211service.com
Dlaczego tańsza fotowoltaika jest kluczem do przeciwdziałania zmianom klimatu
Szybko spadająca cena energii słonecznej zmieniła sposób myślenia o czystej energii. Ale nadal musi być dużo tańszy.
30 czerwca 2021
Andrea Daquino
Pod koniec 2007 roku, niecałe 10 lat po rozpoczęciu istnienia firmy, Google wyszedł na froncie czystej energii. Do fanfary pochwał w Dolinie Krzemowej i daleko poza nią… zadeklarowany RE
Zbyt łatwo byłoby postrzegać to jako przyznanie się do porażki — granie wielkich technologii na arenie, o której nic nie wiedział, z pychą, z której słynie Dolina Krzemowa. Ale działo się coś innego. Zmiana strategii Google była odzwierciedleniem rosnącego sukcesu sektor słoneczny . Google zdał sobie sprawę, że jego energia była lepiej skierowana na masowe zwiększanie istniejących technologii odnawialnych, których cena gwałtownie spadła, niż na wymyślanie nowych.
Ta historia była częścią naszego wydania z lipca 2021 r.
- Zobacz resztę numeru
- Subskrybuj
Chociaż Google przestawił się z badań i rozwoju na wdrożenie, prawdopodobnie nadal stawia na zwiększenie skali niewłaściwej technologii. Na początku lat 2010 wyścig słoneczny wyglądał jak ścisła konkurencja między ogniwo fotowoltaniczne (PV) i skoncentrowana energia słoneczna na skalę użytkową (CSP), który wykorzystuje płyny ogrzewane słońcem do napędzania turbin energetycznych. Google szybko zainwestował ponad 1 miliard dolarów w wiele firm i usług związanych z odnawialnymi źródłami energii, w tym duże inwestycje w firmy CSP BrightSource Energy i eSolar. Dekadę później takie wybory nie wyglądają obiecująco, ponieważ CSP również przegrywa z ciągłymi szybkimi spadkami kosztów fotowoltaiki.
Google nie jest jedynym, który wielokrotnie błędnie ocenia spadające ceny ogniw słonecznych w ciągu ostatnich kilku dekad i ich wpływ na to, jak myślimy o czystej energii. Koszty fotowoltaiki spadły mniej więcej dziesięciokrotnie w ciągu ostatniej dekady, oprócz już imponujących spadków kosztów do tego momentu, co daje całkowity spadek o około sto razy, odkąd prezydent USA Jimmy Carter zaprezentował panele słoneczne w Białym Domu w 1979 r. (Ronald Reagan zdjął ich w 1986 r., podczas swojej drugiej kadencji jako prezydent).
Ujmując to z innej perspektywy, gdyby cena benzyny spadła w podobny sposób w porównaniu z poziomem z 1979 roku, dziś kosztowałaby to grosze za galon. Benzyna jest oczywiście towarem, którego ceny wahają się z wielu powodów technologicznych, ekonomicznych i politycznych. Ceny fotowoltaiki również zależą od tych wszystkich czynników, ale na przestrzeni lat technologia wyraźnie dominowała. (W tym roku ceny modułów fotowoltaicznych wzrosły o około 18% z powodu tymczasowego załamania w łańcuchu dostaw krzemu).
W swoim najnowszym roczniku Światowa prognoza energii Międzynarodowa Agencja Energetyczna uznała fotowoltaikę za najtańsze źródło energii elektrycznej w historii dla słonecznych lokalizacji o niskim koszcie finansowania. Te dwie kwalifikacje są ważne. Słońce jest oczywiste – energia słoneczna zawsze będzie tańsza w Phoenix w Arizonie niż w Nowym Jorku – ale raport wykazał, że energia słoneczna jest teraz tańsza niż węgiel i gaz ziemny w wielu miejscach.
Energia słoneczna musi być tak tania, że budowa nowych mocy słonecznych i zamykanie pracujących elektrowni węglowych i gazowych, które wciąż zarabiają dla swoich właścicieli, ma sens finansowy.
Finansowanie jest kluczem do tego, dlaczego tak jest. Fotowoltaika i inne odnawialne źródła energii, takie jak wiatr, mają niskie lub bliskie zeru koszty operacyjne – koszty początkowe zawsze były dużą przeszkodą, a finansowanie było ważnym powodem. Częściowo dzięki różnym politykom rządowym inwestycje w energię słoneczną stały się znacznie mniej ryzykowne w ciągu ostatniej dekady, uwalniając tanie pieniądze.
