Значительное продвижение в использовании солнечной энергии и усовершенствовании панелей произошло во многом благодаря развитию космических программ, где солнечные панели использовались для энергообеспечения искусственных спутников и пилотируемых орбитальных станций. В 1980-х гг. в мире было построено семь пилотных СЭС башенного типа, крупнейшая из них мощностью 0,01 ГВт заработала в Калифорнии. Первая промышленная СЭС в CCCP установленной мощностью 0,005 ГВт была запущена в 1985 г. в северной части Крымского полуострова. Однако из-за низкого КПД преобразователей энергии солнечная генерация вплоть до начала 2010-х оставалась чрезвычайно дорогой.
Истории стремительного роста установленных мощностей СЭС и ВЭС почти похожи. Разница лишь в том, что широкое распространение солнечных генераций началось на несколько лет позже. Степень концентрации производства солнечной энергии также весьма высока – почти 2/3 выработки приходятся на четыре страны – технологических лидера: Китай (32,7 %), США (15,6 %), Японию (7,8 %) и Индию (7,3 %) (см. табл. 14).
По доле солнечной электроэнергии в общей структуре производства по итогам 2022 г. выделяются Намибия (> 25 %), Палестина (23 %)[41], Люксембург (20 %), Чили (17,6 %) и Йемен (17,3 %). Все страны, за исключением Люксембурга, расположены в областях, отличающихся максимальным фотоэлектрическим потенциалом. Впрочем, кроме Чили, уровень выработки энергии во всех перечисленных странах крайне низок.
Таблица 14
Установленная мощность и выработка электроэнергии на СЭС по странам (2022)
Одним из критических экономико-технологических препятствий для широкого внедрения нВИЭ является их сравнительно низкий КИУМ при сравнительно высокой, во всяком случае для солнечной энергетики, себестоимости кВт·ч.
Чем выше КИУМ, тем эффективнее работа электростанции. Особенно это касается АЭС, СЭС и ВЭС, где капитальные затраты играют существенную роль в стоимости энергии и рентабельности проекта. Сравнение КИУМ разных типов генерации может быть только условно-усредненным. Более того, даже одни и те же типы генерации могут иметь разные КИУМ. Такой разброс вызван многими факторами: технологическими особенностями, структурой генерации и потребления, размерами энергосистемы, географическим положением, климатическими условиями и т. п.
Таблица 15
Сравнительный КИУМ электроэнергии, производимой генерирующими мощностями разных типов (%)
Геотермальная энергетика (ГеоЭС) – направление энергетики, основанное на использовании внутреннего тепла Земли для отопления, горячего водоснабжения или выработки электрической энергии. Геотермальную энергетику относят к группе нВИЭ, однако темпы прироста ее установленных мощностей намного скромнее, чем у других генераций, причисляемых к зеленой энергетике.
При этом запасы тепла Земли практически неисчерпаемы. Мощность теплового потока, поступающего из недр к поверхности планеты, оценивается в 45–50 ТВт – это более 400 000 ТВт·ч в год, что в 14 раз больше суммарной мировой выработки электроэнергии.
Но чрезвычайно низкая плотность теплового потока в большинстве районов планеты, за исключением активных зон тектонических разломов, отрицательно сказывается на рентабельности ГеоЭС.
Геотермальная энергетика подразделяется на петротермальную и гидротермальную. Первая использует тепло нагретых сухих пород – в данном случае вода прокачивается по проложенным в толще разогретых естественным образом пород трубам. Вторая использует тепло термальных вод естественного происхождения, как фонтанирующих, так и с использованием насосных скважин.
Рис. 11
Геотермальная электростанция в Исландии
Фото: © Gretar Ívarsson
Помимо практической неисчерпаемости энергоресурса, главное достоинство ГеоЭС – независимость работы от условий окружающей среды, времени суток и года. По этой причине КИУМ геотермальных станций намного выше, чем у других генераций, использующих нВИЭ, и достигает рекордных 80–85 %.
Наибольший интерес представляют залегающие близко к поверхности высокотемпературные термальные воды или выходы пара, которые можно использовать для производства электроэнергии и теплоснабжения.
Основной фактор, определяющий КПД паровой турбины, – температура геотермальной воды. Для генерации электроэнергии целесообразно использовать геотермальную воду температурой не ниже 140 ℃, для отопления и горячего водоснабжения требуется температура не ниже 50–60 ℃. Геотермический градиент на большей части планеты составляет в среднем 30 ℃ на 1 км. Для горячего водоснабжения потребуется скважина глубиной около 1–1,5 км, а для электрогенерации – несколько километров. Бурение глубоких скважин обходится дорого, а прокачка по ним теплоносителя энергозатратна, все это ограничивает экономическую целесообразность широкого применения геотермальной энергии. Поэтому практически все крупные ГеоЭС расположены в зонах повышенного вулканизма и гейзерных полей, где гораздо выше геотермический градиент, а геотермальные воды находятся близко к поверхности.