Если бы все автомобили в США стали электрическими, сколько солнечной энергии потребовалось бы, чтобы они продолжали ездить? Как ни удивительно, выработать электричество, возможно, будет проще, чем доставить его туда, где оно необходимо.
У электромобилей есть странное свойство: рядом с ними бензиновые машины начинают казаться слишком сложными.
Вы подключаете автомобиль к розетке. Электричество поступает в аккумулятор. Затем оно приводит в действие электродвигатель, а тот вращает колёса. Не нужно заливать бензин, под капотом не происходит череда крошечных взрывов, и гораздо меньше энергии бесследно рассеивается в виде тепла. Стоит провести некоторое время с хорошим электромобилем — и невольно начинаешь смотреть на автомобиль с двигателем внутреннего сгорания и задумываться: перед нами зрелая форма транспорта или всего лишь чрезвычайно успешная переходная технология?
Отсюда возникает вопрос куда более крупного масштаба.
Предположим, что со временем Соединённые Штаты перевели практически весь парк легковых автомобилей на электричество. Откуда возьмётся вся необходимая энергия?
Один любопытный ответ начинается с бескрайних открытых пространств в глубине американского континента. Великие равнины и соседние регионы обладают богатейшими ресурсами солнечной и ветровой энергии, а также огромными территориями, где можно строить крупные электростанции. Нельзя ли просто создать там достаточно солнечных мощностей, чтобы заменить энергию, которую сегодня даёт бензин?
И если это возможно, сможет ли такое электричество со временем появиться везде, где американцы привыкли находить топливо: у съездов с межштатных автомагистралей, на придорожных площадках отдыха, на районных заправках и в тысячах других мест по всей стране?
Звучит как проект почти карикатурного масштаба.
Но самое удивительное — арифметика вовсе не говорит, что это невозможно.
По оценке Федерального управления автомобильных дорог США, в 2024 году американские легковые автомобили и лёгкие грузовики проехали около 2,924 триллиона миль. (FHWA)
Теперь представим, что каждая из этих миль была пройдена на электричестве.
Энергоэффективность электромобилей сильно различается в зависимости от модели. Обтекаемый седан может расходовать гораздо меньше электричества, чем большой электрический пикап или внедорожник, — точно так же расход бензина различается у обычных автомобилей. Однако для мысленного эксперимента удобно взять круглое значение: 0,30 киловатт-часа на милю, что соответствует 30 кВт⋅ч на 100 миль.
Перемножим эти числа:
2,924 триллиона миль × 0,30 кВт⋅ч/милю ≈ 877 миллиардов кВт⋅ч
или примерно:
877 тераватт-часов в год.
Реальная инфраструктура должна была бы вырабатывать несколько больше из-за потерь при передаче электричества и зарядке аккумуляторов. Добавим для простоты десятипроцентный запас и получим приблизительно 965 ТВт⋅ч в год.
Это колоссальное количество электричества.
Но его стоит сопоставить с ещё более крупным числом.
В 2025 году Соединённые Штаты выработали около 4 430 ТВт⋅ч электроэнергии. (EIA)
Следовательно, наш гипотетический электрический парк легковых автомобилей потребовал бы дополнительной энергии в объёме примерно одной пятой нынешней выработки электроэнергии в США.
Это означало бы серьёзное расширение энергосистемы. Однако речь вовсе не идёт о необходимости увеличить потребление электричества в стране в несколько раз.
Почти три триллиона миль ежегодного автомобильного пробега можно было бы электрифицировать, не строя ещё одну полноценную американскую энергосистему с нуля.
И это первый сюрприз.
Отчасти причина в том, что электромобиль не просто заменяет бензин другим источником энергии.
Он ещё и радикально сокращает количество энергии, необходимое для движения.
По оценке Министерства энергетики США, типичный электромобиль с учётом рекуперативного торможения преобразует в полезное движение примерно 87–91 процент доступной ему энергии. Обычный бензиновый автомобиль использует с этой целью около 30 процентов, а бо́льшая часть оставшейся энергии в итоге теряется в виде тепла. (Министерство энергетики США)
Бензиновый двигатель — поразительное инженерное достижение, но с точки зрения энергетики это ещё и печь, которая заодно вращает карданный вал.
Это различие важно всякий раз, когда кто-то спрашивает, где мы вообще возьмём столько энергии для электрификации транспорта. Нам не требуется заменять каждую единицу химической энергии, содержащейся в бензине, равным количеством электрической энергии.
Нужно лишь достаточно электричества, чтобы выполнить полезную работу.
Значительная часть энергии, которая сегодня поступает в транспортную систему, попросту исчезает через радиаторы и выхлопные системы или нагревает блоки двигателей.