W rezultacie, wykorzystanie fotowoltaiki słonecznej gwałtownie wzrosło; jest to obecnie najszybciej rozwijające się źródło energii elektrycznej na całym świecie, a dane liczbowe mają się pojawić jeszcze przez jakiś czas. Zaczyna się od niskiej bazy mocy zainstalowanej, jednak daleko w tyle za węglem, gazem, wodą, atomem, a nawet wiatrem, który od dłuższego czasu jest tani. I na tym polega jeden z największych problemów fotowoltaiki. Dla wielu może to być najtańsza forma elektryczności, ale to samo w sobie nie sprawia, że przejście na czystą energię jest prawie wystarczająco szybkie.
Potrzebujemy coraz dalszych postępów technologicznych. Po co zatrzymywać się na parytecie sieci, punkcie, w którym budowa i eksploatacja fotowoltaiki jest tak samo tania, jak dostarczanie energii elektrycznej z kopalnych źródeł energii? Dlaczego nie 10% taniej? Dlaczego nie dążyć do obniżenia kosztów o kolejny współczynnik 10 w ciągu dekady? Takie spadki są potrzebne, ponieważ uświęcony cel parytetu sieci jest mylący – prawdziwe pytanie brzmi, w którym momencie przedsiębiorstwa użyteczności publicznej faktycznie porzucą istniejące elektrownie węglowe i przestawią się na energię słoneczną, a nie tylko unikną dodawania nowych mocy węglowych. Energia słoneczna musi być tak tania, że budowa nowych mocy słonecznych i zamykanie pracujących elektrowni węglowych i gazowych, które wciąż zarabiają dla swoich właścicieli, ma sens z finansowego punktu widzenia.
Wszystko to wymaga polityki zarówno promującej istniejącą technologię słoneczną, jak i wspierającej badania i rozwój w zakresie nowych technologii. Cały pakiet obejmuje badania, rozwój, demonstrację, wdrażanie i rozpowszechnianie technologii. Każdy krok w tym łańcuchu zasługuje na bezpośrednie wsparcie rządu, pamiętając, że staje się on coraz droższy, im dalej w tym łańcuchu się porusza.
Jak taniej
Aby lepiej zoptymalizować inwestycje, aby uzyskać jeszcze tańszą energię słoneczną, warto zrozumieć, jakie czynniki wpłynęły na obniżenie kosztów energii odnawialnej w ciągu ostatnich kilku dekad.
Naukowiec zajmujący się systemami energetycznymi z MIT Jessika Trancik a jej grupa odkryła, że dramatyczny spadek kosztów ogniw słonecznych w ciągu trzech dekad można w dużej mierze przypisać trzem czynnikom: R&D prowadzącym bezpośrednio do poprawy wydajności modułów (ile światła słonecznego jest zamieniane na energię elektryczną) oraz innym fundamentalnym postępom technologicznym ; ekonomia skali przypisywana rozmiarowi zakładów produkujących ogniwa słoneczne i rosnącej ilości surowców, takich jak krzem; oraz ulepszenia osiągnięte poprzez uczenie się przez działanie.
Nic z tego nie jest zbyt zaskakujące, ale mniej oczywiste jest to, że względny wkład każdego z nich znacznie się zmienia w czasie. Od 1980 do 2000 r. prace badawczo-rozwojowe odpowiadały za około 60% spadków kosztów, przy 20% ekonomii skali i około 5% uczeniu się na odległym trzecim miejscu; na równowagę składają się inne czynniki, których w dużej mierze nie można przypisać. To ma sens; był to okres imponujących postępów w wydajności ogniw słonecznych, ale nie czas znaczącej produkcji i wdrażania. Od tego czasu wahadło przesunęło się z badań i rozwoju oraz fundamentalnych ulepszeń technologicznych w kierunku ekonomii skali w produkcji, odpowiadając obecnie za ponad 40% spadków kosztów. Warto jednak zauważyć, że postępy w badaniach nadal stanowią około 40% spadków.
Lekcja dla przyszłych inwestycji, których celem jest uczynienie energii słonecznej jeszcze tańszym: powinno istnieć bezpośrednie wsparcie dla wszystkich trzech, zorientowane na czynniki ekonomii skali. Ustalenia Trancika dotyczą tylko samego modułu fotowoltaicznego. To nadal pozostawia instalację, podłączenie do sieci i inne czynniki, które składają się na całkowite koszty systemu. Są to obszary, które prawdopodobnie zostaną ulepszone w miarę zdobywania doświadczenia przez techników i firmy. Podczas gdy wyniki subsydiów na zwiększenie liczby instalacji fotowoltaicznych wydają się być w najlepszym razie mieszane, polityki takie jak taryfy gwarantowane, które oferują korzystne długoterminowe umowy producentom fotowoltaiki, oraz portfel odnawialny lub standardy czystej energii, które wyznaczają cele ilościowe dla odnawialne źródła energii, wykazują wyraźne wyniki w stymulowaniu ogólnego wdrażania.
