Солнце непобедимое: что делать с расцветом солнечной энергетики (Fоrеign Pоliсу)

Солнце — самый многообещающий источник экологически чистой энергии, но для успешного перехода на него необходимо попрощаться с устаревшими политическими методами.

Солнечная энергия переживает период бурного роста. В 2017 году во всём мире было установлено солнечных установок общей мощностью почти в 100 гигаватт — а это пятьдесят плотин Гувера. Инвесторы вложили в эти проекты более 160 млрд долларов — больше, чем в любой другой источник энергииэкологически чистой или «грязной». Одновременно с этим стоимость солнечной энергии упала до немыслимо низких значений. В Мексике, Чили и Саудовской Аравии стоимость получаемого таким образом электричества составляет примерно 2 цента за киловатт-час: меньше половины стоимости энергии от угольных или газовых электростанций.

Правительственная поддержка сильно помогла этому солнечному буму. Развитые страны вроде Германии начали вкладывать деньги в расширение солнечной энергетики в 2000-е годы. Потом Китай потратил миллиарды на поддержку своих производителей солнечных панелей, что привело к созданию не имеющей аналогов отрасли, и ввёл требования к активному использованию солнечной энергетики, что сделало китайский рынок крупнейшим в мире. Было бы соблазнительно и дальше двигаться в том же направлении.

Но это было бы серьёзной ошибкой. Солнечная энергетика вышла из зачаточного состояния, и государственное регулирование, которое могло бы обеспечить её расцвет в грядущие десятилетия, серьёзно отличается от того, которое помогло обеспечить первоначальный рост.

Укрощение энергии Солнца — наиболее эффективный способ борьбы с климатическими изменениями и возможность получить дешёвую энергию для быстрорастущих экономик мира. Каждый час Земля получает от Солнца больше энергии, чем всё человечество использует за год. Но сейчас солнечная энергия составляет лишь 2% мировой энергетики и обеспечивает менее 1% общей потребности в энергии. Отрасли придётся преодолеть серьёзные препятствия, чтобы потеснить углеводороды с места главного источника энергии. Эти препятствия — включая недостаток инвестиций, технологическую стагнацию и неприспособленность существующих электросетей к большим объёмам нестабильной возобновимой энергии — могут привести к прекращению роста в этой отрасли и затруднят переход к чистой энергетике.

Чтобы сделать возможными долгосрочные проекты в солнечной энергетике, миру следует заняться инновациями сразу на трёх фронтах. Финансовые инновации должны облегчить крупнейшим фондам вложение средств в солнечную энергетику: для дальнейшего роста отрасли нужны триллионы долларов. Технологические инновации должны привести к смене солнечных панелей более универсальными в использовании покрытиями, что приведёт к резкому снижению стоимости получаемого электричества, а другие технологии помогут преобразовывать энергию Солнца в топливо. Наконец, системные инновации должны быть направлены на обновление электросетей и преобразование всей системы электроснабжения, чтобы облегчить накопление и использование солнечной энергии, несмотря на её пики и спады в течение дня.

Правительства стран всего мира должны сосредоточиться именно на этих трёх пунктах. К сожалению, наиболее частые формы политического вмешательства — например, прямое поощрение установки солнечных панелей на домах или повышение тарифов для стимуляции внутреннего производства — никак не связаны с вышеупомянутыми инновациями, что в результате приводит к денежным тратам без дальнейшего прогресса. Изменение в политическом подходе позволит странам мира пользоваться всеми выгодами чистого и мощного источника энергии, при этом делая свой вклад в сохранение планеты.

Солнечные батареи на электростанции Noor 1 в Марокко, 17 октября 2015 г.

В ближайшем будущем наиболее серьёзным препятствием на пути повсеместного внедрения солнечной энергии будет недостаток инвестиционного капитала. Проекты в этой области — от крупных «солнечных ферм» в пустынях до установки панелей на крышах домов — требуют значительного финансирования. При этом основные траты должны быть сделаны в самом начале: после установки солнечные панели просто остаются на своём месте, производя электричество. Им почти не требуется техническое обслуживание и совершенно не требуется питание, за исключением солнечных лучей; при этом они десятилетиями будут генерировать стабильную прибыль.

