Можем ли мы покрыть пустыню Сахара солнечными батареями?

Пустыня имеет обильный запас солнечного света. Это делает ее идеальным местом для строительства солнечных электростанций. Однако такие электростанции могут оказывать негативное воздействие на окружающую среду.

Признаки изменения климата заставили мир обратить внимание на "зеленую" энергию. Источник энергии, который не работает на ископаемом топливе и имеет незначительные выбросы углерода.

Атомная энергия может стать ответом на этот вопрос, поскольку она не содержит углеродных выбросов. Но не все страны могут позволить себе атомные станции, поскольку они требуют тонны ресурсов и имеют высокий риск ядерных аварий.

Так что же делать с ветряными турбинами? Это устойчивый и чистый источник топлива. Но турбины могут быть шумными и, как известно, убивают птиц. Кроме того, ветер не является надежным источником, поскольку он дует не всегда.

У солнечных электростанций тоже есть подобная проблема. Солнце не всегда ярко светит на небе, и есть регионы, где солнечный свет неяркий или небо в основном облачное. Хотя... для этого есть решение - пустыни!

Так почему же мы не покрываем солнечными батареями такие пустыни, как Сахара?

Преимущества солнечной электростанции в Сахаре

По словам немецкого физика Герарда Книса, всего за шесть часов пустыни по всему миру получают больше солнечной энергии (173000 тераватт), чем люди потребляют за год.

Пустыня Сахара в Африке имеет площадь 9,2 миллиона квадратных километров, занимая 8% земной суши. Если 1,2% пустыни - около 110 000 квадратных километров - покрыть солнечными панелями, этого будет достаточно для удовлетворения всех мировых потребностей в энергии.

Кроме того, в пустыне выпадает крайне мало осадков, облачность практически отсутствует, дикая природа и ничтожно малое количество людей. Эти качества делают пустыню практически бесполезной для любых человеческих интересов. Мусор одного человека может стать сокровищем другого, а в данном случае - мировым достоянием. Это делает пустыню Сахара нашим лучшим вариантом чистого и устойчивого источника энергии. А если это так, то работает ли кто-нибудь над этим?

Да, была такая возможность. В 2009 году фонд Desertec выступил с инициативой обеспечить Европу солнечной энергией, вырабатываемой в пустынях. Но вскоре после создания инициатива начала проваливаться. Это было связано с проблемами, связанными с ее осуществимостью, транспортировкой, а также с тем, что проект был слишком дорогим.

Крупномасштабные фотоэлектрические (ФЭ) панели, покрывающие пустыню Сахара, могут стать решением для наших потребностей в электроэнергии. В то же время, это может привести к большим проблемам для окружающей среды.

Моделирование солнечной фермы, проведенное компанией EC-Earth, показало влияние низкого альбедо пустыни на местную экосистему. Альбедо - это показатель доли солнечной энергии, отраженной землей. Оно измеряется по шкале от 0 (указывает на сильно поглощающую поверхность) до 1 (указывает на отражающую поверхность).

Исследование показывает, что когда солнечные панели занимают более 20% от общей площади Сахары, это может вызвать порочный цикл повышения температуры. Формирование покрывала из солнечных панелей на пустыне изменяет альбедо, поскольку фотоэлектрические элементы поглощают солнечное излучение для выработки энергии. Таким образом, фотоэлектрическая солнечная панель имеет меньшее альбедо по сравнению с песком пустыни, который отражает солнечный свет.

Однако солнечные панели не полностью преобразуют падающий солнечный свет в электричество. Скорее, часть солнечной энергии преобразуется в тепло, которое может изменить местную температуру. Горячие солнечные панели вызывают высокую температуру воздуха у поверхности и конвекционные потоки, тем самым вызывая осадки. Увеличение количества осадков способствует росту растительности, что еще больше снижает альбедо, поскольку растения поглощают солнечный свет лучше, чем песок.

Засухи, циклоны и таяние морского льда

Как будто превращения горячей песчаной земли Сахары в дождливую, зеленую землю недостаточно, солнечные панели могут посеять хаос и в других частях света.

Моделирование показывает увеличение на ~1,5°C температуры воздуха у поверхности земли в сценариях, где 20% территории покрыто солнечными панелями. Аналогично, увеличение на ~2,5°C при покрытии 50% земли. В конечном итоге оба сценария могут привести к повышению глобальной температуры атмосферы и океанических течений. Во втором сценарии более значительные признаки потепления будут наблюдаться в арктическом регионе. Потепление полярного региона вызовет повышение уровня моря из-за таяния морского льда.

Перераспределение осадков в Сахаре и близлежащих регионах уменьшит количество осадков в районе Амазонки на 10-30%. Примерно столько же дополнительных осадков получит Сахара из-за снижения альбедо, вызванного фотоэлектрическими солнечными панелями. Сокращение влажности и осадков приведет к засухе в Амазонии.

Чтобы забить последний гвоздь в крышку гроба, солнечные фермы в пустыне будут способствовать развитию тропических циклонов над побережьем Северной Америки и Восточной Азии.

Проблемы хранения и транспортировки

Даже если мы преодолеем все катастрофические последствия солнечных ферм в пустыне, нам придется продумать логистику хранения и транспортировки всей этой энергии. Нам потребуются массивные батареи для хранения энергии, вырабатываемой в течение дня, чтобы продолжать подачу электроэнергии даже ночью. Для каждой панели потребуется отдельная небольшая батарея для бесперебойной выработки энергии в течение дня. Это почти удвоит общую стоимость солнечной электростанции.

А как насчет транспорта? Как мы сможем обеспечить весь мир солнечной электростанцией, расположенной посреди пустыни? В настоящее время Африка отстает в развитии надежных электрических сетей. Транспортировка энергии на большие расстояния по линиям электропередач также сопровождается некоторым процентом потерь электроэнергии (до 22,8%).

Кроме того, африканский регион политически нестабилен. Это делает крупные инвестиции (например, в солнечную электростанцию) в этом регионе рискованными.

Заключение

Действительно ли нам нужно захватывать километры пустынных земель и нарушать их экосистему, чтобы производить солнечную энергию? Какой бы образцовой ни была идея получения большого количества энергии от солнечных электростанций в пустыне, она все еще слишком сложна, чтобы воплотить ее в жизнь. Но у нас есть технология, позволяющая нашим городам и поселкам самим вырабатывать солнечную энергию.

Тем не менее, если эта концепция воплотится в реальность, это будет большим достижением для всего мира. Это позволит нам уменьшить зависимость от электростанций, работающих на ископаемом топливе.