Антифриз может способствовать снижению стоимости получения солнечной электроэнергии

Антифризы в солнечных установках

В солнечные летние дни панели плоских солнечных коллекторов с селективно-поглощающей пленкой нагреваются свыше 180°C, а температура вакуумированных трубчатых коллекторов поднимается до 250°C. При таких температурах возможно вскипание теплоносителя, начинается вибрация солнечных коллекторов, и иногда жидкость выливается наружу. Если при выключении тока и ремонте солнечного коллектора в трубах остается воздух, то при включении тока в коллекторе и трубах произойдут разрушения.

Когда падает нагрузка потребления, возникают излишки тепла в аккумуляторных баках. При этом появляется ряд новых проблем:

  • выдержат ли материалы аккумуляторного бака новую нагрузку;
  • не откажут ли в работе насосы;
  • не появится ли опасность загорания в системе горячего водоснабжения.

Для предотвращения возможных нарушений в системе следует установить механизм отключения коллекторных насосов на случай повышения температуры сверх установленной нормы. Необходимо также принять во внимание возможность перегрева коллектора при отсутствии отвода тепла.

Применение антифризных растворов имеет как преимущества, так и недостатки.

Преимущества применения антифризов

  1. В коллекторном контуре двухконтурной системы можно использовать насосы с малыми оборотами.
  2. Обычно антифризы применяют вместе с антикоррозионными добавками; в этом случае в качестве материалов для изготовления солнечных коллекторов и трубопроводов можно использовать дешевые марки стали.
  3. В системах солнечного отопления и горячего водоснабжения существуют 2 отдельных контура, разделяемых в теплообменнике, поэтому, выбрав подходящую по давлению часть контура, можно легко подключиться к водопроводной сети.
  4. Не существует опасности замерзания, нет особых ограничений в градиенте температур по длине труб (для слива антифризов в нижней части системы следует установить дренажный кран).

Недостатки применения антифризов

  1. Необходимо установить теплообменник. По сравнению с непосредственным обогревом температура теплоносителя должна быть выше, при этом КПД солнечного коллектора падает и выработка тепла в течение года уменьшается на 10. 20%.
  2. Для системы горячего водоснабжения используются антифризы на основе пропиленгликоля. Как правило, растворы одних изготовителей нельзя смешивать с растворами других изготовителей. По мере уменьшения их содержания в трубопроводах антифризы нельзя пополнять водой.
  3. При использовании антифризных растворов необходимо учитывать возможность их испарения, разжижения, вскипания или просто ухудшения качества. В этой связи требуется надежная система контроля.
  4. У антифризов по сравнению с водой теплоемкость и теплопроводность ниже, а вязкость выше, поэтому необходимо при их использовании устанавливать теплообменник значительно большего размера. В утренние часы, когда температура воздуха невысокая и вязкость антифриза относительно велика, требуются большие усилия по перекачке растворов, т.е. увеличивается нагрузка насоса. Днем температура воздуха растет, и насос работает в облегченном режиме.
  5. Стоимость антифризов высока.
  6. Если емкость расширительного бака недостаточна, то при отключении тока в коллекторе возможно вскипание раствора и выливание жидкости из расширительного бака.

Существуют антифризы, в состав которых входит водный раствор этиленгликоля, употребляемый для автомобилей, а также антифризы на основе водного раствора пропиленгликоля.

В водный раствор этиленгликоля добавляют антикоррозийные токсичные добавки на основе солей азотистой кислоты. Такие антифризы можно использовать лишь в системах солнечного отопления.

Водный раствор пропиленгликоля почти не содержит вредных веществ и его можно использовать даже в системе горячего водоснабжения.

Если для получения антикоррозийных добавок используются нетоксичные вещества, то антифризы можно применять в системах с обычными теплообменниками.

Пользоваться антифризными растворами следует очень осторожно, поскольку в зависимости от концентрации меняется температура их замерзания. Например, температура замерзания водного раствора пропиленгликоля при 30%-ной концентрации составляет -11°C, а при 40%-ной — -20°C. При проектировании системы солнечного отопления следует помнить, что температура воздуха будет влиять на выбор необходимой концентрации антифризных растворов.

Когда Россия заменит уголь и газ энергией солнца и ветра

Политика развития так называемых новых источников энергии сформулирована в стратегических отраслевых документах — Доктрине энергетической безопасности и утвержденной в 2020 году Энергетической стратегии Российской Федерации до 2035 года. Правда, по самым благоприятным подсчетам, доля ВИЭ в российской энергосистеме к этому году составит 3-5%.

Выступая на Форуме стран — экспортеров газа (ФСЭГ), генеральный директор Российского энергетического агентства Минэнерго России Алексей Кулапин заявил о том, что пока ВИЭ не будут способны обеспечивать бесперебойное энергоснабжение, переходным топливом станет природный газ как наиболее чистый энергоресурс.

По словам председателя Наблюдательного совета Ассоциации «Совет производителей энергии» Александры Паниной, строительство объектов ВИЭ обходится значительно дороже, чем, например, угольных или газовых станций.

Основная доля среди ВИЭ в России приходится на гидроэнергетику. Генерация энергии от солнца, ветра и других источников, несмотря на огромный потенциал, развивается пока скромно.

Впрочем, за последние несколько лет в России начали производить оборудование для солнечной и ветровой энергетики, а также построили первые современные промышленные солнечные (СЭС) и ветровые (ВЭС) электростанции.

