Каких-то 10-15 лет назад “зеленая энергетика” казалась развлечением для богатых и обеспеченных стран: стоимость вырабатываемой ветряками и солнечными электростанциями энергии была несопоставимо выше стоимости киловатт-часа, полученного от сжигания ископаемого топлива. Сокращение парникового эффекта, минимизация выбросов и прочие доводы в пользу экологии часто отступали на второй план, как только дело доходило до экономической составляющей: ведь какой смысл запускать строительство солнечной станции, если энергия от нее будет намного дороже, чем, например, от угольной…
Однако затем на наших глазах произошла тихая революция. За 10 лет стоимость энергии от возобновляемых источников упала в несколько раз и сравнялась с традиционной энергетикой (и даже стала ниже!), в то время как цена на энергию из ископаемого топлива осталась примерно на том же уровне, а в случае с атомной энергией, наоборот, вообще возросла.
Почему же зеленая энергетика так стремительно дешевеет? И к чему этот процесс может привести? Мы выбрали главное из публикации Макса Розера, редактора портала Our World in Data.
Цена как определяющий фактор
Диаграмма 1. Оригинал изображения.
Сегодня на ископаемое топливо — уголь, нефть и газ — приходится около 79% мирового производства энергии. И у этого есть серьезные негативные последствия: на инфографике выше сопоставлены уровень смертности населения из-за загрязнения воздуха (слева) и объемы вырабатываемых парниковых газов (справа).
На сжигание ископаемого топлива приходятся 87% всех мировых выбросов CO2, — и это ставит под угрозу не только жизнь наших потомков, но и всю биосферу в целом. И это же является причиной гибели множества людей и в наше время: ежегодно от этих выбросов умирают 3,6 миллиона человек по всему миру. Это в шесть раз больше, чем смертность от убийств, войн и атак террористов вместе взятых.
Из Диаграммы 1 очевидно, что такие альтернативы ископаемому топливу, как возобновляемые источники энергии (ВИЭ) и атомная энергетика, на порядки безопаснее и чище.
Но почему же тогда мировая экономика всё ещё полагается на ископаемое топливо?
Ответ простой: причина — в том, что именно этот вид топлива долгое время оставался самым дешевым. Дешевле, чем все остальные источники энергии. Именно из-за этого на сегодняшний день уголь всё ещё обеспечивает 37% мировой электроэнергетики. На втором месте — газ (24%). И вместе они — крупнейший источник парникового эффекта, производящий 30% от всех глобальных выбросов.
Диаграмма 2. Оригинал изображения.
На Диаграмме 2 показано, насколько изменились цены на электроэнергию из невозобновляемых источников за последнее десятилетие. Для объективности и наглядности, стоимость выражена в “нормированной стоимости электроэнергии” (НСЭ, LCOE). НСЭ — это средняя расчётная себестоимость производства электроэнергии на протяжении всего жизненного цикла электростанции (включая все возможные инвестиции, затраты и доходы). НСЭ учитывает стоимость строительства самой электростанции, а также текущие затраты на топливо и эксплуатационные расходы за весь срок работы. Таким образом, если НСЭ вашей электростанции будет выше, чем у других, — вам придется очень потрудиться, чтобы найти покупателя вашей дорогостоящей электроэнергии и, с большой вероятностью, вы откажетесь от этой идеи в пользу экономически более выгодного варианта.
Как видно из Диаграммы 2, за последние 10 лет атомная энергия подорожала, газ — подешевел, а цена на уголь осталась почти неизменной. Что стоит за этими графиками — увидим чуть позже.
Диаграмма 3. Оригинал изображения.
На Диаграмме 3 — тот же самый график, но с одним важным дополнением: в нем указана динамика снижения стоимости электроэнергии из возобновляемых источников (заметим, что все цены рассчитывались без учета субсидий). Посмотрите, как кардинально поменялась ситуация с стоимостью ВИЭ за последнее время. Буквально “вчера”, 10 лет назад, было намного дешевле и рациональнее выстроить еще одну угольную электростанцию, чем заморачиваться с солнечными или ветряными генераторами. “Ветер” был дороже угля на 22%, а “солнце” — на целых 223%.
Однако за прошедшие 10 лет многое изменилось. В недалеком 2009 г. электроэнергия от фотоэлектрических установок стоила $359 за МВтч, а теперь — на 89% меньше. И самое интересное: сейчас для того, чтобы окупить стоимость постройки новой угольной электростанции, вам придется выставлять конечным потребителям более высокую цену за энергию, чем в случае, если вы будете строить ветряную или солнечную электростанцию аналогичной мощности.
Это по-настоящему фундаментальное изменение, — и оно, конечно же, оказало влияние на электроэнергетику. В последние годы энергия ветра и солнца развивались стремительно: в 2019 г. именно на ВИЭ приходилось уже 72% всех новых введенных в эксплуатацию мощностей.
