Поскольку солнце и ветер ненадежны, придется увеличить мощность электростанций и производить больше электроэнергии. (Мощность показывает, сколько электроэнергии можно теоретически произвести при самом сильном солнце и самом сильном ветре; выработка реальный объем, учитывающий колебания, закрытие энергетических станций на ремонт и другие факторы. Выработка всегда ниже, чем мощность, а в случае таких нестабильных источников, как солнце и ветер, намного ниже.)
С ростом производства электроэнергии и повышения роли солнца и ветра полный переход на безуглеродную электроэнергию в Америке к 2050 году потребует дополнительных 75 гигаватт мощности ежегодно в течение 30 лет.
Много ли это? За последние 10 лет мы добавляли в среднем 22 гигаватт в год. Теперь нужно увеличить этот показатель в три раза и удерживать этот темп еще три десятка лет.
Будет чуть проще, когда мы сделаем солнечные батареи и ветрогенераторы дешевле и эффективнее то есть когда придумаем, как получать из солнечного света и ветра еще больше энергии. (На сегодня лучшие солнечные панели преобразуют в электроэнергию меньше четверти солнечного света, а теоретическая верхняя граница самого распространенного коммерческого типа панелей составляет около 33%.) Когда коэффициент конверсии вырастет, мы сможем получать больше энергии с той же площади земли, что будет весьма полезно для широкого применения этих технологий.
Но более эффективных панелей и турбин недостаточно, поскольку есть колоссальная разница между строительством в XX веке и нашими потребностями в XXI веке. Местоположение играет ключевую роль.
С момента появления электросетей почти все электростанции в Америке располагались неподалеку от стремительно растущих городов: было удобно использовать железные дороги и трубопроводы для транспортировки ископаемого топлива с места добычи на электростанции, где его сжигали и производили электроэнергию. А значит, американские электросети нуждаются в железных дорогах и трубопроводах для транспортировки топлива на большие расстояния до электростанций, а затем в линиях электропередачи для подачи электричества на короткие расстояния в города.
Для солнечной и ветровой энергии эта модель не подходит. Солнечный свет невозможно транспортировать в железнодорожной цистерне на электростанцию его нужно преобразовывать в электроэнергию прямо на месте. Однако почти все солнце в Америке находится на юго-западе, а ветер на Великих равнинах, далеко от крупных городов.
В двух словах, перебои основной фактор, который повышает цены на безуглеродное производство электроэнергии. Именно по этой причине города, которые пытаются перейти на зеленые источники энергии, все равно дополняют солнечную и ветровую энергию другими источниками, такими как газовые электростанции, которые можно включать и выключать по требованию, а эти так называемые пиковые электростанции даже с натяжкой нельзя назвать безуглеродными.
Внесем ясность: нестабильные источники энергии, такие как солнце и ветер, могут сыграть важную роль в стремлении к нулевым выбросам. По сути, другого пути у нас нет. Причем перейти на возобновляемые источники нужно как можно быстрее там, где это экономически целесообразно. Удивительно, насколько снизилась стоимость солнечной и ветровой электроэнергии за последние 10 лет: солнечные фотоэлементы, к примеру, с 2010 по 2020 год подешевели в 10 раз, а стоимость полноценной системы солнечной энергетики снизилась на 11% за один только 2019 год. В основном этот спад вызван тем, что мы учимся на своем опыте: чем чаще мы что-то делаем, тем лучше у нас получается.
Однако нам еще предстоит устранить препятствия, которые мешают использовать возобновляемые источники с максимальной пользой. К примеру, многие считают, что американская электросеть представляет собой единую систему, но на самом деле это не так. Нет одной электросети; их много, и они разрозненные, поэтому электроэнергию можно доставлять только в те регионы, где она производится. Аризона может продавать излишек солнечной электроэнергии соседям, но не штатам на другом конце страны.
Эту проблему можно решить, расчертив страну тысячами километров особых высоковольтных линий электропередачи, рассчитанных на большие расстояния. Подобная технология существует. По сути, США уже провели такие линии. (Самая длинная тянется от штата Вашингтон до Калифорнии.) Но политические препятствия к массовому преобразованию электросетей слишком велики.
