Kāpēc lētāki saules fotoelementi ir galvenais, lai risinātu klimata pārmaiņas?

Strauji krītošā saules enerģijas cena ir mainījusi mūsu uzskatus par tīru enerģiju. Bet tam joprojām ir jāsaņem daudz lētāk.

Autors

• Gernots Vāgners arhīva lapa

2021. gada 30. jūnijs

Andrea Dakino

2007. gada beigās, mazāk nekā 10 gadus kopš uzņēmuma pastāvēšanas, Google iznāca tīras enerģijas frontē. Atsaucoties uz slavas fanfarām augšup un lejup Silikona ielejā un daudz tālāk, tas paziņoja RE : padarīt atjaunojamo enerģiju lētāku nekā ogles. Uzņēmums ieguldīja desmitiem miljonu dolāru pētniecībā un attīstībā, sākot no koncentrētas saules enerģijas līdz hidrotermālajai urbšanai. Pēc četriem gadiem šie centieni tika pārtraukti.

Būtu pārāk viegli to uztvert kā neveiksmes atzīšanu — lielas tehnoloģijas spēlē arēnā, par kuru tā neko nezināja, un ar to, ka Silīcija ieleja ir pazīstama. Bet notika kaut kas cits. Google stratēģijas maiņa atspoguļoja uzņēmuma pieaugošos panākumus saules sektors . Google saprata, ka tās enerģija ir labāk vērsta uz to, lai masveidā palielinātu esošās atjaunojamās tehnoloģijas, kuru cena ir strauji samazinājusies, nevis izgudrotu jaunas.

Šis stāsts bija daļa no mūsu 2021. gada jūlija numura

• Skatiet pārējo izdevuma daļu
• Abonēt

Lai gan Google pārgāja no pētniecības un izstrādes uz izvietošanu, tas neapšaubāmi joprojām lika lielas likmes nepareizās tehnoloģijas paplašināšanai. 2010. gadu sākumā saules sacīkstes izskatījās kā saspringta konkurence starp saules fotoelements (PV) un komunālo pakalpojumu mēroga koncentrēta saules enerģija (CSP), kas izmanto saules sakarsētus šķidrumus, lai darbinātu jaudas turbīnas. Google ātri ieguldīja vairāk nekā 1 miljardu ASV dolāru daudzos atjaunojamo energoresursu uzņēmumos un komunālajos uzņēmumos, tostarp lielas investīcijas CSP komplektos BrightSource Energy un eSolar. Desmit gadus vēlāk šādas izvēles nešķiet daudzsološas, jo arī CSP ir zaudējis PV pastāvīgajam straujajam izmaksu kritumam.

Google nav vienīgais, kas atkārtoti ir nepareizi novērtējis saules bateriju cenu kritumu pēdējo desmitgažu laikā un tās ietekmi uz to, kā mēs domājam par tīru enerģiju. Saules PV izmaksas pēdējo desmit gadu laikā ir samazinājušās aptuveni 10 reizes, papildus jau tā iespaidīgajam izmaksu samazinājumam līdz tam brīdim, un kopējais samazinājums ir aptuveni simts koeficients kopš ASV prezidenta Džimijs Kārters atklāja saules paneļus Baltajā namā. 1979. gadā. (Ronalds Reigans tos atcēla 1986. gadā, viņa otrā prezidenta termiņa laikā.)

Skatoties perspektīvā, ja benzīna cena būtu līdzīgi samazinājusies salīdzinājumā ar 1979. gada līmeni, šodien tas maksātu santīmus par galonu. Benzīns, protams, ir prece, kuras cenas svārstās vairāku tehnoloģisku, ekonomisku un politisku iemeslu dēļ. Saules PV cenas nosaka arī visi šie faktori, taču gadu gaitā tehnoloģija ir nepārprotami dominējusi. (Šogad saules PV moduļu cenas ir palielinājušās par aptuveni 18%, jo īslaicīgi ir radusies krīze silīcija piegādes ķēdē.)