Пока что частные инвестиции в солнечную энергетику приходится привлекать государству, но эта стратегия почти исчерпала себя из-за масштаба внедрения солнечных панелей. Например, в Германии в расходах каждой семьи на электричество четверть уходит на субсидирование возобновляемой энергии; десять лет назад эти траты составляли лишь 5%. Нельзя ожидать, что налогоплательщики захотят расходовать ещё больше, а германское правительство уже урезало субсидии новым проектам в этой области.

В развивающихся странах, где помощь со стороны государства вообще невелика, независимые частные инвесторы должны играть ключевую роль в создании фундамента для развития солнечной энергетики. Например, Индии до 2022 года потребуется привлечь частных инвестиций на 100 млрд долларов, чтобы достичь амбициозной цели по установке солнечных электростанций общей мощностью в 100 гигаватт — а это больше, чем в прошлом году установили во всём мире. На практике же индийское правительство пока не может найти таких инвесторов, а Bloomberg прогнозирует, что частные капиталовложения в солнечную энергетику в период до 2040 года будут на 2,5 триллиона долларов ниже уровня, необходимого для предотвращения катастрофических изменений в климате.

Единственные инвесторы, у которых достаточно средств, чтобы взять на себя финансирование следующей стадии развития солнечной энергетики — это организации вроде пенсионных, страховых и суверенных инвестиционных фондов. Для них несколько триллионов долларов были бы более чем посильной суммой. Большинство таких фондов не воспользовались возможностью вложить средства в солнечную энергетику, хотя низкая рискованность и стабильная прибыль подобных проектов вполне вписывается в инвестиционные стратегии. Проблема здесь в том, что возобновляемая энергия не похожа на акции и облигации, которыми привыкли торговать инвестиционные организации. В отличие от ценных бумаг, проекты, связанные с солнечной энергетикой, мало подходят для диверсификации инвестиционного портфеля, и их невозможно покупать и продавать на рынках капитала.

Правительственные субсидии не помогут убедить инвестиционные организации вкладывать свой капитал в подобные проекты; вместо этого частному сектору следует разработать финансовые инструменты, которые могли бы облегчить инвестиции в солнечную энергетику. К счастью, движение в этом направлении есть. В Европе фондовые инвесторы получили возможность покупать доли в крупных солярных проектах, и популярность таких вложений растёт. В Соединённых Штатах компании начинают переходить к фондизации — финансовой практике, распространённой в кредитовании жилья и автомобилей, то есть, привлечению инвестиций для установки солнечных панелей на крышах домов с помощью объединения займов для потребителей солнечных установок и продажи их на рынках капитала. Хотя такая практика иногда бывает рискованной — что наглядно показал финансовый крах 2008 года, — благодаря ей инвесторы получают доступ к информации о результативности проектов в данной отрасли и кредитоспособности пользователей, а это значит, что становится возможным вместо спекуляций устанавливать разумные цены на бумаги, связанные с солнечной энергетикой.

Такие финансовые тенденции в развитом мире уже очевидны. Национальные правительства могут их подстегнуть невмешательством: например, упростив получение разрешений, необходимых для реализации солярных проектов. В развивающихся же странах правительствам необходимо серьёзнее заняться этой отраслью. Скажем, в Индии государственные электросети погрязли в таких долгах, что могут пойти на отказ от контрактов по покупке солнечной энергии, получаемой от новых мощностей. Сопутствующий риск отпугивает инвесторов, которые могли бы профинансировать будущие проекты. Правительственные реформы, направленные на оздоровление энергетической инфраструктуры, — например, введение таких тарифов, которые позволили бы покрывать расходы, вместо субсидирования пользователей ради политических выгод — помогли бы стимулировать активность частных инвесторов.

