветровая энергия, то неизменно можно обнаружить субсидии - то есть правительство заставляет налогоплательщиков давать деньги компаниям, занимающимся солнечной и ветровой энергией. Зачастую правительства фактически предписывают определенный процент солнечной и ветровой энергии в законодательном порядке - такая практика часто называется "портфельными стандартами возобновляемых источников энергии".
Это подозрительно. Почему солнечная и ветровая энергия всегда нуждается в субсидиях и мандатах, если затраты так низки?
Это приводит нас ко второму факту: вопреки утверждениям о более низких затратах, в местах, где используется больше всего солнечной и ветровой энергии, как правило, самая высокая стоимость электроэнергии.
Например, в таких странах-лидерах по использованию солнечной энергии и ветра, как Германия и Дания, цены на электроэнергию в три-четыре раза выше, чем в США, а в США цены на электроэнергию самые высокие в районах с наибольшим количеством солнечной энергии и ветра.
РИСУНОК 6.1 Больше "дешевой" солнечной энергии и ветра ведет к росту цен
Источники: Управление энергетической информации США; BDEW; Калифорнийская энергетическая комиссия; Fraunhofer ISE
Почему солнечная и ветровая энергия всегда дорожает, если на самом деле они так дешевы?
Все становится ясно, если вспомнить ключевой принцип, обсуждавшийся в главе 5: полная стоимость энергии определяется стоимостью всего процесса, необходимого для ее производства.
Полный процесс производства электроэнергии с помощью солнца и ветра, далекий от того, чтобы стать революцией беспрецедентно низкой стоимости, в настоящее время и отдаленно не рентабелен по сравнению с ископаемым топливом из-за двух аспектов природы солнечного света и ветра, которые производители энергии не смогли преодолеть: их размытость и прерывистость.
Издержки усердия
В то время как ископаемое топливо - это естественные концентрированные запасы энергии, солнечный свет и ветер - это естественные разбавленные потоки энергии. Разбавлять - значит иметь низкую плотность энергии - содержать мало энергии в данном объеме или массе.
Разветвленность ветровой и солнечной энергетики означает, что они обязательно занимают гораздо больше земли на единицу произведенной энергии, чем ископаемое топливо или атомная энергия.
Они также используют большое количество ресурсов. Например, диаграмма на следующей странице показывает, насколько материалоемкими являются солнечные и ветровые электрогенераторы. Это далеко от той картины "нулевого воздействия", которую нам дают об этих технологиях.
Солнечная и ветровая энергия также требует добычи ресурсов, известных как редкоземельные элементы. На самом деле они не являются редкими в земле, но они редки в том смысле, что находятся в земле в разбавленном виде, а это означает, что на единицу добытой продукции требуется много добычи.
Для строительства солнечных и ветряных электростанций требуется в десять раз больше добытых материалов, чем для строительства электростанций на ископаемом топливе.
Дилатность не только приводит к большим затратам на землю и материалы, но и к другим значительным затратам на солнечную и ветровую энергию, которые редко учитываются: затраты на инфраструктуру передачи электроэнергии на большие расстояния.
Поскольку для солнечных и ветряных электростанций требуется большое количество земли, часто вдали от населенных пунктов, они требуют новых дорогостоящих линий электропередач, которые переносят огромные объемы электроэнергии на большие расстояния.
РИСУНОК 6.2 Солнечные и ветряные генераторы требуют гораздо больше материалов, чем газовые, угольные и ядерные генераторы
Источник: Четырехгодичный технологический обзор Министерства энергетики США 2015 года
Эти линии также повышают риски, связанные с электричеством, например, лесные пожары.
Затраты на разбавление - земля, материалы и инфраструктура передачи электроэнергии на большие расстояния - являются основной проблемой для экономической эффективности солнечной и ветровой энергетики.
Эти проблемы резко усугубляются самой значительной проблемой экономической эффективности солнечной и ветровой энергии: их естественной прерывистостью.
Издержки прерывистости
Важнейшим аспектом электроэнергии является чрезвычайная управляемость; электрическая сеть должна быть способна обеспечить промышленных и жилых потребителей электроэнергией по требованию - когда им это необходимо и в любых количествах.
Проблема с солнцем и ветром в этом отношении заключается в том, что в отличие от ископаемого топлива, которое хранится в природе и поэтому легко доступно по требованию, солнечный свет и ветер прерывисты: они доступны только иногда, в количествах, диктуемых не человеческими потребностями, а природой - часто в полном противоречии с тем, что нужно людям. Например, как убедились жители Техаса во время катастрофических отключений электроэнергии в феврале 2021 года, ветер, который необходим для работы огромного количества ветряных турбин, дует не очень сильно, когда очень холодно. Он также не сильно дует, когда очень жарко, что способствовало нехватке электроэнергии от ветра летом 2020 года, что привело к отключению электричества в Калифорнии. Доступность солнечной энергии также часто противоречит потребностям людей - во многих регионах она наименее доступна при очень низких температурах, и начинает быстро исчезать в конце дня и начале вечера, когда потребление электроэнергии в домашних хозяйствах наиболее высокое.
Прерывистость солнечной и ветровой энергии создает серьезную технологическую проблему - проблему преобразования крайне неконтролируемого входного электричества в крайне контролируемое выходное электричество.
Это означает, что любой процесс, основанный на солнечном свете или ветре, если он должен быть частью надежной системы электроснабжения по требованию, всегда требует оплаты стоимости какого-либо контролируемого источника энергии для замены (когда солнца и ветра мало или вообще нет) или для дополнения (когда их меньше, чем нужно).
Теоретически существует три подхода к решению этой задачи: (1) полагаться на какой-то контролируемый источник энергии, например, ископаемое топливо; (2) полагаться на разнообразную, удаленную и огромную сеть солнечных батарей и ветряных турбин, чтобы всегда было достаточно электроэнергии, или (3) полагаться на искусственную систему хранения, чтобы хранить достаточное количество прерывистой энергии, чтобы всегда иметь возможность удовлетворить спрос.
В настоящее время реальность солнечной и ветровой энергетики такова, что ни один из этих подходов еще не доказал свою экономическую эффективность, и только подход 1 - опора на какой-либо контролируемый источник энергии, например, ископаемое топливо - был реализован при любых затратах.
Признание и понимание нынешней реальности необходимо для того, чтобы понять, существуют ли прорывы, которые кардинально изменят ее в будущем.
Почему не рентабельно использовать прерывистую солнечную и ветровую энергию, полагаясь на какой-то контролируемый источник энергии?
Рассмотрим пример Германии, которая долгое время считалась лидером в области солнечной и ветровой энергетики и, не случайно, является родиной одних из самых высоких цен на электроэнергию в мире. На рисунке ниже показано, сколько электроэнергии в Германии (около трети всей энергии) было получено от солнца и ветра в течение недели в 2020 году, по сравнению с тем, сколько было необходимо. Обратите внимание, насколько изменчиво количество солнечной и ветровой электроэнергии. Ветер постоянно меняется - иногда почти полностью исчезает - в то время как солнечная энергия исчезает ежедневно (и производит очень мало в зимние месяцы, когда Германия больше всего нуждается в энергии).