Предисловие
Изменение климата стало одной из самых серьезных проблем, стоящих перед миром сегодня. В условиях усиливающегося глобального потепления экологические проблемы, такие как частые экстремальные погодные явления, повышение уровня моря и потеря биоразнообразия, становятся все более серьезными. Сокращение выбросов углерода и ускорение энергетического перехода стали глобальным консенсусом. В этой «зеленой революции» солнечная фотоэлектрическая энергия, как один из наиболее перспективных источников чистой энергии, обеспечивает экологически чистой электроэнергией бесчисленное количество домов и предприятий. Однако многие люди, рассматривая возможность установки солнечных систем, часто сосредотачиваются только на экономических выгодах — сколько электроэнергии они смогут сэкономить и как долго потребуется для окупаемости инвестиций — пренебрегая при этом ее огромной экологической ценностью.
На самом деле, экологический вклад солнечных энергетических систем намного превосходит воображение большинства людей. Типичная бытовая фотоэлектрическая (ФЭ) система ежегодно сокращает выбросы углекислого газа на величину, эквивалентную посадке десятков или даже сотен деревьев; суммарное сокращение выбросов углекислого газа от миллионов солнечных систем по всей стране является астрономическим. В этой статье мы подробно рассмотрим экологическую ценность солнечных энергетических систем, рассчитаем, сколько выбросов углекислого газа может сократить бытовая ФЭ система в год, объясним принципы и методы расчетов сокращения выбросов углекислого газа, а также рассмотрим важную роль солнечных энергетических систем в борьбе с изменением климата. С помощью этой статьи мы надеемся повысить осведомленность о том, что солнечные энергетические системы — это не только инструмент экономии средств, но и важнейшее средство защиты нашей планеты.
I. Как системы солнечной энергии сокращают выбросы углекислого газа
Чтобы понять, почему системы солнечной энергии могут сократить выбросы углекислого газа, необходимо сначала разобраться с выбросами углекислого газа от традиционных источников энергии. В большинстве стран мира производство электроэнергии остается одним из основных источников выбросов углекислого газа. В качестве примера можно привести Китай: в 2023 году на энергетическую и тепловую промышленность приходилось примерно 50% от общего объема выбросов углекислого газа в стране, что делает ее значительным источником выбросов. Основным источником выбросов углекислого газа в энергетической отрасли является тепловая энергетика; угольные электростанции выбрасывают примерно от 700 до 900 граммов углекислого газа на киловатт-час, а газовые — примерно от 400 до 500 граммов на киловатт-час. Даже неископаемые источники энергии, такие как атомная энергетика, гидроэнергетика и ветроэнергетика, практически не выбрасывая углекислого газа во время эксплуатации, все же оставляют углеродный след при производстве и выводе из эксплуатации оборудования.
Принцип работы солнечных фотоэлектрических (ФЭ) систем заключается в преобразовании солнечной энергии в электрическую. Этот процесс предполагает полное исключение сжигания топлива, что исключает выбросы парниковых газов, таких как углекислый газ. Хотя производство солнечных панелей потребляет некоторое количество энергии и материалов и приводит к некоторым выбросам углерода, эти «углеродные инвестиции» могут окупиться примерно за год эксплуатации системы. Другими словами, начиная со второго года эксплуатации, каждый киловатт-час выработанной электроэнергии является «безуглеродной» чистой электроэнергией. В течение всего 25-30-летнего периода эксплуатации электроэнергия, вырабатываемая солнечной системой, может считаться безуглеродной.
