По мнению исследователей Массачусетского технологического института, чтобы продолжать снижать затраты на солнечную энергию и другие экологически чистые энергетические технологии, ученым и инженерам, вероятно, потребуется сосредоточиться, по крайней мере частично, на улучшении технологических функций, которые не основаны на аппаратном обеспечении. Они описывают это открытие и механизмы, стоящие за ним, в Nature Energy.
Хотя стоимость установки солнечной энергетической системы снизилась более чем на 99% с 1980 года, этот новый анализ показывает, что функции “мягких технологий”, такие как кодифицированная практика выдачи разрешений, методы управления цепочками поставок и процессы проектирования систем, которые используются при развертывании солнечной энергетической установки, способствовали лишь 10-15% от общей стоимости снижается. Львиная доля была связана с улучшениями аппаратных функций.
Но поскольку мягкие технологии все больше доминируют в общих затратах на установку систем солнечной энергетики, эта тенденция угрожает замедлить будущую экономию средств и затруднить глобальный переход к чистой энергии, говорит старший автор исследования Джессика Транчик, профессор Института данных, систем и общества Массачусетского технологического института (IDSS).
Соавторами Транчика являются ведущий автор Магдалена М. Клемун, бывшая аспирантка IDSS и постдок, которая в настоящее время является доцентом Гонконгского университета науки и технологии; Гоксин Кавлак, бывшая аспирантка IDSS и постдок, которая в настоящее время является сотрудником Brattle Group; и Джеймс Макнерни, сотрудник бывший постдок IDSS, а ныне старший научный сотрудник Гарвардской школы Кеннеди.
Команда создала количественную модель для анализа динамики затрат на системы солнечной энергетики, которая отражает вклад как аппаратных, так и программных технологий.
Структура показывает, что программные технологии не сильно улучшились с течением времени — и что функции программных технологий внесли еще меньший вклад в общее снижение затрат, чем предполагалось ранее.
Их выводы указывают на то, что для того, чтобы обратить вспять эту тенденцию и ускорить снижение затрат, инженеры могли бы с самого начала подумать о том, чтобы сделать системы солнечной энергетики менее зависимыми от мягких технологий, или они могли бы решить проблему напрямую, улучшив неэффективные процессы развертывания.
“Реальное понимание того, в чем заключается эффективность и неэффективность, и как устранить эти недостатки, имеет решающее значение для поддержки перехода к экологически чистой энергетике. Мы вкладываем в это огромные государственные средства, и мягкие технологии будут абсолютно необходимы для того, чтобы эти средства были учтены”, – говорит Транчик.
“Однако, – добавляет Клемун, – мы не думали о разработке программных технологий так систематически, как об аппаратном обеспечении. Это должно измениться”.
Суровая правда о льготных расходах
Исследователи заметили, что так называемые “мягкие затраты” на строительство солнечной электростанции – затраты на проектирование и установку станции — становятся гораздо большей частью общих затрат. Фактически, доля льготных расходов в настоящее время обычно колеблется от 35 до 64%.
“Мы хотели поближе рассмотреть, откуда берутся эти “мягкие” затраты и почему они со временем снижаются не так быстро, как затраты на оборудование”, – говорит Транчик.
В прошлом ученые моделировали изменение затрат на солнечную энергию, разделяя общие затраты на дополнительные компоненты — аппаратные компоненты и неаппаратные компоненты – и затем отслеживая, как эти компоненты изменялись с течением времени.
“Но если вы действительно хотите понять, откуда берутся такие темпы изменений, вам нужно углубиться на один уровень, чтобы изучить особенности технологии. Тогда все сложилось по-другому”, – говорит Транчик.
Исследователи разработали количественный подход, который моделирует изменение затрат на солнечную энергию с течением времени путем распределения вкладов в отдельные технологические характеристики, включая как аппаратные, так и программные.