Солнечная энергетика в России

В марте 2021 года в России заработал закон о микрогенерации, благодаря которому у компаний и частных лиц появилась возможность продавать энергию во внешнюю сеть. Это значит, что домохозяйства, а также малые и средние предприятия, владеющие объектами микрогенерации, смогут поставлять избыточную электроэнергию в сеть — например, днем, когда потребление электроэнергии домохозяйством является низким, а выработка от домашней микро-СЭС — высокой. При этом выдача генерирующей мощности в сеть будет ограничена 15 кВт.

Но даже без этого темпы роста количества солнечных станций в России набирают обороты, особенно среди владельцев промышленных и коммерческих объектов. Во многих регионах РФ стоимость солнечной энергии уже ниже стоимости энергии из сети, а сроки окупаемости станций для предприятий снизились до пяти лет.

Татьяна Ланьшина, к.э.н., генеральный директор ассоциации «Цель номер семь», старший научный сотрудник РАНХиГС:

«Производство солнечной электроэнергии стало коммерчески целесообразным для многих небольших компаний, особенно в южных регионах страны. Малый и средний бизнес платит за электроэнергию больше всех — например, в Краснодарском крае тариф для МСП может достигать ₽11 за 1 кВт·ч. При этом стоимость производства электричества за счет энергии солнца в Краснодарском крае может составлять от ₽4,5 за 1 кВт·ч».

Самые крупные СЭС России — Старомарьевская СЭС в Ставропольском крае мощностью 100 МВт, Фунтовская СЭС мощностью 75 МВТ в Астраханской области, Самарская СЭС мощностью 75 МВт.

Как следует из недавно опубликованного исследования, перспективными регионами для развития солнечной энергетики могут стать Амурская область, Еврейская автономная область, Забайкальский край, Приморский край, Республика Алтай, Республика Бурятия, Республика Дагестан, Республика Тыва. В этих регионах солнечная генерация может обойтись менее чем в ₽4 за 1 кВт·ч. Интересно, что солнечных дней в некоторых городах Дальнего Востока, например, в Хабаровске, больше, чем в Сочи.

Ветроэнергетика в России

Размер российского ветроэнергетического рынка невелик и составляет менее 1% от мирового. Россия является единственной крупной экономикой мира, в которой ветроэнергетика только начинает делать первые шаги. Но есть и положительные тенденции — общая установленная мощность ВЭС в нашей стране составляет более 1 ГВт, причем за прошедший 2020 год ввели в эксплуатацию ряд новых ветроэнергетических установок общей мощностью 700 МВт.

Самые крупные ВЭС — Кочубеевская ВЭС мощностью 210 МВт в Ставропольском крае и Адыгейская ВЭС мощность 150 МВт. Обе ветроэлектростанции были построены при помощи дочерней компании «Росатома».

Как российский бизнес заинтересовался ВИЭ

В России начинает формироваться корпоративный спрос на электроэнергию от ВИЭ, в первую очередь, на фотовольтаические установки. Компании привлекают снизившаяся за последние годы стоимость солнечных модулей и возможность с их помощью экономить на тарифах на электроэнергию.

  • нефтегазовые компании — 73,91% (11,45 МВт);
  • объекты коммерческой недвижимости — 15,91% (2,47 МВ);
  • горнодобывающие компании — 6,84% (1 060 кВт).

В середине апреля инвестиционное подразделение Ingka Group (материнской компании IKEA) заявило о крупнейшей сделке стоимостью ₽21 млрд, в результате которой компания приобрела 49% акций в восьми солнечных фотоэлектрических парках в разных регионах России. Солнечная энергия, полученная из них, позволит обеспечивать электричеством все 17 магазинов IKEA в России, а также несколько ТРЦ Мега. Это первая инвестиция такого масштаба иностранной компании в развитие ВИЭ в России.

Свои объекты ВИЭ есть у корпораций «Лукойл» (10 МВт), «Газпром» (1,2 МВт), L‘Oreal (500 кВт), СИБУР (471,5 кВт), «Полиметалл» (пока 1 МВт, но ведется строительство), агропромышленного комплекса «Ам-Ам» (300 кВт — 1-я очередь), предприятий «Транснефти» (496 кВт). Еще ряд компаний строят СЭС мощностью 100 и более кВт.

Примеры использования ВИЭ российскими компаниями

Фотоэлектрическая система энергоснабжения (ФЭС) мощностью 252 кВт на своем предприятии в Новокуйбышевске.

СЭС мощностью 1,2 МВт на Омском нефтеперерабатывающем заводе.

Строительство новых СЭС на неиспользуемых площадках НПЗ в Саратове и Волгограде, а также проекты по строительству ВЭС.

АО «Сибурэнергоменеджмент» (входит в «СИБУР Холдинг»)

Договор с ПАО «ТГК-1» на поставку энергии, выработанной на Лесогорской ГЭС.

Новый цех в соответствии со стандартами «зеленого» строительства LEED в индустриальном парке Ворсино в Калужской области, и собственная СЭС, которая обеспечивает объект энергией.

Строительство СЭС и ветрогенераторов в Аксайском районе Ростовской области общей мощностью 200 КВт для обеспечения энергией ТРК Мега.

Совместное предприятие российского подразделения энергетического концерна Fortum и РФПИ начало обеспечивать поставки электроэнергии, произведенной ветропарками в Ростовской области, на завод Procter&Gamble в Новомосковске Тульской области.

Первой среди горнолыжных баз России установила пилотную солнечную электростанцию мощностью 80 кВт.