Механизм, посредством которого солнечные энергетические системы снижают выбросы углерода, можно рассматривать на двух уровнях: прямое и косвенное снижение выбросов. Прямое снижение выбросов означает, что электроэнергия, вырабатываемая солнечной системой, заменяет часть электроэнергии, вырабатываемой угольными электростанциями в сети, тем самым уменьшая выбросы углерода, связанные с соответствующим объемом электроэнергии, вырабатываемой угольными электростанциями. Например, если домохозяйство устанавливает фотоэлектрическую систему мощностью 5 киловатт, вырабатывающую примерно 7000 киловатт-часов электроэнергии в год, то эта электроэнергия, если бы она вырабатывалась на угольных электростанциях, привела бы к выбросу около 5 тонн углекислого газа. После установки солнечной системы эти 5 тонн выбросов углерода предотвращаются. Косвенное снижение выбросов означает участие солнечной системы в оптимизации диспетчеризации сети, что снижает общую интенсивность выбросов углерода в сети. При высокой выработке солнечной энергии сеть может сократить выработку других источников энергии, тем самым снижая общую интенсивность выбросов углерода в сети.
С точки зрения жизненного цикла, экологические преимущества солнечных энергетических систем еще более очевидны. Даже с учетом энергопотребления и выбросов углекислого газа в процессе производства солнечных панелей, общие выбросы углекислого газа фотоэлектрической системы за весь срок ее службы составляют приблизительно 30–50 граммов эквивалента CO2 на киловатт-час, что значительно ниже, чем примерно 700–900 граммов у угольной энергетики, а также ниже, чем примерно 12 граммов у атомной энергетики, 4 грамма у гидроэнергетики и 11 граммов у ветроэнергетики. Интенсивность выбросов углекислого газа при производстве электроэнергии с помощью фотоэлектрических систем уже находится на том же уровне, что и у чистых источников энергии, таких как гидроэнергетика и ветроэнергетика, и даже в некоторых исследовательских отчетах считается более экологичной.
II. Насколько можно сократить выбросы углекислого газа с помощью домашней системы солнечной энергии?
Это вопрос, который больше всего волнует многих: насколько можно сократить выбросы углекислого газа за год после установки системы солнечной энергии? Давайте объясним это на примере конкретных расчетов.
Во-первых, необходимо понять принципы расчета сокращения выбросов углерода. Сокращение выбросов углерода солнечной энергетической системой равно количеству электроэнергии, вырабатываемой солнечной системой, умноженному на коэффициент выбросов углерода в сети. Коэффициент выбросов углерода в сети — это количество углекислого газа, выбрасываемого на киловатт-час электроэнергии, вырабатываемой сетью, и отражает средний уровень выбросов углерода в энергосистеме сети. Коэффициент выбросов углерода в сети варьируется в зависимости от страны и даже от региона внутри одной страны, в основном в зависимости от доли различных источников энергии, таких как тепловая, гидроэнергетическая, атомная, ветровая и фотоэлектрическая энергия, в местной энергосистеме.
На примере Китая средний коэффициент выбросов углекислого газа в национальной энергосистеме в последние годы постоянно снижается. Согласно данным Министерства экологии и окружающей среды, в 2023 году национальный коэффициент выбросов углекислого газа в Китае составлял приблизительно 0,556 кг на киловатт-час, что означает около 556 граммов углекислого газа на киловатт-час. Этот показатель снижался из года в год: с приблизительно 0,581 кг на киловатт-час в 2020 году до приблизительно 0,645 кг на киловатт-час в 2015 году. С непрерывным увеличением доли новых источников энергии коэффициент выбросов углекислого газа в энергосистеме будет продолжать снижаться.
Для среднестатистической семьи из трех человек установка бытовой фотоэлектрической системы мощностью 5 киловатт позволит вырабатывать примерно от 6000 до 7000 киловатт-часов электроэнергии в год (в зависимости от местных условий солнечного света и конфигурации системы). Предполагая годовую выработку электроэнергии в 6500 киловатт-часов и коэффициент выбросов углерода в сеть 0,556 кг на киловатт-час, ежегодное сокращение выбросов углерода составит приблизительно 3614 кг, или около 3,6 тонн. Что означает эта цифра? Она эквивалентна посадке примерно 200 деревьев (при условии, что каждое дерево поглощает 18 кг углекислого газа в год) или сокращению пробега автомобиля с бензиновым двигателем примерно на 15 000 километров.