Поскольку для дальнейшего роста солнечной энергетики потребуются суммы на уровне триллионов долларов, государства просто не могут себе позволить дальнейшее субсидирование. Вместо этого им следует сосредоточиться на структурных экономических реформах для создания благоприятных условий для частного инвестирования.

Пассажиры садятся на дизель-электрический поезд, который питается от солнца. Нью Дели, Индия

Впечатляющий рост солнечной энергетики по всему миру скрывает удручающую стагнацию в технологиях. К тому времени, когда выйдет срок службы устанавливаемых сейчас панелей, может оказаться, что у нас не будет времени на разработку более продвинутых моделей, которые помогли бы бороться с углеродсодержащим выбросами. Чтобы быть готовыми к будущему, национальным правительствам стоит начинать вкладывать средства в инновации уже сейчас.

В настоящее время более 90% солнечных панелей производятся из кремния, чья стоимость за последние десять лет упала с 4$ до 40 центов за ватт мощности. Но хотя сейчас кремниевые солнечные панели с точки зрения цены вполне конкурентоспособны с электростанциями на ископаемом топливе, в будущем это может измениться. По мере установки всё большего числа панелей возникнет избыток электричества в сетях в полуденное время.

В результате потребители не будут нуждаться в дополнительном электричестве посреди дня; напротив, оно понадобится вечером, когда Солнце уже заходит и солнечные панели перестают работать. Таким образом, хотя получаемое от Солнца электричество в будущем может стать дешевле, чем сейчас, интерес потребителей — который и является главной оценкой ценности любого товара, — может упасть быстрее, чем сама цена. Иными словами, солнечная энергетика может стать жертвой собственного успеха: по мере подключения к сетям всё новых панелей, новичкам на рынке придётся продавать электричество по всё более низким расценкам. Инвесторы потеряют интерес к новым проектам, которые не в состоянии принести прибыль, окупающую затраты на них. В результате дальнейший рост в отрасли прекратится. Для поддержания экономической целесообразности солнечной энергетики по мере ввода в строй новых мощностей их стоимость должна падать ещё быстрее, чем сейчас.

Это требует вывода на рынок новых материалов с крайне низкой стоимостью и высокой эффективностью преобразования солнечного излучения в электричество. К счастью, различные научные лаборатории по всему миру уже испытывают альтернативы существующим материалам на кремниевой основе. Наиболее многообещающий материал нового поколения, так называемый перовскит, может стать основной широкомасштабного промышленного производства высокоэффективных покрытий с солнечными элементами различных цветов и степеней прозрачности. В будущем солнечная энергетика может стать повсеместной — лёгкое, гибкое, эстетичное покрытие можно с одинаковым успехом применять на городских небоскрёбах и в трущобах развивающихся стран.

Кроме новых видов покрытий появляются технологии, благодаря которым можно преобразовать солнечную энергию в топливо. Например, технология искусственных листьев, разработку которых вдохновила способность растений использовать солнечный свет для запасания энергии в виде сахаров, уже показывает отличные результаты в лаборатории и потенциально может помочь использовать энергию Солнца для разложения воды на водород и кислород. Получившийся водород можно применять либо как само по себе топливо — например, для транспортных средств — либо для производства жидкого топлива реакцией с углекислым газом, который выбрасывают электростанции на ископаемом топливом, что дополнительно поможет бороться с экологическими последствиями таких выбросов. Чистое топливо, получаемое благодаря солнечной энергии, ослабит роль нефтегазовой промышленности в снабжении топливом автомобилей, грузовиков, кораблей и самолётов.

Вывод на рынок этих прорывных технологий потребует государственного инвестирования. Десяток лет назад частные инвесторы вкладывали средства в инновационные солярные проекты, но почти все они провалились, когда китайские компании, получившие колоссальные кредиты от своего правительства, начали массовый экспорт кремниевых солнечных панелей. В результате частный сектор сейчас относится к гелиотехнологиям довольно пугливо. Для восстановления доверия требуется госфинансирование исследований в этой отрасли и создание технологий, из которых частные компании смогут извлечь выгоду.