Торговый комплекс Гарант (Краснодар)

Сетевая солнечная электростанция установленной мощностью 427 кВт.

«За 2019-20 годы российскому бизнесу удалось реализовать несколько пилотных проектов. Теперь компании знают, как это работает, и видят, как с помощью солнца можно реально экономить деньги. Поэтому в ближайшие год-два рынок СЭС для бизнеса вырастет многократно, особенно среди владельцев складов и коммерческой недвижимости, для которых СЭС стоят меньше всего. Мир прошел этот этап на пару лет раньше, так что динамика мирового рынка только подтверждает этот прогноз для нашей страны», — уверен гендиректор Neosun Energy Илья Лихов.

Аналитики Neosun Energy также изучили ввод нового генерирующего оборудования в работу на электростанциях ЕЭС России за пять лет. Выяснилось, что по сравнению с 2015 годом объекты, функционирующие на основе использования ВИЭ, в 2019 году стали строиться в девять раз чаще. Даже два года назад прогнозировать такое было сложно — в 2018 году на возобновляемые источники энергии приходилось всего 7,6% введенного нового генерирующего оборудования, но по итогам 2019 их доля выросла почти в четыре раза — до 29,1%.

Читайте также  Технология струйного заряда аккумулятора

Большая часть построенных в 2019 году объектов ВИЭ пришлась на солнечные электростанции (57%, в 2017 году — 29%). Вторую строчку заняли ГЭС (38%, в 2017 году — 64%), а третью ВЭС (5%, в 2017 году — 7%).

«В 2019 году в мире на проекты ВИЭ пришлось почти 75% всех новых запущенных в эксплуатацию объектов генерации. При этом 90% из них — это солнечные и ветровые электростанции. Росту доли таких проектов на рынке энергетики будут способствовать дальнейшее снижение капитальных затрат при строительстве объектов ВИЭ, скорость их ввода в эксплуатацию и сокращение сроков окупаемости», — полагает Лихов из Neosun Energy.

В декабре 2020 года стали доступны российские «зеленые» сертификаты, выпускаемые по стандартам I-REC. Кроме того, специалисты прогнозируют корпоративный спрос на ветропарки, а также интерес к созданию «зеленых» особых экономических зон, в том числе на базе уже существующих территорий со специальным статусом, в которых инвестору будут предложены налоговые льготы, зеленая инфраструктура и электроэнергия от ВИЭ.

Есть ли будущее у альтернативных источников энергии в России

Несмотря на положительные тенденции, об активном развитии ВИЭ в России речи пока не идет.

Полноценному развитию ВИЭ в России препятствует отсутствие амбициозных национальных целей в области развития ВИЭ, а также распространенность неверных убеждений, считает Ланьшина из РАНХиГС. «Например, многие жители страны, включая лиц, принимающих решения, сомневаются, что за счет энергии солнца и ветра можно стабильно снабжать предприятия электроэнергией, считают, что для солнечной электростанции необходима огромная территория, а также не знают о том, что в России производство солнечной электроэнергии сегодня может стоить менее ₽4 за 1 кВт·ч», — добавляет она.

Еще одна из причин отсутствия развития в этой сфере — недостаточное количество специалистов в области ВИЭ.

Илья Лихов, гендиректор Neosun Energy:

«К сожалению, в России слабая инженерная база. У нас мало инженеров, ориентирующихся в современном оборудовании и технологиях, которые могли бы заниматься практическим обучением новых специалистов. Сейчас институт инжиниринга в России — это наследие СССР, которое с 1980-х годов эволюционирует очень медленно, а зачастую и вовсе закрыто к современным идеям».

В комплексе изменить систему поможет развитие образовательных проектов. Так, группа «Роснано» с издательством «Точка.Digital» и Ассоциацией развития возобновляемой энергетики выпустили учебное пособие «Развитие возобновляемой энергетики в России: технологии и экономика».

С конца 2019 года в России работает образовательный проект «Солнечные школы» — на крышах школ устанавливаются фотоэлектрические модули для производства электроэнергии. При этом солнечная энергия накапливается с помощью современных аккумуляторных систем, а электроэнергию, полученную с ее помощью, можно использовать в школе — например, для освещения или зарядки смартфонов.

Ирина Головашина, представитель Гёте-Института в Москве:

«На уроках дети могут сами познакомиться с принципами работы фотоэлектрических систем. Сейчас солнечные панели установлены на крышах школ в Москве, Санкт-Петербурге, Самаре, Краснодаре, Калининграде, Уфе и Ульяновске. При этом каждая школа-участница проекта получила в подарок «Чемоданчики для экспериментов», с помощью которых ученики могут выполнять различные лабораторные работы и углублять практические навыки».

Развиваться в этой сфере заинтересованные школьники смогут в проекте «Солнечные Университеты», который реализует МЭИ вместе с компаниями eclareon и НП «Евросолар». В нем участвуют вузы из Москвы, Калининградской области, Краснодарского края, Башкортостана, Ульяновской и Самарской областей и многие другие.

Татьяна Андреева, проект-менеджер eclareon GmbH, координатор проекта «ENABLING PV in Russia»:

«Цель проекта — создать сеть между университетами и «солнечными школами» и предложить выпускникам семи школ подходящую платформу и пул знаний для обучения в области энергетических технологий и энергетической промышленности в сфере ВИЭ. Участвующие российские университеты будут объединяться с немецкими университетами, научно-исследовательскими институтами, уже создавшими учебные и образовательные программы, а также исследовательские проекты в области фотовольтаики и ВИЭ».

