Сергей Плеханов, генеральный директор ОАО «НПП «Квант»
Рис. 1. Наземная солнечная батарея на арсениде галлия
Наш мир развивается очень быстро, и мы с осторожностью относимся к попыткам заглянуть в будущее хотя бы на 30 лет. Нам это кажется рискованной футурологией, недостойной ученого. При этом большинство из нас помнит, что было 30 лет тому назад. Можно выделить некоторые закономерности, основываясь лишь на собственном опыте. Что будет, например, через 30 лет в энергетике, если исходить из сегодняшних реалий?
Человечество, несмотря на кризисы, упорно тратит деньги на развитие возобновляемых источников энергии (ВИЭ). Мировые инвестиции в ВИЭ достигли $260 млрд. в 2011 г., что почти в пять раз больше $53,6 млрд. в 2004 г. Результат - из 55 ГВт новых мощностей, которые были введены в ЕС в 2010 г., 22,7 ГВт приходятся на ВИЭ. По данным Европейской ассоциации фотовольтаической индустрии (EPIA), в 2011 г. в мире было подключено 27,7 ГВт новых солнечных станций. Суммарная установленная мощность всех станций в мире достигла 67,4 ГВт.
Германия намерена вложить $1,848 трлн. до 2030 г. в развитие ВИЭ, сообщает Всемирная ядерная ассоциация (WNA). Германия запланировала осуществить «энергетическую революцию», в результате которой в центре новой системы электроэнергетики окажутся технологии ВИЭ. К 2020 г., за два года до закрытия своих АЭС, Германия хочет сократить выбросы парниковых газов на 40%, удвоить число ВИЭ, чтобы вырабатывать 35% электричества в стране, и сократить основное потребление электроэнергии на 20%.
Правительство Бельгии заявило в 2011 г., что к 2025 г. страна откажется от ядерной энергетики. Япония, после аварии на АЭС «Фукусима», установила целью достижение 28 ГВт совокупных солнечных мощностей к 2020 г. Парламент Японии в 2011 г. принял закон, обязывающий энергетические компании закупать электричество у «зеленых» производителей в течение 20 лет. Китай провозгласил целью достижение 10 ГВт солнечных инсталлированных мощностей к 2015 г. и 40-50 ГВт к 2020 г.
Если сегодня конечная стоимость «под ключ» 1 Вт крупной солнечной станции составляет 2,5-2,8 €/Вт, то в 2020 г. она составит 0,9-1,5 €/Вт, а в 2030 г. - около 0,7 €/Вт. Сейчас стоимость выработанной электроэнергии составляет 0,29-0,15 €/кВт•ч, к 2020 г. - составит 0,07-0,17 €/кВт•ч, а к 2030 - 0,04 €/кВт•ч.
2011-й принес революционные изменения в стоимости солнечной энергетики. Установившиеся цены на 1 Вт в модуле в диапазоне $1,00-1,10 означают резкое снижение цен по сравнению с уровнем в $1,80 в первом квартале 2011 г. А это значит, что реальная динамика снижения стоимости солнечной энергии превзойдет приведенные прогнозы. Равенство стоимости «солнечного» киловатта и «традиционного» в некоторых районах мира будет достигнуто уже в текущем году.
В целом же, разными сценариями предполагается, что к 2020 г. в мире будет установлено 350-600 ГВт «солнечных» мощностей, которые будут вырабатывать 100-400 кВт•час электроэнергии, а к 2030 г. - 1080-1800 ГВт, которые будут вырабатывать 200-1400 кВт•час электроэнергии. Важно понять, что все эти прогнозы базируются на вещах, которые сегодня реально существуют. Это освоенные промышленностью солнечные элементы на базе кремния, CdTe, CIGS, GaAs/Ge, существующие аккумуляторы, инверторы и проч. Конечно, технический прогресс будет также стремительно продолжаться, но нет необходимости ждать появления новых, невиданных сегодня технических решений. Известные уже сегодня вещи формируют завтрашнюю энергетику и открывают сегодня «окна возможностей».