При установке системы мощностью 10 киловатт годовая выработка электроэнергии составит приблизительно 12 000–14 000 киловатт-часов, что позволит сократить выбросы углекислого газа примерно на 7–8 тонн в год. Для промышленных и коммерческих потребителей установка фотоэлектрической системы мощностью 50 киловатт на крыше позволит достичь годовой выработки электроэнергии приблизительно в 60 000–70 000 киловатт-часов, что сократит выбросы углекислого газа примерно на 35–40 тонн в год, что уже является значительным сокращением выбросов.
Ниже приведена таблица с оценкой ежегодного сокращения выбросов углекислого газа при использовании солнечных энергетических систем различных размеров:
Что означает эффект сокращения выбросов углекислого газа от системы мощностью 5 киловатт для обычных домохозяйств? С точки зрения отдельного человека, средний годовой объем выбросов углекислого газа на душу населения в Китае составляет около 7-8 тонн, из которых примерно 2-3 тонны связаны с потреблением электроэнергии. Установка солнечной системы мощностью 5 киловатт может сократить выбросы углекислого газа от потребления электроэнергии домохозяйством на 60-80%, что эквивалентно 30-40% среднегодового углеродного следа домохозяйства. В сочетании с другим электрооборудованием, таким как электромобили и тепловые насосы, вполне возможно достичь практически нулевых выбросов углекислого газа для домохозяйств.
С точки зрения межпоколенческого воздействия на домохозяйства, солнечная энергетическая система, используемая в течение 25 лет, может суммарно сократить выбросы углекислого газа примерно на 90 тонн. Это сокращение выбросов углерода имеет ощутимое значение в борьбе с изменением климата. Если перейти к лесовосстановлению, для поглощения 90 тонн углекислого газа за 25 лет потребуется посадить около 5000 деревьев. С точки зрения потребления угля, это эквивалентно экономии примерно 40 тонн обычного угля, а предотвращение выбросов углекислого газа от сжигания этого угля эквивалентно примерно 50 кругам Земли, пройденным автомобилем.
III. Факторы, влияющие на сокращение выбросов углерода при использовании солнечных энергетических систем.
После ознакомления с основными методами расчета важно также понимать, что сокращение выбросов углерода — это не фиксированная величина, а результат совокупности факторов. Понимание этих факторов помогает более точно оценить экологическую ценность вашей собственной системы солнечной энергии.
Установленная мощность системы является наиболее прямым фактором, влияющим на сокращение выбросов углекислого газа. Чем больше установленная мощность, тем больше электроэнергии вырабатывается в год и тем больше сокращение выбросов углекислого газа. Однако эта зависимость не является линейной, поскольку с увеличением установленной мощности фактическая выработка электроэнергии зависит от таких факторов, как эффективность инвертора, деградация компонентов и потери из-за затенения. В целом, каждый киловатт установленной мощности вырабатывает от 1000 до 1500 киловатт-часов электроэнергии в год, в зависимости от местных условий солнечной активности. Поэтому, если площадь крыши и экономические условия позволяют, выбор немного большей установленной мощности не только более экономичен, но и вносит больший вклад в защиту окружающей среды.
Местные солнечные ресурсы являются ключевым фактором, влияющим на годовую выработку электроэнергии и напрямую определяющим уровень сокращения выбросов углекислого газа. Солнечные ресурсы Китая распределены крайне неравномерно. В западных регионах, таких как Цинхай-Тибетское плато, Внутренняя Монголия и Синьцзян, солнечного света более 3000 часов в год, при этом каждый киловатт установленной мощности вырабатывает от 1500 до 1800 киловатт-часов электроэнергии в год. В отличие от этого, в подверженных смогу районах, таких как Сычуань и Чунцин, солнечного света может быть менее 1000 часов в год, при этом каждый киловатт установленной мощности вырабатывает всего от 800 до 900 киловатт-часов в год. Та же система мощностью 5 киловатт может вырабатывать 8000 киловатт-часов в год в Тибете, но только 4500 киловатт-часов в Сычуани, что приводит к почти вдвое большему сокращению выбросов углекислого газа.