Число образовательных проектов будет неизбежно увеличиваться, ведь ВИЭ продолжают создавать многочисленные рабочие места по всему миру. Согласно данным Международного агентства по возобновляемым источникам энергии (IRENA), количество рабочих мест в секторе достигло в 2020 году 11,5 млн по всему миру. Большинство работ — в сфере солнечной энергетики, здесь заняты 3,8 млн сотрудников.

Увеличение мощности солнечных панелей за счёт новых технологий сделает такую энергию более дешёвой

Долгие годы ведутся работы над удешевлением процесса получения электроэнергии с помощью солнечных панелей. В последнее время они сфокусированы на увеличении мощности каждой панели благодаря использованию новых технологий и материалов, с помощью которых можно будет получать больше энергии от ферм прежнего размера. Ожидается, что работа именно в этом направлении сделает солнечную энергию более доступной.

«В первые 20 лет XXI века наблюдалось значительное снижение стоимости модулей, но в последние два года эта тенденция заметно замедлилась. К счастью, новые технологии будут способствовать дальнейшему снижению стоимости электроэнергии», — считает Сяоцзин Сун (Xiaojing Sun), руководитель отдела глобальных исследований в области солнечной энергетики в компании Wood Mackenzie Ltd.

График снижения стоимости солнечных панелей / Изображение: PVinsights

Создание масштабных ферм солнечных панелей, автоматизация и интеграция эффективных технологий позволили добиться значительной экономии благодаря уменьшению затрат на рабочую силу и снижению отходов на производствах оборудования. Стоит отметить, что средняя стоимость солнечной панели в период с 2010 по 2020 годы снизилась на 90 %. Увеличение количества вырабатываемой энергии на каждую панель означает, что солнечным фермам будет достаточно предприятия меньшего размера для предоставления того же объёма энергии. Это также важный момент, поскольку стоимость земли под строительство, возведение фермы, проектирование и покупка сопутствующего оборудования снижается в цене не так быстро, как цена самих солнечных панелей.

Примечательно, что более мощные системы появляются уже сейчас. На протяжении большей части последнего десятилетия мощность многих солнечных панелей не превышала 400 Вт. В начале 2020 года производители начали поставлять 500-ваттные панели, а в этом году китайская компания Risen Energy Co. представила 700-ваттную модель.

Перовскитовый солнечный элемент / Изображение: Bloomberg

Повысить эффективность выработки электроэнергии могут современные материалы, наиболее эффективным из которых является перовскит. Более тонкий и прозрачный по сравнению с поликремнием, который традиционно использовался в солнечных панелях, перовскит можно наслоить поверх существующих солнечных панелей для повышения их эффективности. Кроме того, перовскит можно интегрировать в стёкла для создания окон в зданиях, которые способны генерировать энергию самостоятельно. Использовать перовскит ранее было нецелесообразно с финансовой точки зрения, но, похоже, в последнее время ситуация изменилась. В мае 2020 года компания Wuxi UtmoLight Technology Co. объявила о намерении выпустить пробную серию панелей на основе перовскита к октябрю, а массовое производство будет организовано к 2023 году.

Солнечная ферма в китайском Тунчуане

Ещё один вариант повышения эффективности заключается в использовании двухсторонних панелей. Стандартные солнечные панели могут вырабатывать энергию за счёт обращённой к солнцу стороны. Но они также могут собирать часть отражаемой от земли энергии. Заменив непрозрачный материал основы панелей специальным стеклом, можно получить дополнительную энергию. Панели такого типа начали пользоваться популярностью в 2019 году и с тех пор их стоимость существенно снизилась.

Обеспечить увеличение мощности можно за счёт перехода от положительно заряженного кремниевого материала к отрицательно заряженным продуктам n-типа. Материал такого типа изготавливается путём легирования поликремния небольшим количеством элемента с дополнительным электроном, например, фосфором. Такой материал дороже в производстве, но он на 3,5 % эффективнее используемых в настоящее время аналогов. Ожидается, что панели на основе такого материала появятся на рынке в 2024 году, а уже к 2028 году будут преобладать на нем.

Линия сборки солнечных модулей в китайском Хайане / Изображение: Getty Images

Ещё одно направление повышения эффективности работы солнечных панелей связано с увеличением размера солнечных пластин. С 2010 года стандартный размер солнечной пластины составлял 156 мм. Последнее время производители стали увеличивать площадь, чтобы повысить эффективность и снизить производственные затраты. Согласно имеющимся данным в данный момент они продвигают 182- и 210-миллиметровые солнечные пластины, которые, как ожидается, займут больше половины рынка к 2023 году.

Солнечная энергетика: перспективы

Солнечная энергетика — одна из наиболее быстрорастущих индустрий на текущий момент. За последнее десятилетие средний годовой темп её роста составил 49% г/г (Mackenzie, 2020). В нашем отчёте мы провели анализ причин этого роста и представили наш прогноз по развитию рынка солнечной энергетики на ближайшие годы.

Кроме того, мы нашли основные компании-бенефициары, которые выиграют от роста рынка солнечной энергетики. Энергетические компании создадут дополнительный спрос на солнечные панели, что многократно увеличит продажи их производителей. Сгенерированная с помощью солнечных панелей энергия потребует роста числа батарей для её хранения, который также положительно скажется на производителях. А изготовители батарей будут закупать всё больше сырья для производства, стимулируя его добычу (в первую очередь лития) и, следовательно, продажи добывающих компаний.

