Ученые из Оксфордского университета, Университетского колледжа Лондона, Университета Лестера и Университета Бата выяснили, что угольные электростанции, которые до сих пор остаются основой энергосистем многих стран и одним из главных источников выбросов парниковых газов, одновременно снижают эффективность солнечной энергетики. В своем исследовании они показали, что аэрозольное загрязнение атмосферы, возникающее при работе угольных ТЭС, уменьшает мировую выработку солнечных электростанций примерно на 5,8%. В 2023 году это привело к потере около 111 ТВт·ч электроэнергии – объема, сопоставимого с годовым потреблением Нидерландов.
Логика энергоперехода долгое время выглядела достаточно прямолинейно: чем больше в мире появляется солнечных станций, тем быстрее снижается зависимость от ископаемого топлива. Однако на практике оказалось, что часть эффекта от новых солнечных мощностей буквально растворяется в загрязненном воздухе. По расчетам британских исследователей, в среднем за 2017-2023 годы потери генерации из-за аэрозолей были сопоставимы почти с третью той энергии, которую ежегодно обеспечивали новые солнечные станции по всему миру.
Чтобы прийти к таким выводам, ученые создали трёхступенчатый алгоритм, объединив спутниковые снимки Sentinel-2 и PlanetScope, данные краудсорсинговой карты OpenStreetMap и собственные алгоритмы машинного обучения.
На первом этапе исследователи идентифицировали все потенциальные солнечные электростанции по всему миру – в общей сложности почти 141 тыс. объектов. Затем с помощью нейросети Segment Anything они уточнили реальные границы солнечных панелей, отделив их от пустых участков земли и сопутствующей инфраструктуры. После этого полученную карту сопоставили с атмосферными данными NASA MERRA-2, что позволило для каждой станции отдельно оценить потери генерации от облаков и от загрязнения воздуха.
Наиболее показательным примером предсказуемо стал Китай – крупнейший мировой рынок солнечной энергетики и одновременно один из крупнейших потребителей угля. Почти половина всех потерь солнечной выработки в стране приходится на сульфатные аэрозоли, образующиеся при выбросах диоксида серы от угольных электростанций. Дополнительный вклад в снижение эффективности солнечных панелей вносят и углеродные аэрозоли.
При этом новая методика позволила скорректировать прежние оценки ущерба, которые зачастую не учитывали точное расположение солнечных станций. Согласно более точным расчетам, реальные потери солнечной генерации в Китае составляют около 7,7%.
Одновременно исследователи выявили и ключевую закономерность: многие солнечные станции в стране расположены сравнительно близко к угольным ТЭС, в результате чего в отдельные годы потери от аэрозольного загрязнения оказывались эквивалентны более чем 60% дополнительной энергии, которую обеспечивали новые солнечные мощности.
Парадоксально, но именно Китай оказался единственной крупной страной, где потери солнечной генерации из-за аэрозолей устойчиво снижаются – примерно на 1,4% в год, несмотря на продолжающийся рост угольной генерации. Как отмечают авторы, связано это прежде всего не с закрытием угольных мощностей, а с масштабной модернизацией ТЭС и внедрением стандартов сверхнизких выбросов, позволивших существенно сократить объем загрязняющих веществ. Для сравнения, в США, где солнечные и угольные мощности географически значительно удалены друг от друга, потери солнечной генерации составляют около 3,1%.
Исследователи подчеркивают, что в ближайшие годы угольные электростанции, вероятно, сохранят важную роль в обеспечении устойчивости энергосистем. Но вместе с тем они считают необходимым изменить подход к географии размещения солнечной энергетики, чтобы не создавать избыточную концентрацию СЭС рядом с крупными угольными ТЭС. Наконец, исследователи считают важным скорректировать и сами принципы оценки энергоперехода, поскольку без учета потерь генерации из-за загрязнения атмосферы вклад солнечной энергетики в сокращение выбросов и улучшение качества воздуха может систематически переоцениваться.
