Чтобы запитать от солнечных батарей Калифорнию, потребуется 100 ВВП США

Однажды пара исследователей привела группу участников исследования в лабораторию с видом на океан, дала им бесплатный кофе в неограниченном количестве и поручила им одно простое задание. Исследователи разложили подборку вырезок из журналов и попросили участников собрать их в коллажи, изображающие то, что они думают об энергии и ее возможном будущем.
Никакого анализа рентабельности, никаких расчетов, никаких исследований, только клеящие стержни и ножницы. Они пошли работать. Полученные ими коллажи рассказывали не о том, что они содержали, а о том, чего они не делали.
Они не зацикливались на энергоэффективном освещении, пешеходных районах или разрастании пригородов.
Они не касались народонаселения, потребления или капитализма. Вместо этого они склеили изображения ветряных турбин, солнечных батарей, биотоплива и электрических автомобилей. Когда не находили вырезок, просили зарисовать. Плотины, приливные и волновые системы, даже сила животных. Они с радостью соединили фантастические тотемы в сверкающее «Соблазнительное будущее» производства электроэнергии.
Как общество, мы поступили так же.
Соблазнительные истории о ветряных турбинах, солнечных элементах и ​​биотопливе создают впечатление, что с некоторыми техническими обновлениями мы могли бы просто поддерживать наши текущие энергетические траектории (или близкие к ним) без последствий.
Средства массовой информации и политические сообщения убаюкивают нас мечтами о будущем чистой энергии в сочетании с бурным прошлым, характеризуемым злыми нефтяными компаниями и связанными с ними энергетическими бедами, которые они пропагандируют. Как и в большинстве сказок, в этой производственной притче есть крохотная доля правды. И много фантазии.

Акт I

Я должен вас предупредить заранее; у этой книги счастливый конец, но у рыцарского турнира в этой первой главе может и не быть. Тем не менее, давайте сначала рассмотрим многообещающую привлекательность солнечных батарей.
Во всех областях бизнеса, политики, науки, академических кругов и защиты окружающей среды солнечные элементы выступают в качестве ценной технологии, и все согласны с тем, что она заслуживает развития.
Мы находим большую поддержку солнечным элементам, высказываемыми политиками:

Если мы возьмем на себя особые интересы и сделаем агрессивные инвестиции в чистую и возобновляемую энергию, как Google сделал с солнечной энергией здесь, в Маунтин-Вью, тогда мы сможем положить конец нашей зависимости от нефти, создать миллионы рабочих мест и спасти планету в сделке. - Барак Обама

Фотогальваническое производство электроэнергии надежно, не требует движущихся частей, а затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание очень низкие.
Фотоэлектрические системы работают бесшумно и не загрязняют атмосферу. . . . Электроэнергия может вырабатываться там, где это необходимо, без необходимости в линиях электропередачи.
Другие инновационные решения, такие как фотоэлектрические модули, интегрированные в структуру зданий, снижают до минимума предельную стоимость фотоэлектрических солнечных батарей и других сказок. Экономическое сравнение с традиционными источниками энергии, несомненно, получит дополнительный импульс, поскольку экологические и социальные издержки производства электроэнергии полностью включены в общую картину. - Из учебника «Экологи солнечного электричества»
Солнечная энергия - это проверенная и экономичная альтернатива ископаемым видам топлива и важная часть решения по прекращению глобального потепления. Солнце за одну минуту осыпает Землю большим количеством полезной энергии, чем люди потребляют в мире за один год. - Greenpeace и даже нефтяные компании.
Солнечные решения обеспечивают экологически чистую возобновляемую энергию, которая экономит ваши деньги.
Обычно мы сталкиваемся с несхожими взглядами этих групп, объединенных в клубок конфликта, но солнечная энергия образует гладкую основу для общности, с которой могут согласиться защитники окружающей среды, корпорации, политики и ученые. Понятие солнечной энергии достаточно гибкое, чтобы позволить различным группам интересов использовать солнечную энергию для своих собственных нужд: корпорации венчают себя ореолом солнечных элементов, чтобы окрасить свою продукцию зеленым оттенком, политики называют солнечные элементы чтобы набрать голоса, и ученые признают солнечные элементы как многообещающий источник финансирования исследований.
В общих интересах транслировать преимущества солнечной энергии. И они это делают. Вот преимущества, которые они связывают с солнечной фотоэлектрической технологией:

• Снижение выбросов CO 2: даже если солнечные элементы сейчас дороги, они стоят затрат, чтобы избежать более серьезных опасностей изменения климата.