Снижение цен на солнечные панели увеличивает популярность солнечной энергетики

Наиболее существенной причиной такого роста является снижение затрат на солнечные панели. За последние 10 лет их средняя стоимость упала с $40 000 в 2010 году до $20 000 в 2019. Из-за того, что солнечная панель — наиболее существенная статья затрат в установке для получения энергии от солнца, снижение её стоимости ведёт к общему сокращению затрат на солнечную энергию. Поэтому солнечная энергия становится более дешевой: за последние 10 лет затраты на электричество, получаемое электростанциями от солнечных панелей, снизились на 82% — с $378 до $68 за 1 МВт*ч. На текущий момент солнечные панели являются одним из наиболее дешевых источников энергии, уступая по этому показателю только ветрогенераторам.

Солнечная энергетика становится более удобной в использовании из-за падения цен на батареи для дома

Читайте также  Особенности приема сигналов с круговой поляризацией

В связке с солнечными панелями часто используются батареи, которые аккумулируют электроэнергию в периоды её избытка и отдают её в моменты нехватки солнца. Ещё десять лет назад батареи были достаточно дорогими и позволяли аккумулировать более чем в 2 раза меньше электроэнергии (при прочих равных), чем сейчас. Высокая цена на батареи ограничивала спрос на солнечную энергетику: энергетические компании предпочитали использовать более надежное и стабильное сжигание газа, а жители США отказывались вкладываться в нерентабельное оборудование.

Но в последние годы цена на батареи снизилась: она упала с $1183 (КВт*ч) в 2010 г. до $156 (КВт*ч) в 2020 г. Это произошло за счёт эффекта масштаба: за последнее десятилетие производство крупных батарей выросло до уровня масс-маркета, что сильно понизило их стоимость. При этом ожидается, что в будущем их цена продолжит снижаться и достигнет $100 (КВт*ч) в течение трёх лет. Из-за удешевления батарей солнечная энергетика стала более доступной и удобной для людей. Раньше большая часть населения и энергетических компаний использовала солнечные панели без батарей или же отказывалась от солнечной энергетики. Сейчас же продажи батарей для солнечных панелей ежегодно растут на 30% в год, а учитывая прогнозируемое нами снижение их цены, в ближайшие годы этот темп роста сохранится.

США активно поддерживает развитие солнечной энергетики

Граждане и юридические лица США могут получить налоговый вычет в размере 30% от стоимости солнечной батареи. Также государство позволяет физическим лицам зарабатывать на генерации солнечной электроэнергии: за каждый МВт*ч, сгенерированный солнечной батареей, они получают сертификат Solar Renewable Energy Certificate (SREC). Этот сертификат они могут продать энергетической компании, которая обязана либо сама получить определенное количество SREC, либо купить их у населения. Такие сертификаты, в зависимости от штата, могут стоить от $50 до $300 долларов.

Кроме того, одним из планов Джо Байдена является поддержка возобновляемой энергетики. Будущий 46-й президент США заявил, что планирует потратить $2 трлн в течение 4 лет своего президентского срока на возобновляемую энергетику: на модернизацию энергетической инфраструктуры и её декарбонизацию, на рост числа электромобилей и на исследования в области возобновляемой энергетики. Долгосрочным результатом своей политики будущий президент видит прекращение выбросов углекислого газа на электростанциях уже к 2035 году. Мы считаем, что политика президента положительно скажется на солнечной энергетике и позволит увеличить продажи компаний, производящих солнечные панели.

Двузначные темпы роста рынка солнечных панелей сохранятся в ближайшие 3 года

По нашей оценке, высокий темп роста продаж солнечных панелей сохранится на уровне 17% на ближайшие 3 года из-за того, что:

  • Солнечная энергия сейчас — один из наиболее дешевых источников энергии. Учитывая её текущую долю в общем производстве электроэнергии США (1%), у неё есть большой потенциал для роста.
  • Одной из главных инициатив президента США Джо Байдена является поддержка возобновляемой энергетики, а также стремление к полному отказу от использования углеводородов на электростанциях к 2035.
  • Рост объёмов производства позволит ещё сильнее снизить стоимость солнечных панелей и батарей для них, что сделает их ещё более доступными.

Основные бенефициары

Учитывая высокие прогнозируемые темпы роста индустрии, мы ожидаем аналогичный рост выручки лидеров этого рынка, а значит — рост стоимости их акций. Мы выделяем четыре группы бенефициаров:

  • Производители солнечных панелей. На Санкт-Петербургской бирже есть большое количество успешных компаний-производителей солнечных батарей: SolarEdge (SEDG), First Solar (FSLR), NextEra Energy (NEE), Enphase energy (ENPH).
  • Производители батарей. Основными игроками на этом рынке являются Enersys (ENS), General electric (GE), Johnson Controls (JCI), Enphase energy (ENPH). При этом для части этих компаний производство батарей для дома — это только небольшая часть бизнеса. Больше всего на производстве батарей сконцентрированы Enersys и Enphase energy.
  • Поставщики сырья, которое используется в производстве батарей. Мы видим большой потенциал в компаниях, поставляющих на рынок литий — один из основных металлов в литий-ионных батареях (наиболее популярном и эффективном типе батарей). Основные компании, которые доступны на Санкт-Петербургской бирже: Livent Corporation, которая почти полностью фокусируется на добыче лития, и Albemarle, более 35% выручки которой приходится на добычу лития.
  • Поставщики сырья, которое используется в производстве солнечных панелей. Мы считаем, что компании, которые поставляют сырьё для солнечных панелей, не так привлекательны. Дело в том, что основным компонентом для этих панелей является кремний — он уже используется во многих других сферах, поэтому рост солнечной энергетики существенно не увеличит его добычу. А редкие металлы, используемые в солнечных панелях (такие как галлий и индий), составляют только незначительную долю в выручке добывающих их компаний — солнечная энергетика также существенно не повлияет на них.

