В 2023 году мир потерял более 500 ТВт·ч потенциальной выработки солнечных электростанций, и заметная часть этого объема ушла не из-за поломок или нехватки панелей, а из-за грязного воздуха. Для IT-аудитории это не абстрактная экология, а еще один пример того, как физическая инфраструктура и данные об окружающей среде напрямую влияют на экономику цифровых и энергетических систем: генерация солнечной энергии зависит не только от CAPEX, но и от того, что летает в атмосфере.
Об этом сообщает Ars Technica со ссылкой на исследование, опубликованное в журнале Nature Sustainability. Авторы работы попытались оценить, сколько электричества реально могли бы вырабатывать солнечные станции по всему миру, если бы солнечный свет не рассеивался облаками и аэрозолями. Для этого они собрали глобальный реестр солнечных объектов: взяли уже существующие базы, дополнили их спутниковыми снимками, которые анализировал ИИ, а также краудсорсинговыми данными о местоположении станций. Затем по спутниковым изображениям оценили размеры площадок, а погодные данные с геометками использовали для расчета фактической и потенциальной генерации.
Цифры получились неприятные. Более четверти потенциальной мировой выработки СЭС в 2023 году оказалось потеряно: свыше 20% из-за облаков и еще 6% из-за аэрозолей. В абсолютных значениях это чуть больше 500 ТВт·ч, то есть примерно столько, сколько за год способны произвести 84 угольные электростанции мощностью по 1 ГВт каждая. Если смотреть только на аэрозоли, они ежегодно съедают значимую долю прироста: за пять лет до 2023 года мир вводил достаточно солнечных мощностей, чтобы прибавлять в среднем 250 ТВт·ч выработки в год, но около 75 ТВт·ч из этого объема терялось именно из-за загрязнения атмосферы.
Почему уголь бьет по солнечным станциям
Авторы отдельно подчеркивают, что аэрозоли бывают не только антропогенными. Часть из них естественная, например пыль из пустынных регионов. Но именно уголь выглядит главным промышленным виновником истории. По оценке исследователей, аэрозоли на основе диоксида серы, которые в основном образуются при сжигании угля, дают почти половину всего рассмотренного в работе аэрозольного эффекта. Еще 18% приходится на углеродсодержащие частицы, тоже обычно связанные с ископаемым топливом. Иными словами, угольная генерация не просто конкурирует с солнечной по цене, субсидиям и месту в энергобалансе. Она еще и физически ухудшает условия, в которых должна работать генерация солнечной энергии.
На этом месте история перестает быть общим разговором про климат и становится вполне прикладной. Если угольная станция ухудшает инсоляцию для соседних солнечных парков, то модель окупаемости СЭС нужно считать не только от количества ясных дней и стоимости подключения к сети, но и от регионального профиля выбросов. Для операторов, девелоперов и инвесторов это означает более сложную математику: атмосферное загрязнение превращается в фактор, который снижает выходную мощность и ухудшает возврат на вложенный капитал. Для тех, кто строит аналитические платформы в энергетике, это прямой сигнал включать спутниковые данные, карты аэрозолей и локальные экологические метрики в прогнозные модели.
Почему Китай теряет больше, а США меньше
Эффект распределен по миру очень неравномерно. Самый показательный пример в исследовании — Китай. Там аэрозоли в среднем сокращали выработку солнечной генерации на 7,7% и компенсировали от трети до половины ее годового роста. Исследователи отдельно отмечают, что пространственное распределение потерь фотоэлектрической генерации в Китае похоже на распределение угольных мощностей. Дополнительный анализ загрязнения воздуха показал, что 30% этих потерь можно напрямую связать со сжиганием угля. Для страны, которая активно наращивает солнечные мощности, это выглядит почти как внутренний саботаж энергоперехода собственным же угольным парком.
В США картина мягче: основная солнечная генерация солнечной энергии сосредоточена на юге и западе, а значительная часть угольных электростанций — на востоке и северо-востоке. Из-за этого годовые потери там составили около 3%, то есть меньше чем вдвое от китайского уровня. Это важная деталь и для бизнеса, и для ИТ-систем, которые работают с планированием генерации. Одни и те же технологии в разных регионах показывают разную экономику не потому, что панели внезапно стали хуже, а потому что качество атмосферы и размещение источников загрязнения оказываются не менее важными, чем сама солнечная карта.
При этом у исследования есть и хороший сюжет. Китай в последние годы начал снижать остроту проблемы: после тяжелых эпизодов загрязнения страна строила более эффективные угольные блоки и выводила из эксплуатации часть самых грязных объектов. Данные показывают, что на солнечной генерации это тоже сказалось: влияние аэрозолей в последние годы снижалось. Полной победой это не назовешь, но тренд показателен. Когда регулятор и энергетика чистят угольный парк, это дает не только выигрыш для здоровья и выбросов, но и прибавку там, где ее обычно не ищут, — в продуктивности СЭС.
Для русскоязычного ИТ-рынка тут несколько очевидных выводов. Во-первых, энергетическая аналитика становится задачей не только для энергетиков, но и для команд, работающих с геоданными, компьютерным зрением, моделями прогнозирования и цифровыми двойниками инфраструктуры. Во-вторых, при размещении новых объектов генерация солнечной энергии все сильнее зависит от качества внешних данных: карт загрязнения, метеосервисов, спутникового мониторинга и сценарного моделирования. И, наконец, уголь в этой логике выглядит особенно невыгодно: это, похоже, единственный крупный источник энергии, который не просто конкурирует с солнечной генерацией, а снижает производительность своего главного соперника. Подробности исследования пересказывает ; более широкий вопрос теперь звучит так: насколько быстро энергетические стратегии начнут учитывать загрязнение воздуха не как внешнюю экологическую проблему, а как прямой коэффициент потерь в расчетах генерации и инвестиций.