Эффективность системы и качество компонентов также влияют на годовую выработку электроэнергии. Высокоэффективные солнечные панели, высококачественные инверторы и стандартизированная установка могут повысить эффективность системы и увеличить годовую выработку электроэнергии. КПД преобразования солнечных панелей составляет от 18% до 23%, при этом высокоэффективные панели вырабатывают больше электроэнергии с той же площади. КПД преобразования инверторов составляет от 95% до 99%, при этом высокоэффективные инверторы снижают потери при преобразовании энергии. Стандартизированная установка может уменьшить дополнительные потери, такие как затенение и потери в линии электропередачи. В совокупности эти факторы могут привести к разнице в выработке электроэнергии на 10–20%.
Коэффициент потребления является решающим фактором, влияющим на фактическое сокращение выбросов углерода. Если вся электроэнергия, вырабатываемая солнечной системой, потребляется домохозяйствами, эффект сокращения выбросов углерода является прямым. Если часть электроэнергии продается в сеть, эффект сокращения выбросов углерода зависит от коэффициента выбросов углерода сети. Чем выше доля электроэнергии, потребляемой дома, по отношению к общему объему выработки электроэнергии, тем ближе фактическое сокращение выбросов углерода к теоретическому расчету. Многие домохозяйства, поскольку они не находятся дома в течение дня, могут потреблять дома только 30–50% электроэнергии, продавая остальное в сеть. В этом случае фактическое сокращение выбросов углерода будет ниже теоретического значения, поскольку, хотя электроэнергия, продаваемая в сеть, также снижает выработку тепловой энергии, процент сокращения отличается от процента сокращения потребления электроэнергии домохозяйствами.
Коэффициент выбросов углерода в самой энергосистеме также постоянно меняется. С увеличением доли новых источников энергии коэффициент выбросов углерода в энергосистеме демонстрирует тенденцию к снижению. Это означает, что производство одинакового количества солнечной энергии приводит к большему сокращению выбросов углерода в районах с высокими коэффициентами выбросов углерода и к меньшему — в районах с низкими коэффициентами выбросов углерода. Например, в 2020 году, когда коэффициент выбросов углерода составлял 0,581 кг/кВт·ч, производство 6500 кВт·ч позволило бы сократить выбросы углерода на 3,78 тонны; в 2023 году, когда коэффициент снизился до 0,556 кг/кВт·ч, производство того же количества электроэнергии позволило бы сократить выбросы на 3,61 тонны. Хотя абсолютное значение уменьшилось, экологическая ценность солнечной энергии остается очень значительной.
IV. Другие экологические преимущества солнечных энергетических систем
Помимо сокращения выбросов углекислого газа, системы солнечной энергии обладают множеством других экологических преимуществ, которые, хотя и трудно поддаются количественной оценке, не менее важны.
Снижение загрязнения воздуха является важным экологическим вкладом солнечных энергетических систем. Тепловая энергетика выбрасывает в атмосферу не только углекислый газ, но и диоксид серы, оксиды азота, твердые частицы и другие загрязняющие вещества, которые являются основными источниками таких экологических проблем, как кислотные дожди, смог и фотохимический смог. Солнечная энергетика не сжигает топливо и, следовательно, не производит эти загрязняющие вещества. По оценкам, выработка 10 000 киловатт-часов солнечной электроэнергии может сократить выбросы диоксида серы примерно на 15 килограммов и оксидов азота примерно на 10 килограммов, что напрямую способствует улучшению качества воздуха.
