В Токио скоро обяжут установить солнечные батареи на крышу каждого нового дома. А президент Австрии считает, что только подобные меры в конечном счете «позволят победить Путина»: мол, инвестируя в солнечную энергетику, можно избавиться от зависимости от российского газа. Что ж, от последнего Западу действительно придется избавиться. Вот только солнечные батареи на крышах домов на этом пути не помогут – а то и помешают.
Электричество от фотоэлементов на крыше дома кажется всем понятным и простым. Вот конструкция, покрытая стеклом, вот дом, который получит от нее энергию. Никуда не надо тянуть ЛЭП – если какой-то избыток у дома и будет, его отдадут в сеть по тем же проводам, которые обычно отправляют электричество в дом. Очевидное зеленое решение, разве нет? Нет. Власти западных стран, настаивающие на домах с солнечными батареями, закладывают мину замедленного действия под собственное энергетическое будущее, и вот почему.
Глядеть под правильным углом
Чтобы работать эффективно, солнечная батарея должна быть перпендикулярна Солнцу в небе. На экваторе это просто: оно там в зените почти всегда. Но 90% людей на Земле живет не на экваторе. Солнце в небе все время под разным углом.
Поэтому в Москве на квадратный метр полностью горизонтальной солнечной батареи – на плоской крыше – падает 1021 киловатт-час солнечной энергии. Даже при рекордно высоком КПД это будет 250 киловатт-часов в год. Если у вас на крыше 40 квадратных метров, то получится 10 тысяч киловатт-часов в год. Это примерно столько, сколько тратит развитая страна на одного своего жителя. Успех?
Смотря с чем сравнивать. Если расположить солнечную батарею оптимально – для Москвы это значит лицом на юг, под углом 40 градусов, – то годовая выработка будет уже 1173,7 киловатт-часа. Но так можно сделать только на солнечной электростанции за городом. На крыше городского строения не получится: она крайне редко имеет скат лицом на юг или угол в 40 градусов. А если поставить так батареи на плоской крыше, то они будут затенять друг друга. Ну, или вам придется сделать между ними зазоры, которые снизят отдачу от крыши в 3–4 раза.
Еще лучше, когда солнечная батарея стоит на «подсолнухе» – штанге с подвижным шарниром, на котором закреплено сразу до 170 квадратных метров солнечных батарей. Тут годовая выработка для Москвы уже 1514,3 киловатт-часа. В полтора раза выше, чем на плоской крыше городской постройки. Но, опять-таки, это реально только и исключительно за городом: среди высотных зданий таким огромным «подсолнухам» не найдется место, тут его и для деревьев-то не хватает.
Но и это еще не все. Главное: ввод одного киловатта солнечных батарей за городом будет стоить от полутора и более раз дешевле. Почему? Все просто: монтажник на городской крыше за час работы будет получать больше, чем монтажник, работающий на уровне земли (не выше двух метров) за городом. Это более сложная работа, где существенно выше смертность. По американской статистике, на каждый миллиард киловатт-часов от солнечных батарей на крыше погибает 0,44 человека – монтажники просто срываются с крыши и гибнут. А вот работники, возводящие СЭС за городом, вообще не умирают: падать неоткуда. У них этот показатель – ноль.
Кроме того, солнечные электростанции за городом большие, у них меньше подключений, меньше накладных расходов, выше эффект масштаба. То есть каждая страна, что требует от своих граждан ставить фотоэлементы на крышу, делает свою энергию не просто опаснее, но и намного дороже, чем если бы таких требований не было вообще.
Мина зимнего действия
Впрочем, это все мелочи. Жители Запада или Японии небедны, дисциплинированны и заплатят подороже за зеленый переход. У солнечных батарей на крышах городских домов, однако, есть проблемы куда как хуже роста цен на электричество в сравнении с солнечными батареями за городом.
Мы все знаем, что зимой день короче, а Солнце висит в небе совсем под другими углами, чем летом. Но мы редко задумываемся над тем, насколько велика эта разница. Возьмем Москву: в июле квадратный метр горизонтальных фотоэлементов здесь получает 161,4 киловатт-часа, почти вдвое больше, чем в среднем за год. А вот в декабре – только 11,7 киловатт-часа. В семь раз меньше, чем в среднем за год – и в 13,8 раз меньше, чем в июле.
Пик потребления электричества – зимой. В январе в России тратят куда больше киловатт-часов, чем в летние месяцы. Опять неудивительно: зимой работает электроотопление, да и освещать надо больше часов, чем в длинные летние дни.
Представим, что город Москва решил стать совсем зеленым, пошел по пути Токио и покрыл все крыши солнечными батареями. Допустим, что все вышло на славу, как хотят сделать в Токио, и крыши столицы в год дали 53 миллиарда киловатт-часов – столько москвичи реально тратят в год. Это потребует всего ~200 миллионов квадратных метров солнечных батарей (предположим, что в столице есть столько крыш). Что будет тогда?
