Удивительное снижение стоимости солнечной фотоэлектрической (PV) энергии на 82% с 2010 года дало миру шанс построить энергетическую систему с нулевым уровнем выбросов, которая может быть менее дорогостоящей, чем система, работающая на ископаемом топливе, которую она заменяет.
Международное энергетическое агентство прогнозирует, что к 2040 году мощность фотоэлектрических солнечных электростанций должна вырасти в десять раз, если мы хотим решить двойную задачу: сократить глобальную бедность и удержать потепление на уровне значительно ниже 3,6 ° F (2 ° C).
Критические проблемы остаются. Солнечная энергия является «прерывистой», поскольку солнечный свет меняется в течение дня и в зависимости от времени года, поэтому энергия должна храниться до тех пор, пока солнце не светит. Программа реализации также должна быть разработана таким образом, чтобы солнечная энергия достигала самых отдаленных уголков мира и мест, где она больше всего нужна. И будет неизбежен компромисс между солнечной энергией и другими видами использования той же земли, включая сохранение и биоразнообразие, сельское хозяйство и продовольственные системы, а также использование общинами и коренными народами.
Мы с коллегами опубликовали в журнале Nature первую глобальную инвентаризацию крупных объектов по производству солнечной энергии. «Большие» в данном случае относятся к объектам, которые вырабатывают не менее 10 киловатт, когда солнце в самом разгаре. (Типичная небольшая жилая установка на крыше имеет мощность около 5 киловатт).
Мы создали систему машинного обучения для обнаружения этих объектов на спутниковых снимках, а затем развернули систему на более чем 550 терабайтах изображений.
Карта всех крупных солнечных объектов, обнаруженных до 2018 г. (более светлые тона = более новые данные) Источник: Kruitwagen et al, Nature
Мы обыскали почти половину площади поверхности Земли, отфильтровав отдаленные районы. Всего мы обнаружили 68 661 солнечный объект. Используя площадь этих объектов и контролируя неопределенность в нашей системе машинного обучения, мы получаем глобальную оценку установленной генерирующей мощности в 423 гигаватт на конец 2018 года. Это очень близко к оценке Международного агентства по возобновляемым источникам энергии (IRENA). 420 ГВт за тот же период.
Отслеживание роста солнечной энергии
Наше исследование показывает, что мощность солнечной фотоэлектрической генерации выросла на впечатляющие 81% в период с 2016 по 2018 год, период, для которого у нас были изображения с временными метками. Рост был обусловлен, в частности, ростом в Индии (184%), Турции (143%), Китае (120%) и Японии (119%).
Размеры объектов варьировались от обширных пустынных установок мощностью гигаватт в Чили, Южной Африке, Индии и на северо-западе Китая до коммерческих и промышленных установок на крышах в Калифорнии и Германии, установок в сельской сестности в Северной Каролине и Англии и городских установок в Южной Корее и Японии.
Преимущества данных на уровне объектов
По сравнению с другими наборами данных на уровне объекта, мы устраняем некоторые критические пробелы в охвате, особенно в развивающихся странах, где распространение солнечной фотоэлектрической энергии имеет решающее значение для расширения доступа к электроэнергии при одновременном сокращении выбросов парниковых газов. Как в развитых, так и в развивающихся странах наши данные представляют собой общий эталонный показатель, не зависящий от отчетов компаний или правительств.
Данные геопространственной локализации имеют решающее значение для энергетического перехода. Сетевым операторам и участникам рынка электроэнергии необходимо точно знать, где находятся солнечные установки, чтобы точно знать количество энергии, которую они производят или будут производить. Появляющиеся локальные или удаленные системы могут использовать данные о местоположении для прогнозирования увеличения или уменьшения генерации, вызванного, например, прохождением облаков или изменениями погоды.
Эта повышенная предсказуемость позволяет солнечной энергии достигать более высоких пропорций в энергетическом балансе. По мере того, как солнечная энергия становится более предсказуемой, сетевым операторам необходимо будет держать в резерве меньше электростанций, работающих на ископаемом топливе, а меньшее количество штрафов за избыточную или недостаточную выработку будет означать, что будет разблокировано больше маргинальных проектов.
Используя старый каталог спутниковых снимков, мы смогли оценить даты установки 30% объектов. Подобные данные позволяют нам изучить точные условия, которые приводят к распространению солнечной энергии, и помогут правительствам лучше планировать субсидии для поощрения более быстрого роста.
Авторы сравнили расположение солнечных объектов с данными о землепользовании, чтобы узнать, что там было раньше. Пахотные земли (светло-коричневые) были самыми распространенными. Источник: Круитваген и др., Nature.
Знание того, где находится объект, также позволяет нам изучать непредвиденные последствия роста производства солнечной энергии. В нашем исследовании мы обнаружили, что солнечные электростанции чаще всего находятся в сельскохозяйственных районах, за ними следуют луга и пустыни.
Это подчеркивает необходимость тщательного рассмотрения воздействия десятикратного расширения фотоэлектрических мощностей в ближайшие десятилетия на продовольственные системы, биоразнообразие и земли, используемые коренным населением. Политики могут стимулировать вместо этого установку солнечной энергии на крышах, что снижает конкуренцию за землепользование, или другие варианты использования возобновляемых источников энергии.
GitHub , код и репозитории данных из этого исследования были доступны, чтобы облегчить дальнейшие исследования этого типа и дать толчок созданию полного, открытого и актуального набора данных об объектах солнечной энергетики планеты .
Лукас Круитваген, исследователь изменения климата и искусственного интеллекта, Оксфордский университет
Будьте в курсе в удобном формате, присоединяйтесь: TG-канал и ВК
Опубликуйте материал о ваших технологиях, проектах, стратапах
hello@technovery.com