В 2015 году крупнейшие экономические державы мира подписали Инновационную миссию — документ, предусматривающий двукратный рост государственного финансирования в НИОКР, связанные с чистой энергетикой. Однако мировой лидер в этой области, Соединённые Штаты, фактически отказались от этой задачи, поскольку президент Дональд Трамп собирается урезать финансирование разработок на две трети. Это стало бы катастрофой. Китай уже и так занимает доминирующую роль в мировом производство солнечных панелей, и единственный шанс США получить долю на этом быстрорастущем рынке — это начать производить продукцию более высокого технического уровня.

Недавнее решение Трампа ввести тарифы на импорт солнечных панелей было нацелено на возвращение производственных мощностей из Китая, но поскольку эти тарифы останутся в силе всего на четыре года, они не приведут к поощрению ни собственного производства, ни инноваций. Вместо этого политика Трампа означает повышение стоимости установки солнечных панелей в США, и поскольку основная масса рабочих мест в этой отрасли связана именно с установкой, тарифы нанесут больше вреда, чем принесут пользы.

Для США куда более выигрышной стратегией были бы инвестиции в солярные НИОКР — например, в рамках Управления по перспективным научным исследованиям в энергетике, созданного по образцу DARPA для финансирования инноваций в этой отрасли. Кроме того, американскому правительству надо помочь стартапам начать массовое производство продукции на основе прорывных технологий с помощью создания центров, где частные компании могли бы отладить производственные методы. Наконец, правительству следует профинансировать наиболее передовые и яркие проекты, чтобы поощрить частников вкладываться в инновационное производство.

Китайские рабочие на плавучей солнечной электростанции в Хуайнане, бывшем угледобывающем регионе. 11 декабря 2017 г.

Одна из причин, по которой солярный бум может постичь неудача, — это то, что существующие энергетические системы не приспособлены к колебаниям, которые характерны для солнечной энергии. Даже небольшие перемены погоды вроде проходящих облаков могут значительно изменить мощность солнечной фермы. Оптимисты утверждают, что вскоре станет экономически целесообразно запасать избыток солнечной энергии в обеденное время при помощи аккумуляторов, а потом использовать её после захода Солнца. Но это маловероятно. Хотя аккумуляторные технологии быстро развиваются, их использование для смягчения солярных флюктуаций по-прежнему было бы слишком дорогим решением.

Правительствам разных стран следует приступить к созданию более гибких энергетических систем, начиная с улучшения электросетей, чтобы приспособиться к росту доли солнечной энергетики.

Учитывая те цели, которые ставят перед собой многие страны, проблемы с существующими энергетическими системами могут стать колоссальными. Например, к середине века Германия собирается получать 30% электричества от Солнца, что вчетверо больше текущего уровня. Поскольку получать солнечную энергию можно только днём, годовой показатель в 30% означает строительство настолько избыточных мощностей, что в погожий день львиная доля получаемой энергии будет просто пропадать. Уже сейчас избыток энергии от возобновляемых источников просачивается через немецкие границы и угрожает перегрузками в электросетях соседних стран. В будущем, к которому стремится Германия, её сетям придётся справляться с растущим потоком непредсказуемой солнечной энергии. Солнечным днём избыток такой энергии перекроет и потребительский спрос, и возможности аккумуляторов; в ненастную погоду электросеть недосчитается серьёзной доли необходимого снабжения.

Аккумуляторы могут частично решить проблему, но расширение масштабов их использования не очень практично с точки зрения решения проблемы изменчивости солнечной энергии. По некоторым оценкам, для достижения 100% использования возобновляемой энергии США потребуется 37,8 млрд аккумуляторов, используемых в автомобилях Тесла. Это 320 аккумуляторов на каждый дом.