А вот что: в июле Москва выработает ~8,5 миллиарда киловатт-часов. Электричества в июле ей надо мало – только 4,2 миллиарда. Куда она денет половину июльской генерации, которая останется невостребованной? Если повезет – кому-то перебросит. Но если так будет в каждом городе России (а то и мира), то перебрасывать будет некуда. На Западе в солнечных регионах такое уже бывает и называется «проливы»: энергию от фотоэлементов в солнечный полдень девать некуда. Поэтому солнечные батареи в них часто отключают, чтобы частота тока в сети не стала слишком большой и не «поубивала» подключенные приборы потребителей.
Что будет в декабре – мы даже не будем говорить. Смягчим условия задачи, подыграем фотоэлементам на крыше. Допустим, в декабре случится чудо, и потребление электричества будет как в марте – жалкие 5,2 миллиарда киловатт-часов. Но выработка солнечных батарей в столице и тогда останется ниже 0,6 миллиарда киловатт-часов. Разрыв между выработкой и потреблением превысит восемь раз.
Подытожим. Покрыв все крыши городских зданий фотоэлементами, мы получим энергосистему, которую придется отключать летом. И которая зимой, в пик потребления, покроет менее одной восьмой от наших потребностей.
За счет чего мы получим остальные семь восьмых? Запасти недостающие 4 миллиарда киловатт-часов на каждый месяц с лета в литиевых батареях обойдется в 1,2 триллиона долларов. Месяцев зимой немало, то есть на накопители придется потратить 3–4 триллиона, побольше годового ВВП России. Вряд ли получится.
Остается единственный реальный вариант: за счет газа. Тот в России стоит дюжину центов за кубометр. А на газовой ТЭС комбинированного цикла один кубометр метана дает более пяти киловатт-часов. Следовательно, покрыть зимний «солнечный дефицит» в семь восьмых потребления сможет всего лишь 0,8 миллиарда кубов природного газа. Общей ценой в 10 миллионов долларов. Вопрос: что осилит экономика? 10 миллионов долларов в зимний месяц или 1,2 триллиона в зимний месяц? Разница, если что – в сто двадцать тысяч раз.
Грабь себя, чтобы напугать других
Из этого очевидно: попытка снизить счета за электричество массовым внедрением солнечных батарей на крышу приведет только к росту счетов за электричество. Потому что солнечная генерация зимой так мала, что ТЭС придется держать ровно столько же, сколько и раньше. Летним днем они не будут работать, это факт, но пик потребления в Москве – как и во всем мире – вовсе не днем, а ранним утром да поздним вечером. То есть и летом без газовых ТЭС никто не обойдется.
Экономия газового топлива за счет выработки фотоэлементов на крышах в летний полдень будет реальной. Но стоит задаться вопросом: а какой ценой? В описанном выше идеальном «токийском» сценарии для Москвы горизонтальные солнечные батареи с ее крыш будут вырабатывать 53 миллиарда киловатт-часов в год. Это, повторимся, требует 200 миллионов квадратных метров таких фотоэлементов. Стоить они будут, вместе с установкой и подключением, на которые приходится основная часть цены солнечного электричества, сто миллиардов долларов. На эти деньги можно купить газового топлива, которого Москве хватит для снабжения электричеством на 80 лет подряд. Летняя полуденная экономия газа за счет фотоэлементов просто никогда не оправдает себя.
Можно возразить: Россия находится слишком далеко на севере. В подавляющем большинстве стран мира люди в больших количествах на такой широте живут весьма редко. А на юге Солнце зимой стоит над горизонтом куда выше да и куда больше часов в сутки.
Все так. Но Токио это не поможет – как, впрочем, и Флориде. Возьмем идеальный случай: представим, что нам нужно от солнечных батарей на крыше запитать город в Египте. На широте Египта и Александрии, благо, египетские ученые уже написали научную работу, где попробовали прикинуть солнечный потенциал в этой местности. Облаков там зимой нет, Солнце высоко и много, верно? Значит, все должно получиться?
По идее, да, а в жизни – нет. Измерения египетских исследователей недвусмысленны: в декабре солнечной энергии на квадратной метр там втрое меньше, чем в летние месяцы. В три раза – не в тринадцать раз, как у Москвы, это правда. Но и нормальным решением это все равно не назвать. Две трети потребления зимой все равно придется покрывать ТЭС, а часть солнечной генерации в июле все равно будет «вылетать в трубу», потому что в полдень потреблять ее будет некому.
Даже в Египте солнечные батареи на крыше не смогут покрыть нужды общества. И даже половину от них. И даже там электричество, которое получат от крыш, будет дороже полученного от ТЭС или других электростанций. Неудивительно, что египтяне только что запустили строительство крупной АЭС руками Росатома.
Пока «Титаник» плывет
Говоря словами известной песни, пока в Токио, Калифорнии и иных центрах зеленого перехода «на верхней палубе играет оркестр, и пары танцуют фокстрот». Однако любой, кто пробовал с цифрами в руках рассчитать будущее подобных громко подаваемых инициатив, прекрасно понимает: это хороший пиар, но гарантированный технологический и экономический тупик. Западные государства и общества в энергетическом смысле находятся на «Титанике». Он очень велик и будет плыть вперед еще десятки лет. Такие большие корабли не тонут быстро.
Но если прислушаться, то уже сейчас можно услышать: волны бьются о что-то очень крупное впереди. Впереди встает – холодной стеной – арктический лед.