Предположим в рамках нашего эксперимента, что все необходимые 965 ТВт⋅ч мы хотим получать исключительно от новых солнечных электростанций.
Разумеется, солнечные электростанции не выдают номинальную мощность непрерывно. Существует ночь. А облака, как известно, не слишком-то уважают планы по загрузке энергосистемы. Поэтому нам нужен такой показатель, как коэффициент использования установленной мощности (capacity factor), то есть доля от теоретически возможной годовой выработки, которую электростанция действительно производит.
В последние годы этот коэффициент у крупных фотоэлектрических электростанций США находился примерно в середине двадцатипроцентного диапазона. (EIA)
При коэффициенте около 24–25 процентов для производства примерно 965 ТВт⋅ч в год потребовалось бы порядка:
450 гигаватт солнечной мощности.
Это число нуждается в контексте.
К концу 2025 года в Соединённых Штатах уже имелось около 151 ГВт мощности крупных солнечных электростанций и ещё приблизительно 60 ГВт малой солнечной генерации, включая панели на крышах. (EIA)
При этом американская солнечная энергетика продолжает быстро расти. В 2025 году крупные солнечные электростанции произвели около 296 ТВт⋅ч — на 34 процента больше, чем годом ранее. Малая солнечная генерация добавила ещё 93 ТВт⋅ч. (EIA)
Иными словами, солнечная энергосистема, способная обеспечивать наш гипотетический полностью электрический парк легковых автомобилей, была бы огромной — но она не выглядела бы творением какой-то далёкой технологической цивилизации.
Её мощность лишь в несколько раз превышала бы уже построенную в США.
А это совсем не то же самое, что «невозможно».
Именно здесь предложения о развитии солнечной энергетики могут начать пугать одним своим видом.
Четыреста пятьдесят гигаватт солнечных панелей не поместятся на чьей-нибудь крыше.
Крупным солнечным электростанциям нужны значительные территории — для самих панелей, промежутков между ними, дорог, подстанций и прочего оборудования. Точная площадь зависит от применяемой технологии и устройства конкретного объекта, однако исследования Национальной лаборатории возобновляемой энергетики США (National Renewable Energy Laboratory, NREL) показывают, что крупные американские фотоэлектрические станции занимают по несколько акров на каждый мегаватт мощности. (NREL)
В зависимости от принятых допущений для 450 ГВт могло бы понадобиться порядка нескольких тысяч квадратных миль земли.
Это много.
Но если посмотреть на карту Соединённых Штатов, окажется, что это удивительно мало.
Площадь континентальной части США превышает три миллиона квадратных миль. Даже если солнечные электростанции займут несколько тысяч квадратных миль, это составит лишь малую долю одного процента территории страны.
И, конечно, не было бы никакого смысла строить всё это в виде одного гигантского прямоугольника из фотоэлектрических панелей.
Солнечные электростанции можно распределить между Техасом, Оклахомой, Канзасом, Небраской, Юго-Западом и другими регионами. Некоторые можно разместить на уже нарушенных или малоценных землях. Другие способны сосуществовать с сельским хозяйством. Третьи можно построить рядом с существующими линиями электропередачи или промышленными объектами. Панели на крышах и парковках могли бы дополнительно вырабатывать электричество ближе к местам его потребления.
К тому же солнечной энергетике не пришлось бы справляться с этой задачей в одиночку.
Внутренние районы США обладают и одними из лучших в стране ресурсов ветровой энергии. Свой вклад могли бы внести атомная, гидроэлектрическая, геотермальная и другие виды генерации.
Поэтому, возможно, правильнее спрашивать не о том, можно ли покрыть часть прерий достаточным количеством солнечных панелей, чтобы обеспечить энергией американские автомобили.
Можно.
Куда интереснее другой вопрос: что произойдёт после того, как электричество покинет панели?
В самой мысли о том, что сегодняшние АЗС станут завтрашними зарядными станциями, есть приятная завершённость.
Подходящие площадки уже существуют. Они обычно занимают выгодные углы перекрёстков, располагаются у съездов с автомагистралей и вдоль торговых коридоров. Водители и так привыкли останавливаться там, покупать еду, пользоваться туалетом и продолжать путь.
Согласно статистике предприятий Бюро переписи населения США, в стране насчитывается около 100 000 одних только бензозаправочных станций с магазинами. (Бюро переписи населения США)
Многие из этих площадок действительно могли бы стать отличными местами для станций быстрой зарядки.
Но электрификация приводит к более странному результату, чем простая замена бензинового пистолета зарядным кабелем.
Она постепенно делает саму заправочную станцию необязательной.
Бензиновому автомобилю необходима целая распределительная сеть, предназначенная для перевозки жидкого топлива от нефтеперерабатывающих заводов к специализированным розничным заправкам. Водителю приходится регулярно ехать на одну из них, потому что бензин обычно больше негде получить.
