Каждый этап экономического развития сопровождался характерным энергетическим переходом от одного основного источника топлива к другому. Сегодня ископаемые виды топлива — уголь, нефть и природный газ — на сегодняшний день являются доминирующим источником энергии в промышленно развитых странах и основным источником роста производства энергии в развивающихся странах. Но в XXI веке уже начинается следующий великий переход в области источников энергии — от ископаемого топлива к возобновляемым источникам энергии. Этот переход обусловлен многими факторами, включая опасения по поводу воздействия на окружающую среду (особенно изменения климата), ограничений на поставки ископаемого топлива, цен и технологических изменений.
Общество в конечном счете перейдет на возобновляемые источники энергии, поскольку запасы ископаемого топлива ограничены и создаются только с течением геологического времени. Таким образом, вопрос не в том, перейдет ли общество на возобновляемые источники энергии, а в том, когда. Срок службы запасов ископаемого топлива может быть продлен за счет новых технологий добычи, но необходимость минимизировать разрушительные последствия изменения климата является более насущной проблемой, чем истощение запасов ископаемого топлива. Если мы хотим избежать наихудших последствий повышения температуры и изменения климата, обществу необходимо перейти на возобновляемые источники энергии, в то время как большая часть ископаемого углерода все еще надежно захоронена в земной коре.
Этот модуль посвящен очертаниям новой экономики возобновляемых источников энергии, которая в конечном итоге должна утвердиться: какие возобновляемые источники энергии доступны и как будет определяться оптимальное сочетание возобновляемых источников энергии? Как будут варьироваться смеси возобновляемых источников энергии в зависимости от местоположения? Каковы вероятные прямые и внешние затраты на новые возобновляемые источники энергии? Как реалии использования возобновляемых источников энергии изменят способ использования энергии в экономике? Какие технические, экономические и политические корректировки потребуются для использования возобновляемых источников энергии, которые несколько отличаются от ископаемого топлива?
Солнечная энергия как вида возобновляемых источников энергии выпускается в трех основных формах: 1) Низкотемпературная солнечная тепловая энергия; 2) солнечная электрическая или фотоэлектрическая (PV); 3) высокотемпературная солнечная тепловая энергия.
Низкотемпературные солнечные установки включают в себя солнечное водяное отопление и солнечное обогрев помещений. Солнечный свет падает на какую-либо поверхность, обычно черную, для максимального поглощения солнечного света, что, в свою очередь, нагревает воздух или воду. Защитный слой остекления помогает удерживать захваченное тепло. Солнечное тепло может накапливаться в материалах большой массы, таких как вода или камень. Низкотемпературная солнечная энергетика обычно использует простые и проверенные технологии.
Солнечное водяное отопление уже составляет финансовую конкуренцию ископаемому топливу во многих климатических зонах. Солнечное отопление помещений также возможно, но проблема с экономикой солнечного отопления помещений заключается в том, что ежемесячный спрос и предложение почти прямо противоположны: наибольший спрос приходится на зиму, когда меньше всего солнца, а больше всего солнечного света бывает летом, когда спрос на тепловую энергию самый низкий. На практике это означает, что солнечным системам обогрева помещений почти всегда требуется какой-либо дополнительный источник тепла, поскольку предельные затраты на сбор солнечной энергии в разгар зимы чрезвычайно высоки. Дополнительное отопление увеличивает стоимость систем солнечного отопления.
Солнечная энергия также может быть использована для производства электроэнергии вместо тепла. Фотоэлектрические элементы (PV) используют полупроводниковый материал для генерации потока электричества при попадании солнечного света. Хотя в настоящее время эта технология хорошо разработана и надежна, она также является дорогостоящей по сравнению с современными источниками энергии, возможно, в три раза дороже электроэнергии, вырабатываемой на ископаемом топливе, в зависимости от конкретных сравниваемых обстоятельств. Затраты на солнечную фотоэлектрическую энергию значительно упали и, по прогнозам, будут падать и дальше; важный вопрос, обсуждаемый далее ниже, заключается в том, достигнут ли и когда затраты на солнечную энергию полностью конкурентоспособного уровня.
Рис. 1. Сравнение затрат на возобновляемые источники энергии с затратами на электроэнергию на ископаемом топливе
Высокотемпературная солнечная энергия является еще одним средством выработки электроэнергии или обеспечения технологического тепла для промышленного применения. В типичной установке солнечные лучи концентрируются зеркальным коллектором. Концентрированный солнечный свет направляется в точку, где энергия поглощается и передается в переносящую среду, такую как масло. Затем высокотемпературное масло вырабатывает пар для выработки электроэнергии в обычных турбинах. Хотя такие системы более сложны, чем солнечные фотоэлектрические, со множеством движущихся частей, в больших масштабах они могут производить электроэнергию дешевле, чем фотоэлектрические в некоторых местах (рис.1).
На рисунке 1 показаны прошлые и прогнозируемые тенденции затрат на солнечную энергию. Хотя дальнейшее снижение затрат вероятно, форма кривых затрат предполагает, что будущие затраты будут снижаться медленнее, чем в прошлом. Помимо снижения затрат, рисунок 2 также показывает, что изменение затрат на фотоэлектричество и ветер уменьшится. Таким образом, ожидается, что будущие цены на возобновляемые источники энергии будут более предсказуемыми, чего нельзя сказать об ископаемом топливе. Хотя затраты на возобновляемые источники энергии снижаются, будущие рыночные цены на возобновляемые источники энергии не обязательно будут ниже исторических цен на ископаемое топливо. Проблемы с затратами на производство возобновляемой энергии включают чистую энергию возобновляемых источников, их непостоянство и капиталоемкость.
Рис. 2. Снижение стоимости солнечной энергии
Энергия является фундаментальным ресурсом для экономических систем. Текущая экономическая активность в подавляющем большинстве зависит от ископаемых видов топлива, включая нефть, уголь и природный газ. Эти виды топлива невозобновляемы. Возобновляемые источники, такие как гидроэлектростанция, энергия ветра и солнца, в настоящее время обеспечивают менее 10 % мировой энергии.
При более высоких затратах на электроэнергию здания, транспортные сети и производство будут перепроектированы таким образом, чтобы потреблять меньше энергии. Значительная часть перехода к возобновляемым источникам энергии, вероятно, будет осуществлена не за счет предоставления новых источников энергии, а скорее за счет перепроектирования систем таким образом, чтобы они потребляли меньше энергии. Этому способствовали бы более высокие затраты на возобновляемые источники энергии, поскольку энергосбережение оптимизируется там, где предельные затраты на энергосбережение равны предельным затратам на возобновляемые источники энергии.
Возможный переход на возобновляемые источники энергии неизбежен, поэтому вопрос заключается в том, как наилучшим образом управлять им, минимизируя общую стоимость энергетических услуг плюс стоимость ущерба, причиненного в результате использования энергии. Сочетание энергосберегающих и возобновляемых источников энергии в конечном итоге заменит нынешнюю энергетическую систему, в которой преобладает ископаемое топливо. Решение проблемы изменения климата предполагает, что это должно произойти скорее раньше, чем позже.
Литература:
- Денхолм, П. и Р. М. Марголис. 2008. «Требования к землепользованию и количество солнечной энергии на душу населения для производства фотоэлектрической энергии;
- Блок, К., П. ван Брееворт, Л. Роэс, Р. Коэнрадс. 2008. Глобальный отчет о состоянии энергоэффективности за 2008 год. Партнерства в области возобновляемых источников энергии и энергоэффективности.