Статья написана в соавторстве с аналитиком компании Invest Heroes, Денисом Лазаревым

Экономика солнечной энергетики: очень дёшево, но будет намного дешевле

В научном журнале Progress in Photovoltaics опубликована статья «Влияние средневзвешенной стоимости капитала, капитальных затрат и других параметров на будущую приведённую стоимость энергии промышленных фотоэлектрических электростанций».

Авторы отмечают, что потенциал солнечной энергии недооценивается многими исследователями и институтами, не только такими как Международное энергетическое агентство (МЭА), но и, скажем, МГЭИК или Европейской комиссией. Это происходит в связи с тем, что многие «основные учреждения отстают от реального развития рынка», используют в своих расчётах, прогнозах и сценариях устаревшие данные о стоимости солнечной энергии и недооценивают потенциал её снижения.

Новая статья призвана ликвидировать это пробел, она содержит самые свежие оценки реальной стоимости (LCOE) солнечной электроэнергии в разных европейских регионах, а также сценарии возможного развития солнечной генерации.

CAPEX

Предположения авторов о нынешнем (2019 год) уровне капитальных затрат (CAPEX) в фотоэлектрической солнечной энергетике являются довольно агрессивными.

В своих расчётах они используют следующие данные (на киловатт установленной мощности):

Солнечные модули: 197 евро;

Инверторы: 25 евро;

Прочие расходы (Balance of System – BOS): 240 евро. В прочие расходы не включена стоимость/аренда земли, она отнесена к операционным затратам.

В результате сегодняшние капитальные затраты составляют примерно 460 евро за киловатт. Это довольно смелое предположение, которое можно сравнить с последними данными IRENA. Впрочем, авторов нельзя упрекнуть в фантазиях, они подкрепляют свои расчёты ссылками на источники.

Далее авторы приводят три сценария снижения капитальных затрат. Как мы видим на верхнем рисунке, в самом агрессивном сценарии CAPEX может снизиться к 2050 году до 110-120 евро за киловатт установленной мощности.

OPEX

Операционные расходы оцениваются в 9,2 евро на киловатт установленной мощности в год, в том числе половину составляют затраты на эксплуатацию и техническое облуживание, половину – стоимость земельного участка и другие операционные расходы.

Авторы отмечают, что в прошлом, когда выгодные льготные тарифы были доминирующей бизнес-моделью в солнечной энергетике, удельные затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание были чрезвычайно высокими. В частности, приводятся данные, что в 2011 году они составляли 35 евро/кВт/год. Однако с тех пор они упали в несколько раз, коэффициент обучения (learning rate) в период 2010-2016, по оценке авторов, составлял 37%.

Деградация солнечных модулей

При расчётах стоимости электроэнергии фотоэлектрических систем нужно учитывать деградацию солнечных модулей. Стандартная гарантия, которую предоставляет большинство производителей солнечных батарей: 25 лет при сохранении на 25-й год 80% паспортной мощности. То есть стандартный («гарантийный») коэффициент деградации составляет 0,9% в год. «На самом деле, большинство систем в Европе деградирует гораздо меньше, и, например, для немецких кровельных систем была зафиксирована средняя деградация в 0,2% в год», — отмечают авторы. В исследовании используется консервативная оценка 0,5% в год, а также 2% деградации в первый год.

Что в итоге? LCOE

Авторы рассчитали приведенную стоимость электроэнергии (LCOE) для шести регионов Европы (наверное, излишне напоминать, что выработка солнечной электростанции зависит от инсоляции, а таковая отличается от региона к региону). При этом были взяты четыре разных показателя стоимости капитала (WACC): 2%, 4%, 7% и 10%.

В расчёте LCOE учтена однократная замена инверторов в течение срока службы электростанции.

На графике показано развитие LCOE в период с 2019 по 2050 год. Синяя полоса на рисунке показывает LCOE с номинальным WACC 2%, красный — дополнительный LCOE с 4%, зеленый дополнительный LCOE — 7% и коричневый дополнительный LCOE — 10%.

LCOE при условии 7% номинальной WACC («нормальный уровень» для Европы) в 2019 году варьируется от 24 € за МВт*ч в Малаге (Испания) до 42 € за МВт*ч в Хельсинки (Финляндия). Эти цифры, утверждают исследователи, значительно ниже спотовых цен на электроэнергию на обоих рынках: 47 евро за МВт*ч в Финляндии и 57 евро в Испании.

В 2030 году диапазон LCOE составит 14-24 евро, а в 2050 году 9-15 евро за МВт*ч. Примечательно, что увеличение номинального WACC с 2 до 10% удваивает LCOE.

Структура стоимости (LCOE)

Важность стоимости финансирования подчёркнута на следующем графике – оно занимает весомую долю в структуре LCOE:

Данный расчёт приведён с использованием показателя стоимости капитала (WACC) 7% для Тулузы (Франция). «Финансирование» (на графике обозначено коричневым цветом) в данном случае – это разница между 2% и 7% WACC.

Отмечу, что уровень солнечной радиации в Тулузе сопоставим с южными регионами России (Астрахань, Приморский край), соответственно, и рассчитанный уровень LCOE может являться своего рода ориентиром (на будущее) для российской солнечной энергетики.