А электричество уже есть почти повсюду.
Если автомобиль десять часов стоит возле дома, его можно заряжать там. Если он восемь часов находится возле офиса — заряжать там. Зарядные устройства можно установить на парковках многоквартирных домов, у гостиниц, ресторанов и торговых центров.
Поэтому будущая зарядная сеть, вероятно, не будет повторять современную сеть бензоколонок один к одному.
Она станет гораздо более распределённой.
В повседневных поездках идеальная зарядка может вообще не ощущаться как отдельное событие. Владелец приезжает домой, при необходимости подключает автомобиль, а позже обнаруживает, что тот снова готов к дороге.
Общественные станции быстрой зарядки будут особенно важны в дальних поездках, для водителей без надёжной домашней зарядки, коммерческого транспорта и тех, кому приходится ездить необычно много.
Исследователи Национальной лаборатории возобновляемой энергетики смоделировали это различие в крупном исследовании общенациональной зарядной сети. Для сценария, в котором к 2030 году по дорогам США ездят 33 миллиона подключаемых к сети автомобилей, они оценили потребность примерно в 28 миллионах общественных и частных зарядных портов, а совокупные инвестиции в зарядную инфраструктуру — приблизительно в 82 миллиарда долларов. Некоторые расходы на модернизацию электросетей в эту сумму не входили. (NREL)
Таким образом, электрической транспортной системе понадобится гораздо больше точек зарядки, чем сегодня в Америке существует бензоколонок.
Но большинству из них вовсе не обязательно становиться бензоколонками в миниатюре.
Многие могут быть просто розетками с хорошими манерами.
И здесь мы переходим к менее эффектной стороне энергетического перехода.
Представим, что в Канзасе построили огромную новую солнечную электростанцию.
В полдень ясного дня она с энтузиазмом вырабатывает электричество.
За сотни миль от неё миллионы автомобилей стоят у домов, офисов, торговых центров и зарядных станций.
Как доставить электричество от одного к другому?
Для этого нужны линии электропередачи, подстанции, распределительные сети, трансформаторы и оборудование для подключения. Местным энергосистемам, спроектированным под вчерашнюю нагрузку, придётся обслуживать многоквартирные дома, заполненные электромобилями, придорожные комплексы, потребляющие мегаватты мощности, и целые районы, где машины заряжаются по ночам.
Соединённые Штаты уже испытывают трудности с подключением новых электростанций к сети.
По данным Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли (Lawrence Berkeley National Laboratory), в конце 2025 года в очередях на подключение к американским электросетям находились активные проекты общей мощностью около 2 061 ГВт генерации и накопления энергии. Только на солнечную энергетику приходилось около 773 ГВт этой очереди. (Национальная лаборатория имени Лоуренса в Беркли)
Далеко не все эти проекты когда-либо будут построены. Исторически сложилось так, что большинство заявленных проектов со временем покидают очередь.
Но увеличился и срок, который успешно реализованные проекты проводят в этой системе. По данным лаборатории в Беркли, в регионах, где доступна соответствующая статистика, медианный срок между подачей заявки на подключение и вводом в коммерческую эксплуатацию для проектов, завершённых в 2025 году, составил более пяти лет. (Национальная лаборатория имени Лоуренса в Беркли)
Министерство энергетики пришло к схожему выводу со стороны магистральных сетей в проекте исследования национальных потребностей в передаче электроэнергии за 2026 год: растущий спрос на электричество создаёт острую потребность в дополнительной сетевой инфраструктуре. (Министерство энергетики США)
Возможно, именно это и есть главная инфраструктурная проблема электрической Америки.
Выработать электричество — лишь половина дела. Нужно ещё доставить его туда, где находятся автомобили.
У солнечной энергии есть и другая неудобная особенность.
Солнце садится.
Это особенно важно, если миллионы людей возвращаются домой ранним вечером и сразу подключают автомобили к сети — как раз тогда, когда солнечная генерация резко падает.
Но у электромобилей как потребителей электроэнергии есть необычное преимущество: в большинстве случаев они чрезвычайно гибки.
Большую часть дня большинство машин ничего не делает.
Человек, проезжающий до работы и обратно 30 миль, может израсходовать около 9 кВт⋅ч энергии аккумулятора. Если автомобиль вернулся домой в 18:00 и больше никуда не поедет до 7:00 следующего утра, у энергосистемы есть тринадцать часов, чтобы восполнить эти 9 кВт⋅ч.
Машине обычно безразлично, поступят эти электроны в 18:05, 23:30 или 4:15 утра.
Это открывает огромные возможности для управляемой зарядки.
