Международное агентство по возобновляемым источникам энергии провело оценку прогресса в использовании инновационных технологий в области возобновляемых источников энергии

По мере роста доли экологически чистых источников энергии в национальных энергобалансах инновационные технологии играют ключевую роль в снижении затрат и повышении производительности новых энергоресурсов.

В исследовании, опубликованном Международным агентством по возобновляемым источникам энергии (International Renewable Energy Agency, IRENA), собраны данные о стоимости и производительности отдельных технологий в области возобновляемых источников энергии (ВИЭ), а также данные о патентах и стандартах в области ВИЭ с целью проведения количественной оценки инновационного прогресса.

На примере технологий, используемых в шельфовой ветровой энергетике, определено более 50 показателей инновационного прогресса, которые распределены по трем сферам влияния (impact categories), требующим поддержки внедрения инновационных технологий: экосистема, технологический прогресс и рынок. К инновациям в области экосистемы относятся: степень развития знаний, кодификация и распространение знаний, а также степень осведомленности и сотрудничества между различными заинтересованными субъектами (государственными и частными, национальными и международными). Технологический прогресс отражается в снижении затрат, разнообразии характеристик проектов и повышении производительности применяемых технологий, а формирование рынка определяется масштабами внедрения технологий и их коммерциализацией.

Основные выводы исследования IRENA о текущем состоянии отдельных видов ВИЭ-энергетики заключаются в следующем:

• Солнечная фотоэлектрическая генерация (Solar PV): резкое снижение затрат на производство солнечных фотоэлектрических панелей в последнее десятилетие вызвано активным внедрением инновационных технологий, которые способствовали также повышению эксплуатационных характеристик и производительности солнечных установок. После снижения на 85% усредненной стоимости электроэнергии, вырабатываемой солнечной фотоэлектрической генерацией, в период с 2010 по 2020 гг., технология Solar PV продолжает осваивать новые энергорынки.
• Концентрационная (тепловая) солнечная генерация (Concentrating solar power, CSP): несмотря на скромные масштабы внедрения, конкурентоспособность CSP технологий постоянно повышалась в течение последнего десятилетия. Показатель нормированной стоимости электроэнергии LCOE вводимых в эксплуатацию CSP установок снизился на 68% в период с 2010 по 2020 гг., поскольку снизились затраты на строительство и эксплуатацию, а коэффициенты полезного действия* CSP установок увеличились.
• Бытовые системы накопления электроэнергии (СНЭЭ): политическая поддержка бытовых СНЭЭ, не учитываемых в диспетчерском графике (behind-themeter battery storage), сыграла важную роль в увеличении масштабов их применения, хотя сохраняется значительный потенциал для продолжения роста использования бытовых СНЭЭ. Повышенная исследовательская активность и рост производства привели к значительному улучшению технических и эксплуатационных характеристик СНЭЭ на базе литий-ионных аккумуляторных батарей.
• Наземная ветровая генерация: благодаря увеличению высоты башни ветровых турбин и ометаемой площади, средневзвешенный КПД (global weightedaverage capacity factor) шельфовых ветровых электростанций (ВЭС) увеличился почти на треть – с чуть более 27% в 2010 г. до 36% в 2020 г. Благодаря снижению затрат на строительство и усовершенствованию технологий производства ветровых турбин средневзвешенный LCOE наземных ветровых установок снизился на 56% в период с 2010 по 2020 гг.
• Шельфовая ветровая генерация: благодаря увеличениб высоты башни и ометаемой площади, технологическому совершенствованию ветровых турбин, компоновки ветропарков и развитию шельфовых электрических соединений, а также благодаря совершенствованию эксплуатационного и технического обслуживания КПД шельфовых ветровых установок в период с 2010 по 2020 гг. увеличились, а средневзвешенный LCOE шельфовых ветровых установок снизился на 48%.
• Водородные электролизеры: в период с 2005 по 2020 гг. произошло увеличение количества щелочных электролизеров на 60%, а рост количества электролизеров на протонообменной мембране (proton exchange membrane, PEM) был еще выше. В результате исследований и разработок эффективность щелочных электролизеров повысилась по меньшей мере на 10%, хотя PEM установки не продемонстрировали повышения эффективности в такой же степени.
• Крупномасштабное использование солнечной тепловой энергии: в течение последнего десятилетия европейские страны поддерживали использование солнечной тепловой энергии для промышленных процессов, хотя и в небольших количествах, при этом затраты на строительство установок для использования солнечного тепла снизились более чем на две трети с 2010 по 2019 гг.

Патенты и стандарты

Анализ использования патентов и стандартов проводился для двух развивающихся технологий – шельфовых ВЭС и экологически чистых водородных электролизеров.

Что касается шельфовой ветрогенерации, изобретательская активность в этой сфере достигала пика дважды – первый пик пришелся примерно на 2012 г., а второй − на 2018 г. Европейские страны лидируют по количеству разработок инновационных технологий и придерживаются международного подхода к патентованию. В отношении производства «зеленого» водорода и, в частности, электролиза воды, быстрый рост числа изобретений после 2012 г. связан с повсеместной реализацией национальных энергетических планов, включающих развитие и распространение технологий производства «зеленого» водорода. Обе технологии выиграли от наличия действующих стандартов в сфере ветровой генерации и производства водорода, что способствовало их быстрому внедрению.

Что касается шельфовых ветроэнергетических технологий, то первый стандарт в данной области, опубликованный в 2004 г., распространяется на проектирование как наземных, так и шельфовых ветровых турбин. С тех пор было опубликовано 32 стандарта. Поскольку различия между наземными и шельфовыми ветровыми турбинами незначительны, технологии производства шельфовых ветровых установок в значительной степени выиграли от использования стандартов для наземных ветровых турбин, что способствовало более быстрому развитию рынка шельфовой ветровой генерации.

Разработка стандартов в области водородных технологий проходила по аналогичному пути. В настоящее время разработаны 126 стандартов в области водородных технологий и топливных элементов, охватывающих производство, транспортировку, хранение и использование водорода, а также связанные с ними вопросы, включая безопасность. Единственный стандарт в области производства «зеленого» водорода, опубликованный в 2019 г., в настоящее время пересматривается и будет разделен на несколько стандартов, более детально охватывающих различные аспекты.

Информационно-аналитический ресурс PEi

* Capacity factor.