Savā jaunākajā ikgadējā Pasaules enerģētikas perspektīva , Starptautiskā Enerģētikas aģentūra pasludināja saules PV par lētāko elektroenerģijas avotu saulainās vietās vēsturē ar zemām finansējuma izmaksām. Šīs divas kvalifikācijas ir svarīgas. Saule ir acīmredzama — saules enerģija Fīniksā, Arizonā, vienmēr būs lētāka nekā Ņujorkā, taču ziņojumā secināts, ka daudzās vietās saules enerģija tagad ir lētāka nekā ogles un dabasgāze.

Saules enerģijai ir jābūt tik lētai, ka ir finansiāli saprātīgi būvēt jaunu saules enerģijas jaudu un slēģus, kas darbojas ogļu un gāzes rūpnīcās, kas joprojām pelna naudu saviem īpašniekiem.

Finansējums ir galvenais, kāpēc tā ir taisnība. Saules PV un citiem atjaunojamiem enerģijas avotiem, piemēram, vējam, ir zemi vai gandrīz nulles darbības izdevumi — sākotnējās izmaksas vienmēr ir bijušas galvenais šķērslis, un finansējums ir bijis galvenais iemesls. Daļēji pateicoties dažādām valdības politikām, saules investīcijas pēdējo desmit gadu laikā ir kļuvušas daudz mazāk riskantas, atbrīvojot lētu naudu.

Rezultātā saules PV izvēršana ir strauji pieaugusi; tagad tas ir visātrāk augošais elektroenerģijas avots pasaulē, un skaitļi būs vēl kādu laiku. Tas sākas ar zemu uzstādītās jaudas bāzi, tomēr tālu atpaliek no oglēm, gāzes, hidroenerģijas, kodolenerģijas, pat vēja, kas jau ilgāku laiku ir bijis lēts. Un tajā ir viena no lielākajām saules PV problēmām. Daudziem tas varētu būt lētākais elektroenerģijas veids, taču tas pats par sevi nepadara pāreju uz tīru enerģiju gandrīz pietiekami ātru.

Mums ir vajadzīgi arvien tālāki tehnoloģiskie sasniegumi. Kāpēc apstāties pie tīkla paritātes, kur ir tikpat lēti būvēt un ekspluatēt saules FE, kā piegādāt elektroenerģiju, izmantojot fosilos enerģijas avotus? Kāpēc ne par 10% lētāk? Kāpēc gan necensties desmit gadu laikā samazināt izmaksas vēl par 10? Šādi kritumi ir nepieciešami, jo svētais tīkla paritātes mērķis ir maldinošs — patiesais jautājums ir par to, kurā brīdī komunālie uzņēmumi faktiski atteiksies no esošajām ogļu ražotnēm un pāries uz saules enerģiju, nevis vienkārši izvairīsies no jaunas ogļu jaudas pievienošanas. Saules enerģijai ir jābūt tik lētai, ka ir finansiāli saprātīgi būvēt jaunu saules enerģijas jaudu un slēģus, kas darbojas ogļu un gāzes rūpnīcās, kas joprojām pelna naudu saviem īpašniekiem.

Tas viss prasa politiku, lai gan virzītu esošās saules tehnoloģijas, gan atbalstītu pētniecību un attīstību jauno tehnoloģiju jomā. Visa pakete ietver tehnoloģiju izpēti, izstrādi, demonstrāciju, izvietošanu un izplatīšanu. Katrs solis šajā ķēdē ir pelnījis tiešu valdības atbalstu, paturot prātā, ka tas arī kļūst arvien dārgāks, jo tālāk ķēdē virzās.

Kā iegūt lētāk

Lai labāk optimizētu ieguldījumus, lai iegūtu vēl lētāku saules enerģiju, ir vērts saprast, kādi faktori pēdējo desmitgažu laikā ir samazinājuši atjaunojamās enerģijas izmaksas.

