Репортаж от Wedoany，Исследователи Ганноверского университета имени Лейбница (Leibniz University Hannover, Германия) и Технологического университета Лаппеэнранта-Лахти (LUT University, Финляндия) провели систематический обзор 60 рецензируемых исследований по энергетическому переходу. Большинство исследований показывают, что к 2050 году солнечная фотоэлектрика и ветроэнергетика в совокупности обеспечат от 80% до 99% выработки электроэнергии; при этом результаты моделей по доле солнечной фотоэлектрики в отдельности варьируются от 5% до 98%. Расхождения в выводах в основном обусловлены различиями в часах полной загрузки солнечных станций в разных странах, технико-экономическими допущениями, принятыми в моделях, и сложностью моделирования.
Исследование озаглавлено «Перспективы солнечной фотоэлектрики как доминирующего источника энергии в будущем в сценариях высокого уровня возобновляемой энергетики». Все 60 включённых исследований прошли рецензирование, каждое охватывает как минимум электроэнергетический, тепловой и транспортный секторы и предполагает долю возобновляемых источников энергии не менее 95% к 2050 году. Помимо обобщения выводов исследований, работа также сосредоточена на анализе ключевых допущений, приводящих к расхождению результатов. В условиях глобальных усилий по ограничению потепления значительно ниже 2°C дефоссилизация энергетических систем в высокой степени зависит от солнечной фотоэлектрики и ветроэнергетики; фотоэлектрика внедряется в энергосистему темпами, не имеющими аналогов среди всех исторических источников электроэнергии, благодаря снижению затрат, практически повсеместной доступности и разнообразию применений.
Допущения о затратах являются важной причиной различий в выводах моделей. В рассмотренных исследованиях капитальные затраты (capex) на крупномасштабную солнечную фотоэлектрику к 2050 году устанавливаются в диапазоне от 151 евро (174,1 доллара США)/кВт до 720 евро/кВт, при этом около 18% исследований по-прежнему предполагают уровень выше 500 евро/кВт, тогда как в реальности текущая стоимость фотоэлектрики уже ниже 500 евро/кВт. Поскольку стоимость фотоэлектрики снижается быстрее, чем ожидается в большинстве сценариев, модели, использующие эти устаревшие данные, систематически занижают будущую роль фотоэлектрики.
Технические характеристики и допущения о затратах не менее важны. Около трети исследований моделируют только одну универсальную фотоэлектрическую технологию, не включая такие формы применения, как одноосные трекеры, двусторонние модули, плавучие фотоэлектрические станции, агровольтаику, а также системы на крышах с просьюмерами (prosumers). Временное разрешение также влияет на результаты: по сравнению с почасовым моделированием использование репрезентативных временных отрезков может существенно исказить оценку переменчивых ресурсов, таких как солнечная энергия; 80% рассмотренных исследований использовали часовое разрешение. Модели, сочетающие разнообразный портфель фотоэлектрических технологий с полной межсекторной интеграцией, обычно дают наиболее высокие и, вероятно, наиболее реалистичные доли фотоэлектрики.
Межсекторная интеграция расширяет сферу применения фотоэлектрики. Технологии Power-to-X позволяют преобразовывать дешёвую солнечную электроэнергию в водород, синтетическое топливо, синтетические химикаты, синтетические материалы, синтетические продукты питания, чистую воду и синтетический лес, заменяя в транспорте и промышленности те сегменты, которые трудно электрифицировать и которые ранее зависели от импорта биотоплива или ископаемого топлива. Чуть более половины рассмотренных исследований включают как минимум один путь синтетического топлива, и при наличии таких путей ценность фотоэлектрики для энергосистемы возрастает. Удаление углекислого газа, обычно доминируемое биоэнергетикой, сегодня сталкивается с беспрецедентными возможностями в области восстановления климата. Исследование показывает, что такая энергосистема может рассматриваться как формирующаяся экономика Power-to-X, которая по своей сути часто является экономикой Solar-to-X.
Исследователи также вывели эмпирическую зависимость между часами полной загрузки и долей фотоэлектрики и применили её в глобальном масштабе с учётом численности населения, оценив, что к 2050 году солнечная фотоэлектрика обеспечит около 61% мировой электроэнергии. Это значение получено не из одной модели, а является совокупным результатом десятков независимых групп и различных методологий; прогнозы отдельных глобальных моделей достигают 70% и даже выше. Мировое фотоэлектрическое сообщество рассматривает установленную мощность в 75 ТВт к середине века как целевую.