Как только фотоэнергетика стала участником «большой» энергетики, вскрылись проблемы, присущие традиционной электроэнергетике. Большие проблемы заключены в неравномерном графике нагрузки, как суточном, так и годовом. Мощность электросети должна рассчитываться на «часы пик», а в остальное время энергия остается невостребованной. Современная «турбинная» электроэнергетика не обладает гибкостью.
Турбины нельзя включать и останавливать когда угодно. Такое обстоятельство приводит к необходимости существенного завышения общих мощностей. В фотоэнергетике проблема усугубляется еще и 100%-й (ночь-день) вариацией мощности. Но сложение двух «минусов» при использовании в единой энергосистеме дает «плюс». В крупных странах уже сегодня возможно использование комбинированной электросети, в которой потребители электроэнергии распределены по часовым поясам, в результате чего энергия передается в те районы, где наступает пик потребления, из тех районов, где светит яркое солнце. Контуры такой единой «умной» энергосистемы, созданной без избыточных мощностей, сегодня только прорабатываются, но они видны. Такая энергетическая сеть с распределенной генерацией (Smart Grid) способна в автоматическом режиме управлять процессами производства электроэнергии, аккумулировать, перераспределять, передавать электрическую энергию потребителю, а также вести учет её потребления. В США, Японии, странах Европейского Союза ведутся изыскания по теме распределенной генерации электроэнергии. На практике испытываются как отдельные компоненты интеллектуальных энергетических сетей, так и полноценные сети с распределенной генерацией в границах определенного региона.
Представляется, что сегодня окружающая нас действительность создала для России «окно возможностей», которого не было еще пять лет назад. Подходы к развитию энергетики (и экономики в целом) надо пересматривать. В будущем не нужно будет столько стали для турбин, газо- и нефтепроводов. Но нужны будут кремний, германий, индий. Также изменится рынок труда. Нужны будут физики, технологи, монтажники. Когда мы говорим о 25 млн рабочих мест, которые нужны завтрашней России, мы должны понять, что эти рабочие места нужны для завтрашней структуры энергетики и экономики.
Создаваемый рынок альтернативной энергетики - огромный мировой рынок. Это новые десятки и сотни миллионов рабочих мест. Неучастие в этом процессе России лишает ее необходимых рабочих мест. Мы остаемся вне гонки за энергоэффективностью и рискуем потерять компетенции в области, где традиционно сильны - создание больших оптимизированных сетей. Мы становимся все более неконкурентными.
И еще один важный вывод. В 2009 г. Правительством РФ были утверждены «Основные направления государственной политики в сфере повышения энергетической эффективности электроэнергетики на основе использования возобновляемых источников энергии на период до 2020 года», в которых устанавливается объем производства электрической энергии с использованием ВИЭ в 2020 г. - 4,5%. В свете вышесказанного представляется, что это не ориентир развития, а скорее дезориентация.
Хотя в России формируется понимание, что потенциал сырьевой экономики иссякает, на уровне государственной политики пока мало конкретных шагов по формированию необходимых механизмов.
А российские производители в состоянии предложить все линейку компонентов, начиная от поликремния до фотоэлектрических модулей, а также установку готовых систем. В России существуют разрозненные отдельные производители: поликремния (НИТОЛ Solar), слитков и пластин, (ПХМЗ, «Гелиос-Ресурс», «Амекс»), модулей (НПП «Квант», «Телеком-СТВ», РЗМКП и пр.). Однако одна из проблем состоит в том, что российские производители во многом разъединены и до сих пор не имели возможности системно выйти на новый растущий рынок. Такое положение было приемлемо в «золотые годы» развития солнечной энергетики (2001-2008 гг.), когда буквально каждая позиция на мировом рынке была дефицитной. Каждый производитель той или иной продукции имел «своего» благодарного покупателя за рубежом.
На пути становления солнечной энергетики в России сохраняется множество препятствий. Формально некоторые законы приняты. 16 января 2009 года, было подписано постановление об основных направлениях государственной политики в сфере повышения энергоэффективности в электроэнергетике на основе использования возобновляемых источников энергии (ВИЭ).