Системы накопления энергии

Авторы отмечают, что высокая доля солнечной фотоэлектрической энергии может быть достигнута только в случае использования систем хранения энергии. «В настоящее время и, скорее всего, также и в будущем, технология хранения, лидирующая в конкурентной борьбе — это батареи. Основная технология батарей для мобильных и стационарных приложений — литий-ион».

Читайте также  Защита насоса в скважине от забора воздуха

В рамках исследования авторы рассматривают капитальные затраты (CAPEX) систем хранения энергии на 2019 год в $275 за киловатт-час емкости. При этом в работе также приводятся прогнозы их дальнейшего снижения.

Самым любопытным выводом исследования является следующий: солнечные электростанции, оснащенные «двухчасовыми» (2 кВт*ч на 1 кВт установленной мощности солнечной электростанции) накопителями энергии, уже сегодня могут конкурировать со средними ценами на электроэнергию на спотовом рынке в Риме и Малаге. Еще более удивительно, что солнечные фотоэлектрические системы с часовым хранением станут конкурентоспособными в 2020 году в Лондоне и Тулузе, а к 2025 году в Хельсинки и Мюнхене — городах, не отличающихся богатыми солнечными ресурсами.

На графике ниже показана приведённая стоимость электроэнергии (LCOE) для промышленной солнечной электростанции мощностью 50 МВт, оснащенной системами накопления энергии двух размеров (50 и 100 МВт*ч) в рассматриваемых шести европейских регионах (WACC = 7%).

«Системные расходы»

Авторы отмечают, что возможные затраты на интеграцию солнечных электростанций в систему (grid integration costs) были тщательно изучены, например, в рамках проекта «PV Parity», и к 2030 году для большинства европейских стран они составят порядка от 0,01-0,02 евро/кВт*ч. Эти затраты в работе на учитываются, и можно дискутировать о том, справедливо ли их учитывать исключительно применительно к солнечным электростанциям.

Сценарии развития солнечной энергетики

Прогнозирование будущих объемов мощностей солнечной энергетики не являлось задачей работы, но эти прогнозы были необходимы для формирования ряда допущений.

В работе рассматриваются три сценария, которые основываются на выводах из докладов других авторов, в том числе МЭА. В пессимистичном сценарии к 2050 году установленная мощность фотоэлектрической солнечной энергетики достигнет 9000 ГВт, в базовом – 20 тысяч ГВТ, в сценарии «быстрого роста» — 62 тысячи ГВт (в последнем случае речь будет идти об электрификации всех секторов конечного потребления энергии преимущественно с помощью солнечной энергии).

Выводы

«Политики должны быть информированы о том, что фотоэлектрическая солнечная энергия является самой дешевой формой электроэнергии, особенно если учитывать присущие ей низкие экономические, технические и экологические риски», — отмечают авторы.

Выводы работы представляются довольно оптимистичными. В то же время можно согласиться, что указанные нынешние уровни капитальных затрат и LCOE могут быть достигнуты лучшими компаниями, качественно управляющими закупками, в идеально реализованных крупных проектах.

Сценарии снижения CAPEX и LCOE строятся на ряде допущений и предположений, некоторые из которых могут и не сбыться.

Несмотря на неопределенность будущего, которое мы знать не можем, практически не остается сомнений в одном: солнечная энергетика станет ключевой технологией производства электроэнергетики в обозримом будущем.

«Зеленая» энергетика: глобальный фейк или светлое будущее

Как известно, ведущие страны мира провозгласили ставку на так называемую «зеленую энергетику», с помощью которой они намереваются убить сразу двух зайцев: избавится от «углеводородного проклятья» и остановить глобальное потепление. Особенно активно в этом направлении стали действовать США, после того, как к власти в этой стране пришла администрация Джо Байдена. Америка уже вступила в бешеную гонку мегапроектов ветряных ферм, дав зелёный свет строительству и эксплуатации проекта Vineyard Wind 1 мощностью 800 мегаватт (МВт) в водах у побережья Массачусетса.

Ожидается, что проект Vineyard Wind при инвестициях в $3 млрд. создаст 3600 рабочих мест и обеспечит электроэнергией 400 тыс. домов и предприятий.

В марте министерства энергетики, внутренних дел и торговли США заявили, что они хотят, чтобы к 2030 году мощность морских ветроэнергетических установок достигла 30 гигаватт (ГВт), что, как надеется администрация Байдена, создаст тысячи рабочих мест и привлечёт миллиарды долларов инвестиций в ближайшие годы.

Но даже при таком плане США будут отставать в ветроэнергетике от Европы. В 2020 году в ЕС было установлено 2,9 ГВт морских ветроэнергетических установок, а к 2030 году планируется вводить по 4-4,5 Гвт ежегодно.

Между тем, несмотря на все оптимистичные заявления, эксперты вовсе не единодушны в оценке перспектив зеленой энергетики. Так, публицист Марина Шаповалова пишет в своем блоге:

«Почему, как говорят, заниматься сейчас «зелёными» технологиями выгодно.

В солнечную и ветровую генерацию в Европе вкладывается (в основном) государство. А также некоторые централизованные целевые фонды. То есть, производитель «зелёных» генераторов работает не на потребительский спрос — он получает свой доход из бюджета и от фондов. Сразу и с гарантией. Что, нет сомнений, очень выгодно. Производителю. А больше никому.