Независимые экономические прогнозы показывают, что глобальная «точка невозврата для солнечной энергетики», возможно, уже пройдена: даже без дополнительной климатической политики солнечная энергия будет постепенно доминировать на рынке электроэнергии. К 2025 году совокупная установленная мощность мировой фотоэлектрики составит около 3 ТВт, при этом только за этот год будет добавлено около 700 ГВт; в 2025 году около 70% новых введённых мощностей в мире придётся на солнечную фотоэлектрику.
В моделях, используемых Международным энергетическим агентством (МЭА) и Межправительственной группой экспертов по изменению климата (МГЭИК), будущая роль фотоэлектрики часто занижается. После корректировки устаревших данных о затратах и упрощённых подходов к моделированию исследование приходит к выводу, что фотоэлектрика станет доминирующим источником энергии в ближайшие десятилетия. Для моделистов необходимо отказаться от пессимистичных кривых затрат и включить все доступные фотоэлектрические технологии; для политиков планирование на основе вчерашних допущений может привести к созданию вчерашней энергосистемы, а не той, что наступает.
Другое исследование, выполненное в сотрудничестве между LUT University, Ганноверским университетом имени Лейбница, Объединённым исследовательским центром Европейской комиссии (Joint Research Centre) и Техническим университетом Дании (Technical University of Denmark), основано на базе данных из более чем 1000 аналитических статей о 100% возобновляемых энергосистемах и рассматривает эволюцию роли фотоэлектрики в таких исследованиях за последние пятьдесят лет. В ранних исследованиях доля фотоэлектрики обычно была незначительной, тогда как в недавних работах глобальная доля фотоэлектрики в энергоснабжении оценивается в диапазоне от 60% до 80%. В этом исследовании в базе данных выявлено 29 этапных статей, каждая из которых ввела новые элементы, связанные с ролью фотоэлектрики; эти этапы можно разделить на четыре категории: перспективные подходы к роли фотоэлектрики, прогресс в применении фотоэлектрических систем, расширение экономических знаний и методологические достижения, обеспечивающие более реалистичное описание фотоэлектрики в энерго-промышленной системе.
В самых передовых анализах 100% возобновляемых энергосистем фотоэлектрика может описываться с помощью до восьми системных применений и использует часовое разрешение с взаимосвязанной многоузловой структурой исследования; модели могут охватывать все секторы, включая электроэнергетику, теплоснабжение, транспорт, промышленность, опреснение морской воды и удаление углекислого газа, а также включать полные пути Power-to-X, комбинации гибкости, такие как сети, накопители и управление спросом, и разнообразные межсекторные интеграции и пути преобразования энергии. Тем не менее, различие между наземными, крупномасштабными и крышными фотоэлектрическими системами по-прежнему далеко от стандартной практики — лишь 16% всех исследований проводят такое различие. В глобальном масштабе исследования всё чаще показывают, что к середине века или позже фотоэлектрика будет обеспечивать от 60% до 80% общего энергоснабжения; средний прогноз исследований по энергетическому переходу составляет 61%.
Соответствие этих 29 этапных статей различным элементам таково: 13 связаны с перспективными подходами, 16 — с прогрессом в применении фотоэлектрических систем, 15 — с расширением экономических знаний, 13 — с методологическими достижениями и 4 — с другими конкретными вкладами; одна статья может относиться сразу к нескольким категориям. По временному распределению в 1970-х годах преобладали перспективные подходы; с 1980-х по 2000-е годы исследовательская активность в этой области была ограниченной; в 2010-х годах появились разнообразные методологические достижения, заложившие основу для современных анализов 100% возобновляемых энергосистем; в 2020-х годах почти все этапы направлены на расширение методов, экономических знаний и разнообразия фотоэлектрических систем.
Статьи, признанные этапными, в конце 1970-х годов через концептуальные основы и в середине 1990-х годов через количественный анализ продвинули исследовательскую перспективу к очень высоким долям фотоэлектрики. Введение часового разрешения позволило проводить детальный технико-экономический анализ осуществимости; ценность распределённой крышной фотоэлектрики была осознана рано и в конечном итоге количественно оценена как часть решений для энергосистемы с минимальными затратами, несмотря на более низкую стоимость генерации крупномасштабных фотоэлектрических систем. Включение разнообразных путей Power-to-X и опций гибкости в оптимизационные модели, нацеленные на минимизацию затрат, с учётом конкретных технологических и социальных ограничений, показывает, что потенциал вклада фотоэлектрики составляет от 60% до 80% для удовлетворения всех энергетических потребностей человечества. Почти пятьдесят лет соответствующих исследований заложили основу для проведения комплексного анализа и прогноза доли фотоэлектрики на уровне 61% или выше, а также способствуют пониманию роли солнечной фотоэлектрики в создании устойчивой цивилизации — наступление солнечной эры.