Например, их структура будет отражать, в какой степени снижение затрат на установку системы — “мягкая стоимость” — обусловлено стандартизированными практиками сертифицированных установщиков — особенностью “мягкой технологии”. Это также отразило бы, как на ту же самую низкую стоимость влияет повышенная эффективность фотоэлектрических модулей — особенность аппаратной технологии.
Благодаря такому подходу исследователи увидели, что усовершенствования в аппаратном обеспечении оказали наибольшее влияние на снижение минимальных затрат в системах солнечной энергетики. Например, эффективность фотоэлектрических модулей удвоилась в период с 1980 по 2017 год, что позволило снизить общие затраты на систему на 17%. Но около 40% этого общего снижения можно было бы отнести на счет сокращения дополнительных затрат, связанных с повышением эффективности модулей.
Фреймворк показывает, что, в то время как функции аппаратных технологий, как правило, улучшают многие компоненты затрат, функции программных технологий влияют лишь на некоторые из них.
“Вы можете увидеть это структурное различие еще до того, как соберете данные о том, как технологии менялись с течением времени. Вот почему определение сети зависимостей затрат от технологии является полезным первым шагом для определения рычагов изменений как для солнечной фотоэлектрической энергии, так и для других технологий”, – отмечает Клемун.
Статическая мягкая технология
Исследователи использовали свою модель для изучения нескольких стран, поскольку льготные издержки могут сильно варьироваться по всему миру. Например, льготные затраты на солнечную энергию в Германии примерно на 50% ниже, чем в США.
Анализ показал, что тот факт, что усовершенствования аппаратных технологий часто распространяются по всему миру, привел к резкому снижению затрат за последние несколько десятилетий в разных регионах. Инновации в области мягких технологий, как правило, не распространяются через границы. Более того, команда обнаружила, что страны с лучшими показателями использования мягких технологий 20 лет назад все еще имеют лучшие показатели сегодня, в то время как страны с худшими показателями не увидели существенных улучшений.
По словам Транчика, эти различия между странами могут быть обусловлены процессами регулирования и выдачи разрешений, культурными факторами или динамикой рынка, например, тем, как фирмы взаимодействуют друг с другом.
“Но не все переменные мягких технологий – это те, которые вы хотели бы изменить в направлении снижения затрат, например, снизить заработную плату. Таким образом, есть и другие соображения, помимо простого снижения стоимости технологии, о которых нам нужно подумать при интерпретации этих результатов”, – говорит она.
Их анализ указывает на две стратегии снижения “мягких” издержек. Во-первых, ученые могли бы сосредоточиться на разработке усовершенствований аппаратного обеспечения, которые делают затраты на программное обеспечение более зависимыми от переменных аппаратной технологии и в меньшей степени от переменных программной технологии, например, путем создания более простого, стандартизированного оборудования, которое могло бы сократить время установки на месте.
Или исследователи могли бы напрямую ориентироваться на функции программных технологий без изменения аппаратного обеспечения, возможно, путем создания более эффективных рабочих процессов для установки системы или автоматизированных платформ выдачи разрешений.
“На практике инженеры часто используют оба подхода, но разделение их в формальной модели облегчает целенаправленную инновационную деятельность за счет использования конкретных взаимосвязей между характеристиками технологии и затратами”, – говорит Клемун.
“Часто, когда мы думаем об обработке информации, мы упускаем из виду процессы, которые все еще происходят очень низкотехнологичным способом, когда люди общаются друг с другом. Но думать об этом как о технологии так же важно, как и разрабатывать необычное программное обеспечение”, – отмечает Транчик.
В будущем она и ее сотрудники хотят применить свою количественную модель для изучения незначительных затрат, связанных с другими технологиями, такими как зарядка электромобилей и расщепление ядерного топлива. Они также заинтересованы в лучшем понимании пределов совершенствования мягких технологий и в том, как можно было бы с самого начала разработать более совершенную мягкую технологию.