Экономия воды — еще одно экологическое преимущество солнечных энергетических систем. Тепловые электростанции требуют больших объемов воды для охлаждения, потенциально потребляя несколько литров воды на киловатт-час выработанной электроэнергии. Фотоэлектрическая генерация практически не потребляет воды, что особенно важно в регионах с дефицитом воды. Если бы одна десятая часть электроэнергии в стране вырабатывалась за счет солнечной энергии, ежегодно можно было бы экономить миллиарды кубометров воды, что стало бы значительным вкладом в решение водного кризиса.
Сокращение потребления угля является стратегическим вкладом солнечных энергетических систем в защиту окружающей среды. Китай — крупнейший в мире производитель и потребитель угля. Интенсивная добыча и использование угля привели к ряду экологических проблем, включая проседание грунта, истощение грунтовых вод, накопление угольной пустой породы и загрязнение воздуха. Развитие возобновляемых источников энергии, таких как солнечная энергия, и снижение зависимости от угля — это фундаментальный способ решения этих проблем. Бытовая фотоэлектрическая система мощностью 5 киловатт может генерировать приблизительно 160 000 киловатт-часов электроэнергии за 25 лет эксплуатации, что эквивалентно экономии около 65 тонн стандартного угля.
Развитие экономики замкнутого цикла является новой экологической ценностью солнечных энергетических систем. Поскольку установленные на ранних этапах эксплуатации фотоэлектрические системы постепенно исчерпывают свой срок службы, переработка и утилизация фотоэлектрических модулей стали новой экологической проблемой. К счастью, около 90% материалов в фотоэлектрических модулях могут быть переработаны и использованы повторно, включая стекло, алюминиевые рамы, кремний и серебро. Создание комплексной системы переработки фотоэлектрических модулей позволит обеспечить переработку ресурсов, снизив потребность в первичных ресурсах. В настоящее время отрасль переработки фотоэлектрических модулей быстро развивается и в будущем станет важной частью экономики замкнутого цикла.
Повышение осведомленности общественности об экологических проблемах является более глубоким экологическим вкладом солнечных энергетических систем. Когда семья устанавливает солнечную энергетическую систему, и их ежедневная электроэнергия поступает от солнца, у них возникает внутренняя связь с чистой энергией, и они начинают больше беспокоиться об энергетических и экологических проблемах. Это изменение в осведомленности и поведении распространяется от дома к сообществу и рабочему месту, влияя на большее количество людей, побуждая их обращать внимание на экологические инициативы и участвовать в них. С этой точки зрения, экологическая ценность солнечных энергетических систем выходит за рамки их прямого сокращения выбросов углекислого газа.
V. Как максимизировать экологическую ценность систем солнечной энергии
После того, как пользователи осознали экологическую ценность солнечных энергетических систем, у многих может возникнуть вопрос: как я могу максимально увеличить экологические преимущества своей собственной солнечной энергетической системы?
Увеличение доли собственного потребления электроэнергии — эффективный способ повышения экологической эффективности. Чем выше доля собственного потребления по отношению к выработке электроэнергии, тем ближе фактическое сокращение выбросов углекислого газа будет к теоретическому значению. Методы увеличения собственного потребления включают: корректировку привычек использования электроэнергии, перенос использования мощных электроприборов на дневное время, когда солнечного света достаточно; использование систем хранения энергии для накопления избыточной солнечной энергии в течение дня для использования в ночное время; и использование устройств «умного дома» для автоматической оптимизации потребления электроэнергии на основе цен на электроэнергию и моделей выработки. Если на местном уровне будет внедрена система ценообразования в зависимости от времени суток, ее сочетание с системами хранения энергии также может максимизировать экономическую выгоду.
Выбор высокоэффективных и высококачественных изделий позволяет производить больше электроэнергии на той же площади установки, тем самым сокращая выбросы углекислого газа. Хотя высокоэффективные модули стоят дороже в пересчете на единицу продукции, экологические преимущества от увеличения выработки электроэнергии на протяжении всего срока их службы, как правило, в несколько раз превышают первоначальные инвестиции. Кроме того, высококачественные изделия деградируют медленнее, сохраняя высокую эффективность выработки электроэнергии даже после 25 лет, в то время как низкокачественные изделия могут снизить свою мощность до менее чем 80% от номинальной всего за 10 лет.