Но почему же так происходит? Как “зеленой энергетике” удалось добиться столь быстрого снижения себестоимости?
Дело в том, что на затраты на производство энергии из ископаемых источников (а также атомной энергии), по существу, влияют два фактора:
- стоимость самого топлива;
- эксплуатационные расходы электростанции.
В отличие от этого, у ВИЭ топливо “бесплатное”: его не нужно добывать из недр и транспортировать. Да и расходы на эксплуатацию существенно меньше. Главный фактор, определяющий себестоимость ВИЭ, — это сама технология производства.
От космических цен — к массовому рынку
Сделаем небольшой экскурс в прошлое и вспомним, какой путь прошла фотоэнергетика. Одно из первых упоминаний о стоимости солнечной электроэнергии относится к 1956 г. Тогда она составляла $1865 за один ватт (в ценах 2019 г. и с учетом инфляции). Но один ватт — это ни о чем. Условная современная солнечная панель, установленная на крыше дома, вырабатывает около 320 Вт, и при такой цене в 1956 г. она обошлась бы нам в целых $596 800. Конечно, ни о какой конкурентоспособности тут и речи не было.
Но спасибо космическим исследованиям. Благодаря им, произошло первое практическое применение солнечной энергии: в 1958 г. солнечной батареей снабдили американский спутник “Авангард-I” и советский “Спутник-3”. На протяжении 1960-ых космическая индустрия оставалась главным потребителем фотоэнергетики. Спрос рос, — и производство тоже росло, а технологии постепенно оптимизировались. Как следствие, себестоимость солнечных модулей хоть и медленно, но неуклонно снижалась.
В 1970-х “космическая технология” наконец спустилась на Землю. Первыми наземными случаями применения солнечных батарей стали попытки электрифицировать труднодоступные места, которые было чересчур дорого подключать к обычным электросетям: маяки, железнодорожные переезды и т.д. Крайняя верхняя левая точка на Диаграмме 4 — стоимость одного ватта в 1976 г.: 112 долларов США (с поправкой на инфляцию). Обратите внимание, что общий мировой объем выработки солнечной электроэнергии в то время составлял около 0,3 Мвт. Это, конечно, уже было неслыханным прогрессом (по сравнению с 1956 г. цена снизилась на 94%!), но 0,3 МВт — увы, еще далеко не промышленный масштаб.
Диаграмма 4. Оригинал изображения.
Но на самом деле всё только начиналось… График на Диаграмме 4, у которого обе шкалы (оси) — логарифмические, наглядно демонстрирует, как год за годом, вплоть до нашего времени, цена солнечных батарей проходила по “кривой обучения”: в то время как ввод новых мощностей экспоненциально рос — себестоимость солнечных модулей экспоненциально снижалась. Чем шире становилось производство, тем дешевле обходилась продукция, а это, в свою очередь, вело к еще большему росту производства, — это та самая экономия на масштабе, которую мы встречаем практически повсеместно. Плюс, конечно, помогла государственная поддержка, которая за счет субсидий смогла снизить цену на ранних, самых дорогостоящих этапах.
Достижения, которые сделали возможным такое снижение цены на солнечные батареи, касаются, по сути, всего производственного процесса. Предприятия стали более крупными и эффективными; более результативным стал НИОКР; совершенствовалось производство кремниевых пластин; расширялись масштабы добычи сырья; модули становились более прочными и долговечными; развивалась конкуренция; снижались капитальные затраты на производство. Эти и многие другие большие и маленькие улучшения формировали тот общий процесс, который вел к постоянному снижению себестоимости.
Если за своего рода “скорость обучения” принять темп снижения себестоимости по мере удвоения производства, то в случае с солнечными батареями этот показатель составил 20,2%. Технология производства быстро дешевела, и в период с 1976 года по 2019 стоимость батарей упала с $106 до $0,38 за 1 вырабатываемый ватт. Аналогичное экспоненциальное изменение “кривой обучения” хорошо нам знакомо и по другим технологиям: самый известный пример — это стоимость компьютеров (процессоров) и знаменитый “закон Мура”.
Но нас больше интересуют цены не на солнечные батареи, а собственно на вырабатываемую ими электроэнергию. На Диаграмме 5 сопоставлены невозобновляемые виды энергии (атомная энергия и уголь) и возобновляемые — солнечная энергия, материковая и береговая ветроэнергетика).
Диаграмма 5. Оригинал изображения.