MIT energosistēmu zinātnieks Džesika Trancika un viņas grupa atklāj, ka dramatiskais saules bateriju izmaksu samazinājums trīs gadu desmitu laikā lielā mērā ir saistīts ar trim faktoriem: pētniecību un attīstību, kas tieši noved pie moduļu efektivitātes uzlabojumiem (cik daudz saules gaismas tiek pārveidots elektroenerģijā) un citiem fundamentāliem tehnoloģiskiem sasniegumiem. ; apjomradīti ietaupījumi, kas saistīti ar saules bateriju ražošanas rūpnīcu lielumu un pieaugošo izejvielu, piemēram, silīcija, apjomu; un uzlabojumi, kas sasniegti, mācoties darot.

Nekas no tā nav pārāk pārsteidzošs, taču mazāk acīmredzams ir tas, ka katra relatīvais ieguldījums laika gaitā ievērojami atšķiras. No 1980. līdz 2000. gadam pētniecība un attīstība radīja aptuveni 60 % no izmaksu samazinājuma, apjomradīti ietaupījumi sasniedza 20 %, bet mācīšanās, veicot attālu trešdaļu, — aptuveni 5 %; citi lielā mērā nesaistīti faktori veido līdzsvaru. Tam ir jēga; tas bija iespaidīgs saules bateriju efektivitātes progresa periods, bet ne nozīmīgas ražošanas un ieviešanas laiks. Kopš tā laika svārsts ir pagriezts no pētniecības un attīstības un fundamentāliem tehnoloģiskiem uzlabojumiem uz apjomradītiem ietaupījumiem ražošanā, kas tagad rada vairāk nekā 40% no izmaksu samazinājuma. Tomēr ir vērts atzīmēt, ka pētniecības sasniegumi joprojām veido aptuveni 40% kritumu.

Mācība nākotnes investīcijām, kuru mērķis ir padarīt saules enerģiju vēl lētāku: jābūt tiešam atbalstam visiem trim, kas ir vērsti uz apjomradītiem ietaupījumiem. Trancik atklājumi attiecas tikai uz pašu saules PV moduli. Tas joprojām atstāj uzstādīšanu, savienojumu ar tīklu un citus faktorus, kas veido kopējās sistēmas izmaksas. Šīs ir jomas, kuras, iespējams, tiks uzlabotas, tehniķiem un uzņēmumiem kļūstot pieredzējušākiem. Lai gan labākajā gadījumā šķiet, ka subsīdiju rezultāti saules FE iekārtu skaita palielināšanai ir neviennozīmīgi, tādas politikas jomas kā piegādes tarifi, kas piedāvā izdevīgus ilgtermiņa līgumus saules FE ražotājiem, un atjaunojamās enerģijas portfeļa vai tīras enerģijas standarti, kas nosaka kvantitātes mērķus atjaunojamie energoresursi, uzrāda skaidrus rezultātus vispārējās izvēršanas veicināšanā.

Bezmaksas pusdienas nav

Neskatoties uz saules enerģijas cenu kritumu, pāreja uz atjaunojamiem energoresursiem joprojām būs dārga. Lielais jautājums, protams, ir par to, cik dārgi salīdzinājumā ar ko — arī klimata pārmaiņas ir saistītas ar izmaksām. Lētā saules enerģija izstrādātājiem kļūst vēl finansiāli pievilcīgāka, ja ņem vērā fosilā kurināmā radītās oglekļa emisiju sociālās un vides izmaksas.

Daudz kas šeit ir atkarīgs no oglekļa sociālajām izmaksām (SCC), kas atspoguļo finansiālo kaitējumu, ko katra šodien emitētā oglekļa dioksīda metriskā tonna rada ekonomikai, sabiedrībai un videi, un, attiecīgi, cik daudz katra CO2 tonna emisijām vajadzētu maksāt. Tas ir skaitlis, kas daudz pasaka par ogļu un citu fosilo kurināmo patiesajām izmaksām, kā arī par atbilstošu atbalstu saules PV un citiem atjaunojamiem enerģijas avotiem.