Правильная установка и регулярное техническое обслуживание обеспечивают долгосрочную и эффективную работу системы. Такие детали, как угол установки, предотвращение затенения и правильное электрическое соединение, влияют на эффективность системы и выработку электроэнергии. Регулярная очистка поверхности солнечных панелей, проверка электрических соединений и мониторинг данных о работе системы позволяют оперативно выявлять и устранять проблемы, влияющие на выработку электроэнергии. Хорошо обслуживаемая система может прослужить от 25 до 30 лет, в то время как плохо обслуживаемая система может значительно снизить свою эффективность через 10-15 лет, уменьшая свой общий вклад в защиту окружающей среды.
Продление срока службы солнечной системы является ключом к максимизации ее долгосрочной экологической ценности. Солнечные системы — это долгосрочные инвестиции; чем дольше срок службы, тем больше суммарная выработка электроэнергии и тем больше суммарное сокращение выбросов углекислого газа. Методы продления срока службы включают: выбор надежных продуктов, правильную установку и эксплуатацию, регулярное техническое обслуживание и своевременную замену изношенных компонентов при необходимости. Система, используемая в течение 30 лет, будет вырабатывать на 50% больше электроэнергии и внесет на 50% больший вклад в защиту окружающей среды, чем система, используемая в течение 20 лет.
Участие в торговле углеродными квотами — это новый способ монетизации экологической ценности. С созданием и совершенствованием национального углеродного рынка права на выбросы углерода для частных лиц и предприятий становятся ценными активами. В некоторых регионах уже разрешена торговля на углеродном рынке сокращением выбросов углерода, генерируемым распределенными фотоэлектрическими проектами. Хотя для монетизации сокращения выбросов углерода от бытовых фотоэлектрических проектов все еще существуют некоторые препятствия, это перспективное направление. Благодаря торговле углеродными квотами экологический вклад в установку солнечных энергетических систем может быть экономически вознагражден, что еще больше повысит общую ценность солнечных энергетических систем.
Заключение
Экологическая ценность солнечных энергетических систем реальна, поддается количественной оценке и измерению. Бытовая фотоэлектрическая система мощностью 5 киловатт может сократить выбросы углекислого газа примерно на 3–4 тонны в год, что эквивалентно посадке 200 деревьев или сокращению пробега на 15 000 километров. С точки зрения жизненного цикла, солнечная энергия является одним из самых чистых источников электроэнергии, доступных в настоящее время, а интенсивность выбросов углекислого газа уже сопоставима с традиционными чистыми источниками энергии, такими как гидроэнергетика и ветроэнергетика.
Однако экологическая ценность солнечных энергетических систем выходит далеко за рамки сокращения выбросов углерода. Они уменьшают загрязнение воздуха, сохраняют водные ресурсы, сокращают потребление угля, способствуют развитию экономики замкнутого цикла и повышают осведомленность общественности о защите окружающей среды — эти разнообразные ценности в совокупности составляют всеобъемлющий экологический вклад солнечных энергетических систем. Что еще более важно, по мере того как все больше людей выбирают установку солнечных энергетических систем, общество в целом будет ускорять свой переход к чистой энергии, в конечном итоге достигая цели пика выбросов углерода и углеродной нейтральности.
Каждый киловатт-час солнечной электроэнергии — это вклад в защиту нашей планеты; каждая установленная солнечная система — это шаг к борьбе с изменением климата. Стремясь к экономической выгоде, давайте также помнить об экологической ценности солнечных систем. Эта ценность может не отражаться напрямую в счетах за электроэнергию, но она действительно делает нашу планету лучше.
Пожалуйста, свяжитесь с Саймоном как можно скорее, чтобы обсудить ваш проект:
• WeChat: TY530643572
• Телефон: +86 137 1166 0041