Brak darmowego lunchu
Pomimo spadających cen energii słonecznej, przejście na odnawialne źródła energii nadal będzie kosztowne. Głównym pytaniem jest oczywiście to, jak drogie w porównaniu z czym – zmiana klimatu również wiąże się z kosztami. Tania energia słoneczna staje się jeszcze bardziej atrakcyjna finansowo dla deweloperów, jeśli weźmie się pod uwagę społeczne i środowiskowe koszty emisji dwutlenku węgla z paliw kopalnych.
Wiele tutaj zależy od społecznego kosztu węgla (SCC), sumy strat finansowych, jakie każda tona metryczna emitowanego dwutlenku węgla powoduje w gospodarce, społeczeństwie i środowisku – a co za tym idzie, ile każda tona CO2 emitowane powinny kosztować. To liczba, która wiele mówi o prawdziwym koszcie węgla i innych paliw kopalnych oraz o odpowiednim wsparciu dla fotowoltaiki i innych odnawialnych źródeł energii.
Powiązana historia
Jak spadające koszty energii słonecznej odnowiły nadzieje na czysty wodór W miarę jak narody wykonują trudną matematykę, aby osiągnąć swoje cele klimatyczne, zielony wodór staje się coraz bardziej niezbędny.ten najnowszy SCC w USA , obliczona przez administrację Bidena, szacuje liczbę na około 50 dolarów za tonę wyemitowanego obecnie CO2. Ale to z pewnością niedoszacowanie. Niektórzy szacują, że SCC przekroczy 300 USD za tonę CO2, po pełnym uwzględnieniu przyszłych szkód spowodowanych emisją dwutlenku węgla i niepewności co do zmian klimatycznych.
Niezależnie od tego, jaką liczbę wybierzesz, oznacza to, że węgiel, ropa naftowa i gaz ziemny będą znacznie droższe, jeśli weźmiesz pod uwagę pełne koszty emisji gazów cieplarnianych. Tylko wtedy technologie niskoemisyjne będą miały takie same szanse jak paliwa kopalne.
Wśród tych kroków powinna znaleźć się wyraźna cena emisji dwutlenku węgla za pośrednictwem systemu podatkowego lub systemu handlu uprawnieniami do emisji, ale nie powinna na tym się kończyć. Po pierwsze, portfel energii odnawialnej lub standardy czystej energii również określają cenę węgla. Obecne amerykańskie standardy portfela energii odnawialnej na poziomie stanowym przekładają się na ekwiwalentne ceny emisji dwutlenku węgla na poziomie około 60 do 300 USD za tonę CO2, co mieści się w zakresie ostatnich szacunków SCC. A federalny standard czystej energii elektrycznej , część proponowanego przez administrację Bidena planu American Jobs Plan, może znajdować się w podobnym zakresie i byłaby podobnie uzasadniona na podstawie zaktualizowanych zakresów SCC.
Taki federalny standard czystej energii elektrycznej byłby prawdziwym dobrodziejstwem dla fotowoltaiki i innych odnawialnych źródeł energii, ale polityka klimatyczna nie może kończyć się na ustalaniu cen węgla. Musi również obejmować dotacje bezpośrednie na wdrażanie i wsparcie B+R.
Najbardziej produktywna sekwencja polityczna może wyglądać mniej więcej tak: najpierw obniż koszty odnawialnych źródeł energii, aby stworzyć opłacalną ekonomicznie alternatywę dla paliw wysokoemisyjnych, a następnie wycenij węgiel za pomocą ceny bezpośredniej, normy czystej energii elektrycznej lub czegoś podobnego. Połączenie tych dwóch powinno zatem doprowadzić do szybkiego wdrożenia odnawialnych źródeł energii na dużą skalę. Pod wieloma względami dokładnie tak się stało i wskazuje to na wyraźną potrzebę, aby administracja Bidena i inne osoby naciskały na cenę węgla w dowolnej formie, która może się wydarzyć.
Ale jeśli celem jest znacznie tańsza fotowoltaika, kluczowe będzie również zwiększenie prac badawczo-rozwojowych w celu dalszej poprawy wydajności ogniw słonecznych i znalezienia postępów w produkcji, które pozwolą na jeszcze większe oszczędności. Niezbędne jest dalsze badanie naukowych granic w poszukiwaniu innych materiałów słonecznych, które pewnego dnia mogą być jeszcze wydajniejsze i tańsze.
Fotowoltaika jest tania, ale nie jest darmowa. Płacenie ceny, aby było jeszcze taniej, będzie warte kosztów.
Gernot Wagner wykłada ekonomię klimatu na Uniwersytecie Nowojorskim. Jest autorem nadchodzącego Geoinżynieria: Hazard.