Этот график тоже с логарифмическими шкалами, и он показывает, что “кривая обучения”, которую мы видели в случае падения цен на солнечные батареи, повторяется и здесь. Стоимость зеленой электроэнергии экспоненциально снижается по мере роста ее производства. С каждым удвоением объемов производства, стоимость 1 ватта снижается на 36% (для солнечной энергии) и на 23% (наземная ветроэнергетика). А вот энергия от морских ветроэнергетических установок всё ещё относительно дорога — лишь на четверть дешевле атомной энергетики и немного дороже угля. Тем не менее, эксперты ожидают быстрого снижения стоимости этого вида энергии в ближайшие несколько лет, прежде всего за счет увеличения размеров турбин и большей загруженности из-за постоянного ветра.
Таким образом, производство электроэнергии из ВИЭ демонстрирует динамику быстрого и неуклонного снижения. А как обстоят дела с традиционной энергетикой?
Мировая цена на уголь с 2010 по 2019 гг. снизилась с $111 до $109, т.е. всего на 2% — на фоне того, как удешевление солнечной составило 89%, а ветровой — 70%. Стагнация цен на угольную электроэнергию в последние 10 лет не является чем-то удивительным. Исторически динамика ее стоимости никогда не следовала “кривой обучения”: она была и остается относительно дешевой. Но сколько-нибудь серьезно дешеветь она уже не будет. Во-первых, у современных угольных электростанций мало возможностей для серьезного роста КПД: наиболее эффективные предприятия достигают КПД в 47%, а в среднем он составляет около 33%. Во-вторых, цену на угольную электроэнергию в значительной степени формируют затраты на сырьё, на которое уходит до 40% от общих затрат на производство. Даже если цена на возведение угольных станции существенно снизится, а их КПД повысится, цена на топливо всё равно будет блокировать динамику снижения стоимости.
А вот цена на электроэнергию из газа, напротив, за последние 10 лет снизилась на 32%, до $56 за МВтч. Одна из причин — уменьшение стоимости строительства перерабатывающих предприятий. Но гораздо важнее другая причина: значительное снижение цены самого газа как сырья после пика стоимости в 2008 г., — в том числе из-за роста предложения с технологией гидроразрыва пласта. Однако это снижение цен на сырье носит временный характер: цена на газ сегодня на самом деле выше, чем два-три десятилетия назад. Вряд ли оно продолжится в будущем, и, очевидно, что ни о какой “кривой обучения” в отношении стоимости газовой электроэнергии говорить не стоит.
Атомная электроэнергия, как видно из Диаграммы 5, вообще подорожала, и в долгосрочном периоде эта тенденция сохранится. Строительство атомных электростанций стало более дорогостоящим, в том числе потому, что ужесточилось регулирование отрасли. К тому же в последние годы в мире было построено не так уж много новых АЭС, и как результат — не возникало эффекта масштаба. Поэтому средняя мировая стоимость атомной энергетики (как НСЭ) в общем возросла. Что, впрочем, не отменяет довольно большого разброса в ценовых тенденциях между отдельными странами и регионами. Например, если в США и Великобритании цены и срок строительства станций значительно выросли, то во Франции и Южной Корее они остались на прежнем уровне. По мнению ряда экспертов, избежать скачка цен удалось тем странам, где строительство реакторов в наибольшей мере стандартизировано. Если стандартизация станет повсеместной, а рост количества новых АЭС перестанет стагнировать, то есть вероятность, что стоимость ядерной энергетики пойдет на снижение. Вряд ли она когда-либо достигнет экспоненциальной динамики стоимости ВИЭ, но зато сможет эффективно дополнить возобновляемую энергетику там, где последняя сталкивается с проблемами. Плюс не стоит забывать про возможные перспективы термоядерных реакторов, которые теоретически могут полностью изменить мировую систему энергоснабжения.
Заключение
Так почему же возобновляемые источники энергии так быстро дешевеют? Как следует из приведенных аргументов, главная особенность, кардинально отличающая ВИЭ от ископаемого топлива, — это то, что их себестоимость следует экспоненциальной “кривой обучения”. Электростанции, использующие возобновляемые источники, не требуют затрат на само топливо и сравнительно недороги в эксплуатации и техническом обслуживании. Их цена (НСЭ) зависит исключительно от стоимости технологий. И эти технологии — будь то получение солнечной энергии, энергии ветра или технологии аккумуляции, — следуют “кривой обучения”: каждое удвоение мощностей ведет к соответствующему снижению затрат. Чем большее распространение получают ветровые и фотоэлектрические генераторы, тем быстрее снижается их стоимость.
Таким образом, чем больше зеленой энергетики мы внедрим сегодня, тем еще больше, за счет снижения себестоимости, сможем внедрить завтра. Соответственно, расширяя масштабы использования ВИЭ, мы одновременно решим две проблемы: снизим негативные последствия от выбросов и парникового эффекта и, что, возможно, еще более важно, получим более дешевую электроэнергию. А это, в конечном итоге, будет вести к повышению реальных доходов населения, экономическому росту и сокращению бедности.