В противном случае вопрос о продвижении этих технологий вообще не возникал бы: любой конечный потребитель с радостью перешёл бы полностью на более выгодный источник генерации энергии, отказавшись от подключения к сетям, за потребление энергии, из которых надо платить больше. За солнечными панелями и ветряками очереди стояли бы, как в советском ЦУМе за импортными сапогами.

Однако конечный потребитель отлично знает, что ни единолично, ни в складчину с соседями, он не сможет свои энергетические потребности обеспечить только солнечными и ветряными генераторами. И отлично знает, почему.

Но при этом верит, когда ему говорят, что той же «дешёвой и чистой» генерацией обеспечиваются потребности города или региона. Потому что поначалу не видит затрат на неё из бюджета, хотя они предварительно вынуты из его же кармана.

Правда, к его, конечного потребителя, сожалению, это праздник неведения о затратах длится не вечно: расходы на эксплуатацию и обслуживание генераторов приходится оплачивать ему. Тарифы повышаются. Не только потому, что альтернативная генерация затратна — она ещё и непостоянна, то есть, требует дополнительного покрытия минимумов за счёт иных источников.

Если вы не понимаете, что «выгодность» солнечной и ветряной генерации — фейк и афера, то задайте себе вопрос: почему вы до сих пор не купили себе солнечные панели и ветряк, и не зажили счастливо и независимо, без необходимости платить ежемесячно за энергопотребление?

Указания на то, что существуют отдельные локации, где полный переход на солнечную и/или ветровую генерацию возможен и выгоден, хорошо объясняют суть темы. Да, кое-где их применение разумно и очень выгодно. Да, как дополнительный источник кое-где — тоже. Но ни в коем случае не как абсолютная альтернатива.

Настоящая альтернатива, кстати, это на современном технологическом уровне — только АЭС. В том числе с точки зрения и экологии, и исчерпаемости ресурсов. Но тут уже другая тема…»

Впрочем, есть и другой, не менее перспективный выход из положения. О нем сообщает канал Proeconomics:

«В мире на уровне правительств развитых стран складывает консенсус о том, что одним из видов «нового топлива», идущего на смену «старому» углеводородному, станет водород. Уже сегодня его потребление могло бы заменить до 7% используемой нефти (а мировом масштабе). Об основных проблемах перехода экономики на водород говорится в книге ИМЭМО РАН «Контуры мирового энергетического перехода / под ред. д.э.н. С.В. Жукова, 2020». Некоторые выдержки из этой работы.

«Потребность в водороде в чистом виде (уже сегодня) составляет около 70 млн. тонн в год, что эквивалентно 330 млн. т.н.э (или 2,2-2,3 млрд. баррелей нефти – 22 дня в год потребления нефти мировой экономикой, или 7% ежегодного потребления нефти).

Существующая трубопроводная система природного газа во многих странах гораздо более развита и может транспортировать водород с более низкими удельными затратами, чем это было бы в случае строительства новых специализированных водородных трубопроводов. К тому же водород движется по трубам почти в три раза быстрее метана, что делает этот вариант экономически выгодным для крупномасштабных перевозок. Но для того, чтобы водород стал таким же повсеместным, как природный газ, потребуется скоординированная программа модернизации инфраструктуры и строительства объектов.

В настоящее время производство водорода из природного газа с CCUS стоит $11-18/MMBtu, в то время как производство водорода из ВИЭ — $18-34/MMBtu. Хотя в некоторых регионах «избыточная» возобновляемая электроэнергия может быть получена по очень низким ценам, её доступность и равномерность распределения сегодня ограничены. Кроме того, электролиз является капиталоёмким процессом, поэтому использование только периодических излишков дешёвой электроэнергии, будет дорогостоящим способом получения водорода. Например, если бы электролизер имел доступ к бесплатному электричеству, но работал только коэффициентом нагрузки 10%, то производство водорода обошлось бы в $30/MMBtu. Тем не менее, поскольку ВИЭ составляют всё большую долю производства электроэнергии в сценарии устойчивого развития, вероятно, возникнут большие почасовые диспропорции в оптовых ценах на электроэнергию, что приведёт к улучшению экономики использования электролизеров в периоды низких цен.

Стоимость щелочных электролизеров, производимых в Северной Америке и Европе, снизилась на 40% в период с 2014 по 2019 год, а системы китайского производства уже на 80% дешевле, чем американские и европейские. При росте производства электролизеров и снижении затрат стоимость возобновляемого водорода составит $0,8-$1,6/кг в большинстве стран мира до 2050 года. Это эквивалентно текущим ценам на природный газ $6-12/MMBtu на основе энергетического эквивалента в Бразилии, Китае, Индии, Германии и Скандинавии, что делает водород конкурентоспособным и с природным газом, и с производством водорода из природного газа или угля с улавливанием и хранением углерода.

Введение водорода в количестве 5% в распределительную сеть для города с населением 3 млн. человек сегодня будет стоить $25-50 млн./год (с учётом подачи водорода с использованием электролиза, модернизации трубопроводов, компрессоров и дозаторов). Инвестиции в объекты по производству низкоуглеродного водорода составили бы около 80% от этих затрат. Если бы по всему миру было осуществлено 100 проектов, то они стимулировали бы дополнительные 1 млн. тонн ежегодных поставок водорода. Это привело бы к значительному расширению производственных и монтажных возможностей, способствуя повышению эффективности и снижению капитальных затрат на электролизеры примерно на 20%. Обеспечение такого уровня потребности в водороде за счет CCUS-риформинга природного газа, также способствовало бы накоплению жизненно важного опыта и снижению затрат».