Только подумайте, интересы скольких землевладельцев, коммунальных компаний, местных и правительственных органов придется задеть, чтобы проложить линии электропередачи, по которым солнечная энергия поступит с юго-запада страны к клиентам в Новой Англии! Один только выбор маршрута и получение разрешений колоссальная задача; люди вряд ли обрадуются, если вы захотите провести линии электропередачи через местный парк.
Начало строительства линии электропередачи TransWest Express для транспортировки ветровой энергии из Вайоминга в Калифорнию и на юго-запад страны запланировано на начало 2021 года. Заработает она в 2024 году через 17 лет после начала планирования.
Но если проект удастся, это будет настоящий прогресс. Я финансирую другой проект, в рамках которого создали компьютерную модель всех электросетей США. С помощью этой модели эксперты выяснили, что нужно сделать западным штатам, чтобы добиться цели, которую поставила перед собой Калифорния, 60% возобновляемых источников к 2030 году, а восточным штатам, чтобы добиться цели, которую поставил Нью-Йорк, 70% чистой энергии за тот же срок. Эксперты обнаружили, что это невозможно без усовершенствования системы энергообеспечения. Модель также показала, что общерегиональные и национальные методы передачи электроэнергии вместо разрозненных попыток обойтись собственными технологиями позволят каждому штату сократить эмиссию, задействовав на 30% меньше возобновляемых источников, чем понадобилось бы в противном случае. Другими словами, мы сэкономим деньги, построив электростанции на возобновляемых источниках в оптимальных локациях, создав единую общенациональную сеть и транспортируя энергию с нулевыми выбросами в любой регион страны[56].
В ближайшие годы, когда электричество станет еще более важным «ингредиентом» нашей энергетической «диеты», нам понадобятся подобные модели для всего мира. Они помогут ответить на следующие вопросы: какое сочетание чистых источников будет наиболее эффективным в данном регионе? по какому маршруту должны идти линии электропередачи? какие законодательные особенности ограничивают этот процесс и какие стимулы нужно создать? Надеюсь скоро увидеть много подобных проектов.
Еще одна трудность: по мере того как наши дома будут меньше полагаться на ископаемое топливо и больше на электричество (к примеру, чтобы зарядить электрокары и включать отопление зимой), придется усовершенствовать электропроводку каждого дома. Многие улицы предстоит перекопать, взобраться на электрические столбы, чтобы установить более тяжелые провода, трансформаторы и другое оборудование. Каждый почувствует изменения на собственной шкуре, и глобальные решения проявятся на местном уровне.
Технологии помогут преодолеть некоторые неудобства. К примеру, линии электропередачи будут меньше мозолить глаза, если проводить их под землей. Но на сегодняшний день это увеличивает их стоимость в 510 раз. (Проблема в нагреве: провода нагреваются, когда по ним поступает ток. Когда они над землей, проблем нет тепло испаряется в воздухе, но под землей ему некуда деться. При сильном нагреве провода начнут плавиться.) Некоторые компании разрабатывают линии электропередачи следующего поколения, исключающие проблему нагревания и значительно снижающие расходы на подземную прокладку проводов.
Возобновляемые источники энергии и улучшение линий электропередачи одна из важнейших задач на сегодняшний день. Если мы не усовершенствуем нашу сеть в разы и предоставим каждому региону делать это самостоятельно, зеленая наценка составит не 1530%, а все 100% или даже больше. Если мы не задействуем большой объем атомной энергии (о ней мы поговорим в следующем разделе), то, чтобы сократить выбросы до нуля, придется всю свободную площадь в США застроить солнечными панелями и ветрогенераторами. Сложно сказать, сколько электроэнергии Америка получит благодаря возобновляемым источникам, однако мы точно знаем, что до 2050 года нужно ускорить их строительство в 510 раз.
И помните, что большинству стран повезло меньше, чем Соединенным Штатам, если говорить о солнечных и ветровых ресурсах. Тот факт, что мы надеемся получить значительную долю электроэнергии из возобновляемых источников, исключение, а не правило. Вот почему, даже если мы максимально задействуем энергию солнца и ветра, миру понадобятся новые методы получения чистой электроэнергии.