Saistīts stāsts

Kā krītošās saules enerģijas izmaksas ir atjaunojušas cerības uz tīru ūdeņradi Tā kā valstis smagi aprēķina, kā sasniegt savus klimata mērķus, zaļais ūdeņradis kļūst arvien svarīgāks.

The jaunākais ASV SCC , ko aprēķinājusi Baidena administrācija, šis skaitlis ir aptuveni 50 USD par tonnu CO2, kas šobrīd tiek emitēts. Bet tas noteikti ir nenovērtēts. Daži aprēķina, ka SCC pārsniedz 300 USD par tonnu CO2, pilnībā ņemot vērā turpmākos oglekļa emisiju radītos zaudējumus un neskaidrības par klimata pārmaiņām.

Neatkarīgi no tā, kuru numuru jūs izvēlēsities, tas nozīmē, ka ogles, nafta un dabasgāze būs daudz dārgākas, ja uzskaitīsit visas siltumnīcefekta gāzu emisiju izmaksas. Tikai tad zemas oglekļa emisijas tehnoloģijas būs tādā pašā jomā kā fosilais kurināmais.

Vienā no šiem soļiem vajadzētu būt skaidrai oglekļa cenai, izmantojot nodokļu vai emisiju tirdzniecības sistēmu, taču tai nevajadzētu beigties ar to. Pirmkārt, arī atjaunojamo energoresursu portfelis vai tīras enerģijas standarti nosaka oglekļa cenu. Pašreizējie ASV atjaunojamo energoresursu portfeļa standarti štata līmenī nozīmē līdzvērtīgas oglekļa cenas no aptuveni 60 līdz 300 USD par tonnu CO2, kas atbilst jaunākajām SCC aplēsēm. A federālais tīras elektroenerģijas standarts , kas ir daļa no Baidena administrācijas ierosinātā Amerikas nodarbinātības plāna, varētu būt līdzīgā diapazonā un būtu līdzīgi pamatoti, pamatojoties uz atjauninātajiem SCC diapazoniem.

Šāds federāls tīras elektroenerģijas standarts būtu īsts labums saules PV un citiem atjaunojamiem enerģijas avotiem, taču klimata politika nedrīkst beigties ar oglekļa cenu noteikšanu. Tajā jāiekļauj arī tiešās subsīdijas izvietošanai un atbalsts pētniecībai un attīstībai.

Visproduktīvākā politikas secība varētu būt aptuveni šāda: vispirms samaziniet atjaunojamo energoresursu izmaksas, lai radītu ekonomiski dzīvotspējīgu alternatīvu degvielai ar augstu oglekļa dioksīda emisiju līmeni, pēc tam nosakiet oglekli, izmantojot tiešo cenu, tīras elektroenerģijas standartu vai ko līdzīgu. Abu kombinācijai tad būtu jānoved pie ātras atjaunojamās enerģijas izvēršanas plašā mērogā. Daudzējādā ziņā tas ir tieši tas, kas ir noticis, un tas norāda uz skaidru nepieciešamību Baidena administrācijai un citiem censties panākt oglekļa cenu neatkarīgi no tā, kāda tā varētu notikt.

Taču, ja mērķis ir daudz lētāks saules fotoelements, ļoti svarīgi būs arī palielināt pētniecību un izstrādi, lai veicinātu turpmākus saules bateriju efektivitātes uzlabojumus un atrastu ražošanas sasniegumus, kas ļaus ietaupīt vēl lielākus ietaupījumus. Un ir svarīgi turpināt pētīt zinātnes robežas, meklējot citus saules materiālus, kas kādu dienu varētu būt vēl efektīvāki un lētāki.

Saules PV ir lēts, taču tas nav bezmaksas. Maksājot cenu, lai padarītu to arvien lētāku, tas būs izmaksu vērts.

Gernots Vāgners pasniedz klimata ekonomiku Ņujorkas universitātē. Viņš ir topošā autors Ģeoinženierzinātne: Gamble.

paslēpties