• Простота: после установки солнечные панели бесшумны, надежны и практически не требуют обслуживания.

• Стоимость: Стоимость солнечной энергии быстро снижается.

• Экономия на масштабе: массовое производство солнечных элементов приведет к более дешевым панелям.

• Обучение на практике: опыт, полученный при установке солнечных систем, приведет к дальнейшему снижению затрат.

• Долговечность: солнечные элементы служат очень долго.

• Местная энергия: солнечные элементы уменьшают потребность в дорогостоящих линиях электропередач, трансформаторах и соответствующей инфраструктуре передачи.

Где заканчивается Интернет

Все эти преимущества кажутся разумными, если не откровенно обнадеживающими; трудно понять, почему кто-то захочет с ними спорить. За последние полвека журналисты, писатели, политики, корпорации, защитники окружающей среды, ученые и другие быстро выдвинули на первый план фантастический набор солнечных устройств, рассказали о своих захватывающих путешествиях в космос, рассказали о своих преданных предпринимателях и изобретатели отпраздновали свою победу над грязным ископаемым топливом и осмелились предвидеть славное солнечное будущее для человечества.
Огромное количество литературы по этой теме ошеломляет - не только в газетах, журналах и книгах, но и в научной литературе, правительственных документах, корпоративных материалах и экологических отчетах - слишком много, чтобы их можно было проанализировать.
Различные подарки солнечным элементам могут легко заполнить библиотеку; критика вряд ли заполнила бы книжный мешок.
Когда я искал критическую литературу по фотогальванике, Google вернул множество ошибок типа «результаты не найдены» - ошибки, которую я никогда не видел (или даже не знавал), пока не начал запрашивать опубликованные недостатки солнечной энергии.

Интернет обычно требует особенно трудных экспедиций в самые темные уголки человеческих знаний, но поиск недостатков солнечных элементов может помочь вам в один клик. Немногие писатели осмеливаются критиковать солнечные элементы, что по понятным причинам заставляет нас предположить, что этот солнечный ресурс не имеет серьезных ограничений, и оставляет нас в неведении относительно того, почему страны, похоже, не могут развернуть солнечные элементы в более крупных масштабах. Хотя, если мы наденем наши детективные кепки, мы могли бы просто найти некоторые объяснения, скрывающиеся в тени - возможно, в самых неожиданных местах.

Фотогальваника за 60 секунд или меньше

Историки технологий отслеживают солнечные элементы до 1839 года и апплодируют
Александру-Эдмонду Беккерелю за открытие того, что определенные химические реакции, индуцированные светом, производят электрические токи. Это оставалось главным образом интеллектуальным любопытством до 1940 года, когда появились твердотельные диоды, которые легли в основу современных кремниевых солнечных элементов. Первые солнечные элементы были впервые представлены всего восемнадцатью годами позже на борту спутника Vanguard 1 ВМС США.

Сегодня производители создают солнечные элементы с использованием технологий и материалов из индустрии микроэлектроники. Они наносят на подложки слои кремния p-типа и кремния n-типа. Когда солнечный свет попадает на этот кремниевый бутерброд, течет электричество.
Более яркий солнечный свет дает больше электроэнергии, поэтому инженеры иногда включают в конструкцию зеркала, которые улавливают и направляют больше света на панели. В новых тонкопленочных технологиях используется меньше дорогих кремниевых материалов. Исследователи продвигают органические, полимерные, наноточечные и многие другие технологии солнечных элементов. Патентная активность в этих областях растет.
Несмотря на то, что солнечные технологии существуют так долго, солнечным технологиям в значительной степени удалось избежать критики. Тем не менее, сейчас есть более показательные исследования, на которые можно опираться - не от скептиков Big Oil и изменения климата, а от самих правительственных учреждений, экологов и ученых, продвигающих солнечную фотовольтаику.
В дальнейшем я буду опираться в первую очередь на эти исследования.

Получение энергии для планеты с помощью фотоэлектрической энергии

Когда я читаю презентации об альтернативной энергии, среди наиболее частых вопросов, которые задают филантропы, студенты и экологи: «Почему мы не можем объединить свои усилия и инвестировать в солнечные батареи в масштабах, которые действительно могут оказать влияние?» Это разумный вопрос, и он заслуживает разумного объяснения.

