17.06.2019

Вчені: Ера сонячної енергетики «терраватного масштабу» наближається

Вчені з 27 наукових інститутів і промислових компаній написали статтю «Фотовольтаїка терраватного розміру: трансформація глобальної енергетики», яка опублікована в журналі Science («Наука»).

У статті йдеться про те, що фотоелектрична сонячна енергетика здатна радикально змінити глобальний енергетичний ринок, а саме, забезпечувати вже в досяжному майбутньому левову частку споживання енергії на Землі. Для цього буде потрібен розвиток технологій, що доповнюють сонячну енергетику і також розглядаються в роботі.

Сонячні ресурси колосальні і невичерпні, є всюди, а вироблення сонячних електростанцій передбачуване, йдеться в статті.

Встановлена потужність сонячних фотоелектричних електростанцій на Землі перевищила 500 ГВт в кінці 2018 року, і, згідно з прогнозами, наступні 500 ГВт будуть встановлені до 2022-2023 років. Ми вступимо в еру сонячної енергетики «терраватного масштабу» (1 терават дорівнює 1000 гігават).

«Стрімке зростання сонячної енергетики застигло спостерігачів, включаючи багатьох з нас, зненацька», - пишуть автори. Два роки тому ми концентрувалися на завданнях по досягненню від 3 до 10 ТВт до 2030 року. Тепер ми передбачаємо майбутнє, в якому до 2030 року встановлено ~10 ТВт, а до 2050 року - від 30 до 70 ТВт, що забезпечують більшу частину світової енергії. Фотовольтаїка буде не тільки найбільшим виробником електрики, а й ключовим постачальником енергії в усі сегменти глобальної енергетичної системи.

Для такого масштабного розгортання сонячної енергетики будуть потрібні серйозні зміни в ряді «суміжних областей». Автори розглядають п'ять напрямків.

Інтеграція в енергосистему і силова електроніка

З ростом частки фотоелектричної енергетики в системі, сонячні електростанції все частіше надають послуги з надійності, такі як регулювання напруги і частоти. Для цієї мети було розроблено нове покоління фотоелектричних інверторів. При дуже високій частці фотовольтаїки будуть використовуватися нові технології, такі як віртуальні контролери коливань (virtual oscillation controllers), а зв'язок сонячних електростанцій з накопичувачами енергії дозволить створити надійні і відмовостійкі системи.

Системи зберігання енергії

За останні вісім років ціна на літій-іонні акумулятори знизилася на 80%, і очікується подальше її зниження через збільшення виробничих потужностей і технологічних досягнень. У той же час науково-дослідні і дослідно-конструкторські роботи, а також промисловість працюють над створенням нових економічно ефективних матеріалів з більш високою щільністю енергії в якості альтернативи літій-іонним батареям. Також не варто скидати з рахунків гідроакумулюючі електростанції (ГАЕС), для яких в світі існує значний технічний потенціал, і які можуть забезпечувати, як короткострокове реагування, так і тривале зберігання енергії з низькими витратами.

Взаємодія секторів споживання енергії

Транспорт і теплопостачання - найбільші споживачі викопного палива. Їх електрифікація може радикально підвищити обсяги використання ВДЕ.

Дешева сонячна електроенергія може бути використана для виробництва водню і аміаку, завдяки чому такі галузі, як виробництво сталі, заліза і добрив, зможуть скоротити викиди парникових газів.

Енергія-Х/Газ ( Power - to -Х/Gas )

Для виробництва водню, метану та інших вуглеводнів можна використовувати дешеву вітрову і сонячну електрику. Потім цю сировину може бути використано в якості синтетичного палива і хімікатів для промислових процесів. Завдяки використанню технологій перетворення енергії на газ або інші субстанції, колосальні обсяги в сонячній і вітровій енергії можуть зберігатися в якості хімічного палива протягом тривалих періодів часу. Дослідники бачать тут великий потенціал для зростання ефективності і зниження витрат.

НДДКР і виробництво

На думку експертів, «крива навчання» в фотовольтаїці, яка за останні 40 років відображала зниження витрат на модулі на 23% на кожне подвоєння встановленої потужності, буде продовжена далі. Прогрес (в плані економіки і ефективності) відзначається як в кремнієвих технологіях, на частку яких припадає 95 відсотків світового ринку, так і в тонкоплівкових і багатоперехідних елементах.

Збільшення обсягів виробництва вимагає нових зусиль в області НДДКР. Достатність матеріалів (особливо споживання срібла), довговічність і утилізація стають предметом особливої уваги, коли ми дивимося на сонячну енергетику тераваттного масштабу.

Автори роблять висновок, що сонячна енергетика має достатній потенціал, щоб грати центральну роль в майбутній глобальній енергетичній системі.

Джерело