14 октября 2010 года был внесен в Государственную Думу законопроект «О внесении изменений в Федеральный закон „Об электроэнергетике" и иные законодательные акты Российской Федерации». Закон принят в декабре 2011 года. Закон, в новой редакции, действующей с 6 января 2012 года, предусматривает внесение ряда изменений в части функционирования системы производства и потребления электрической энергии с использованием возобновляемых источников энергии.
Начал работать долгосрочный рынок мощности и в связи с этим законом, вместо механизма установления надбавки к равновесной цене, законодательно закрепляется применение механизма поддержки генерации на основе использования ВИЭ посредством заключения долгосрочных договоров купли-продажи мощности по особой цене
К 2015 году в России, по мнению ряда аналитиков, будет установлено более 36 МВт солнечных систем, к 2020 году объем накопленной установленной мощности составит 182 МВт. Это исчезающее малые величины для мировой солнечной промышленности, но если законодателям удастся обеспечить разумную законодательную базу, то выпускаться будет больше - в выигрыше будут все - производители, потребители, общество.
Пока сделаны только первые шаги. Компания Hevel Solar, учрежденная госкорпорацией «Роснано» и группой «Ренова», планирует построить в Кавказских Минводах (Ставропольский край) первую в России солнечную электростанцию (СЭС) стоимостью 3 млрд руб. при поддержке местного правительства. Первая СЭС будет представлять собой экспериментальную опытно-промышленную модульную солнечную электростанцию на тонкопленочном аморфно-микроморфном кремнии, суммарной пиковой мощностью 12,3 МВт, которая будет преобразовывать солнечное излучение в электрическую и тепловую энергию. Hevel Solar будет одним из соинвесторов, правительство - другим. На базе СЭС планируется разместить научно-исследовательский центр по изучению солнечной энергетики.
НПП «Квант» - старейшее и достаточно авторитетное учреждение, видим, что число разговоров об инновационном пути развития России значительно опережает число реальных дел. Поэтому мы стали действовать сами и будем продолжать двигаться в направлении создания развитой фотоэнергетики в России. НПП «Квант» - ведущее предприятие в области создания средств автономной энергетики в России и за рубежом, решившее первыми в мире задачу энергетического обеспечения космических полетов. Основным научно-техническим направлением деятельности НПП «Квант» является разработка методов прямого преобразования различных видов энергии (химической, солнечной, тепловой) в электричество и создание на их основе автономных источников электропитания и средств диагностики, широко используемых в различных областях производства и специальной технике.
НПП «Квант» является единственным предприятием в России, где выполняется широкий объем работ по созданию источников автономного энергопитания, принципиально важных элементов для различных отраслей промышленности. Научно-производственное предприятие «Квант» является ведущей организацией в РФ в области разработки и изготовления солнечных элементов на основе различных полупроводниковых материалов, а также в области проектирования, изготовления, испытаний и обеспечения ресурсных характеристик солнечных батарей для космических аппаратов на их базе.
Начиная с третьего искусственного спутника Земли, запущенного 15 мая 1958 года, все отечественные космические аппараты оснащались солнечными батареями, которые были разработаны и изготовлены НПП «Квант». Всего за это время разработано, изготовлено и поставлено более 2000 солнечных батарей, которые успешно эксплуатировались на разнообразных космических аппаратах, работавших на низкоорбитальных, геостационарных, эллиптических орбитах, на автоматических межпланетных станциях и т.д. Выполняя эти работы, предприятие сотрудничало со всеми головными заказчиками-изготовителями космических аппаратов.
НПП «Квант» были предложены и успешно реализованы принципиально новые, отличные от зарубежных аналогов, типы солнечных батарей, например:
- солнечные панели на сетчатых или струнных подложках;
- кремниевые солнечные батареи с двусторонней чувствительностью для использования на низкоорбитальных КА;
- солнечные батареи на основе арсенида галлия (моно).
НПП «Квант» был проведен большой объем наземных исследований и натурных испытаний по выявлению воздействия на характеристики солнечных батарей основных факторов космического пространства: радиации, плазмы, термоциклирования и т.д. Это позволило с большой точностью определять ресурсные характеристики и в последние годы перейти к проектированию и изготовлению солнечных батарей для космических аппаратов со сроком активного существования до 15 лет.