Солнечные батареи и другие сказки

Бесчисленные статьи и книги содержат статистические данные примерно такого рода: лишь небольшая часть какой-то части планеты обеспечивала бы всю энергию Земли, если бы мы просто установили там солнечные батареи. Например, защитник окружающей среды Лестер Браун, президент Института политики Земли, указывает, что «в энергетическом сообществе широко известно, что каждый час на Землю поступает достаточно солнечной энергии, чтобы обеспечить мировую экономику в течение одного года».
Даже враг Брауна, скептически настроенный защитник окружающей среды Бьорн Ломборг утверждает, что «мы могли бы производить все потребление энергии в мире, если бы современные технологии солнечных батарей размещались всего на 2,6 процента территории пустыни Сахара» 7.
Журналисты, генеральные директора и экологические лидеры широко распространяют различные варианты. Эта статистика повторяется почти ритуально в мантре, воздавая должное монументальным перспективам солнечных фотоэлектрических технологий.
Проблема с этой статистикой не в том, что она категорически неверна, а в том, что она в некоторой степени верна. «В некоторой степени правдиво» может показаться неадекватным для принятия государственных политических решений, но этого было достаточно, чтобы продвинуть эту статистику, блестящие перспективы и все остальное в центр внимания правительственных исследований, учебников, официальных отчетов, экологических заявлений и в умы миллионов людей. Несмотря на вводящий в заблуждение недостаток, он стал особенно мощным риторическим приемом.
Хотя утверждение о том, что количество солнечной энергии, попадающей на эту небольшую часть пустыни, эквивалентно количеству потребляемой нами энергии, безусловно, верно, из этого не следует, что мы можем использовать ее, что явно или неявно предполагают многие сторонники солнечной энергии когда они повторяют статистику.
Точно так же любой физик может объяснить, как четвертак в двадцать пять центов содержит достаточно энергии, связанной в ее атомах, чтобы привести в действие всю Землю, но поскольку у нас нет возможности получить доступ к этим силам, четвертак остается скромной монетой. Это не решение наших энергетических потребностей. То же ограничение сохраняется и при рассмотрении солнечной энергии.
Скептик? Я тоже. И мы к этому подойдем. Но сначала давайте установим сколько на самом деле может стоить создание солнечной батареи, способной обеспечить питание планеты с помощью современных технологий (пока ничего не говорится о потенциале будущего сокращения затрат).
Сравнивая глобальное потребление энергии с самыми радужными оценками затрат на фотоэлектрические системы, приведенными сторонникам солнечной энергии, мы можем приблизительно набросать общие расходы.
Солнечные элементы будут стоить около 59 триллионов долларов; строительство горнодобывающих, перерабатывающих и производственных мощностей обойдется примерно в 44 триллиона долларов; а батареи для хранения энергии для вечернего использования будут стоить 20 триллионов долларов; общая сумма составит около 123 триллионов долларов плюс около 694 миллиардов долларов в год на техническое обслуживание. 8
Имейте в виду, что весь валовой внутренний продукт (ввп) Соединенных Штатов, который включает все продукты питания, ренту, промышленные инвестиции, государственные расходы, военные закупки, экспорт и т. Д., составляет всего около 14 триллионов долларов.
Это означает, что если бы каждый американец обходился без еды, крова, защиты и всего остального, упорно работая каждый день, голый, мы могли бы построить фотоэлектрическую батарею для питания нашей планеты примерно через десять лет. Но, к сожалению, эти оценки оптимистичны.
Если в качестве ориентира можно привести фактические затраты на установку солнечных батарей в Калифорнии, глобальная солнечная программа будет стоить примерно 1,4 квадрильона долларов, что примерно в сто раз превышает ВВП Соединенных Штатов. 9
Добыча, выплавка, обработка, доставка и изготовление панелей и связанного с ними оборудования даст около 149 100 мегатонн CO2. 10 И всем пришлось бы перебраться в пустыню, в противном случае потери энергии при передаче сделали бы план неосуществимым.
Тем не менее, немногие сторонники солнечных элементов считают, что страны должны полагаться исключительно на солнечные элементы. Обычно они видят альтернативное энергетическое будущее с набором источников энергии - ветра, биотоплива, энергии приливов, рек и других. Тем не менее, подсчет общего счета за солнечную энергию поднимает некоторые важные вопросы.
Может ли производство и установка фотоэлектрических массивов с использованием сегодняшних технологий в любом масштабе быть столь же абсурдными? Это просто не так уж плохо, когда мы выбрасываем по несколько миллиардов долларов за раз? Возможно. Или, возможно, все это не будет иметь значения, поскольку затраты на фотоэлектрические системы снижаются так быстро.