Есть и другие способы обуздать переменчивый характер светила. Гидроаккумулирующие электростанции с насосами, которые поднимают воду вверх, чтобы запасти энергию, а потом вниз для вращения турбины и производства электричества, в настоящее время представляют собой 90% мировых мощностей по аккумуляции энергии. Это единственный пример масштабной технологии, благодаря которой может получиться запасать солнечную энергию на длительный срок для смягчения погодных колебаний. Существует и особая разновидность солнечных энергоустановок, где используются фокусирующие зеркала, которые преобразуют солнечный свет в тепло. Такое решение могло бы дополнить более привычные солнечные панели, поскольку тепло можно использовать для производства электричества ночью.

Ядерные реакторы — крупнейший источник чистой энергии в США — тоже могут помочь сгладить солярные колебания, наращивая и снижая свою мощность. Это же касается и электростанций, работающих на природном газе, — а если их оборудовать устройствами для улавливания выбросов, то они станут источником безуглеродной энергии. В гамме недорогого, надёжного и чистого электричества солнечная энергия засияет как звезда, но ей нужна поддержка других видов энергии.

Сами электросети должны сыграть важную роль в движении к солярному будущему. Китай хочет создать общемировую сеть, благодаря которой можно будет солнечную энергию, получаемую в регионах с высоким уровнем инсоляции, перенаправлять в регионы с низким уровнем.

Вероятно, это слишком амбициозный проект, но в ближайшие десятилетия можно ожидать объединения региональных сетей. Такие сверхсети, которые свяжут Восточную Азию, Северную Америку и даже Европу с Северной Африкой, помогут перенаправлять энергию от удалённых солнечных установок к нуждающимся в ней городам.

Кроме того, обновлённая электросеть может перевернуть привычную модель, сложившуюся в XX веке, когда электростанции подают пользователям энергию в зависимости от нужд последних. В будущем же солнечные электростанции будут производить переменное количество энергии, а потребители смогут на лету изменять потребление в зависимости от доступности и расценок на электричество. К примеру, можно запрограммировать электроотопительные и водонагревательные приборы на снижение и повышение используемого электричества в зависимости от цены в то или иное время дня. Водители могут подзаряжать электромобили в полдень, когда в сети наблюдается избыток солярного электричества. В более позднее время автомобили могли бы отдавать энергию обратно в сеть для поддержания стабильного уровня в ней, при этом следя, чтобы заряд был достаточным для следующей поездки.

К сожалению, лишь немногие страны прилагают усилия по распространению таких системных инноваций. Китай здесь является исключением. Он создаёт общенациональную электросеть, которая будет в состоянии передавать гигантские объёмы возобновляемой энергии на значительные расстояния. Напротив, две другие страны, которые выбрасывают в атмосферу больше всего углерода — США и Индия — явно отстают. Соединённые Штаты парализованы широкой оппозицией дальним ЛЭП, которые снижают стоимость недвижимости и грозят экологическими осложнениями; из-за сопротивления активистов, перерасхода средств и задержек в проектах строительство новых ядерных реакторов ведётся крайне медленно; правительство слишком неспешно меняет нормативную базу, в результате чего у местных сетей нет никакого стимула переходить на новую модель. Ситуация в Индии, по всей видимости, ещё хуже: её ветхие сети не в состоянии справиться с возможным наплывом возобновляемой энергии, а государственное финансирование модернизации сетей совершенно недостаточно. Временные отключения электроэнергии, которые и без того считаются обычным явлением в этой стране, станут ещё более частыми.

У национальных правительств ещё есть время для решительных действий. Они располагают замечательной возможностью использовать снижение расценок на солнечную энергию для борьбы с углеродными выбросами, но для этого надо заняться долгосрочным планированием. Следует отойти от устаревшей политики и тщательно прорабатывать меры, которые будут стимулировать инновации. И награда — общемировой переход к чистой энергии — окупит все усилия.