Энергетические компании могли бы стимулировать зарядку автомобилей в те часы, когда электричества много и оно стоит дёшево, а не сразу после подключения к сети. Зарядные станции на рабочих местах могли бы поглощать полуденную солнечную генерацию, пока автомобили стоят на парковках. Крупные аккумуляторные системы могли бы переносить солнечную энергию с дневных часов на вечерние. В периоды слабой солнечной генерации электричество могли бы поставлять другие источники.
Со временем двунаправленная зарядка способна сделать эти взаимоотношения ещё интереснее: миллионы аккумуляторов в припаркованных электромобилях потенциально могли бы возвращать ограниченное количество энергии зданиям или электросети в периоды необычно высокого спроса.
Транспортный парк перестал бы быть всего лишь нагрузкой на энергосистему.
Некоторые его части могли бы стать гибким элементом самой этой системы.
Есть и другая причина всерьёз отнестись к этой идее.
Перемещение бензина по стране требует огромной физической цепочки поставок: добычи нефти, трубопроводов, морских перевозок, нефтепереработки, автоцистерн, подземных резервуаров, топливных насосов и розничных заправок.
Электрическая система тоже требует дорогостоящей инфраструктуры. Но после постройки солнечной, ветровой или другой электростанции ни одной автоцистерне не придётся каждый вторник доставлять солнечный свет в Небраску.
Предельная стоимость солнечного топлива равна нулю.
Это не значит, что зарядка электромобилей станет бесплатной. Строительство электростанций стоит денег. Линии электропередачи стоят денег. Аккумуляторы стоят денег. Зарядные станции нужно строить и обслуживать. У энергетических компаний есть операционные расходы, а коммерческим зарядным станциям необходимо получать прибыль.
Тем не менее зрелая электрическая транспортная сеть в конечном счёте способна сделать энергетическую составляющую автомобильных поездок поразительно дешёвой — особенно если машины смогут гибко заряжаться в периоды избыточной генерации.
Старый вопрос «Почём сегодня бензин?» может постепенно утратить своё значение для семейного бюджета.
Скорость перехода определяют не солнечные панели.
Её определяют автомобили.
Соединённые Штаты уже умеют ежегодно вводить в эксплуатацию десятки гигаватт новых генерирующих мощностей. В последнее время солнечные электростанции и аккумуляторные хранилища составляли подавляющее большинство запланированных новых мощностей в США. (EIA)
Строительство ещё нескольких сотен гигаватт стало бы грандиозной промышленной задачей, но её можно решать постепенно, на протяжении десятилетий.
Модернизация магистральных и распределительных сетей идёт медленнее и устроена сложнее, хотя и её можно проводить поэтапно.
Обновление автомобильного парка создаёт ограничение другого рода.
Даже если бы уже завтра каждый новый легковой автомобиль продавался с электродвигателем, на дорогах всё равно остались бы сотни миллионов бензиновых машин. Автомобили легко служат больше десяти лет. Подержанные машины переходят от одного владельца к другому. Некоторые остаются на ходу двадцать или тридцать лет.
Поэтому нет особого смысла представлять себе единую дату мгновенного перехода всей страны.
Гораздо правдоподобнее переход, состоящий из нескольких перекрывающихся этапов.
В конце 2020-х и в 2030-е годы зарядная инфраструктура могла бы продолжить распространяться по частным домам, многоквартирным комплексам, рабочим местам, городам и коридорам межштатных автомагистралей, а вместе с ней расширялись бы электрогенерация и пропускная способность сетей.
В 2030-е и 2040-е годы состав автомобильного парка мог бы измениться гораздо заметнее, если электромобили станут основным выбором покупателей новых машин.
К 2040-м или 2050-м годам парк легкового транспорта, в подавляющем большинстве состоящий из электромобилей, физически вполне представим.
Это не прогноз, согласно которому всё непременно произойдёт именно в такие сроки. Стоимость аккумуляторов и автомобилей, государственная политика, потребительские предпочтения, доступность зарядки, спрос на электроэнергию и конкурирующие технологии — всё это способно изменить траекторию.
Речь лишь о технической осуществимости.
Нет очевидного физического барьера, из-за которого этот переход пришлось бы откладывать до появления какого-то далёкого технологического прорыва.
Мы умеем строить электродвигатели.
Мы умеем создавать аккумуляторы.
Мы умеем производить солнечные панели.
Мы умеем прокладывать линии электропередачи.
В основном это вопрос масштаба, координации и времени.
Легко представить будущее транспорта как сегодняшний мир, в котором просто поменяли несколько существительных.
Бензиновые машины становятся электрическими.
Топливные колонки становятся зарядными устройствами.
Бензоколонки становятся зарядными станциями.
Нефтяные скважины становятся солнечными электростанциями.
Но крупные технологические переходы редко сохраняют старую систему в настолько аккуратном виде.
Смартфон не просто заменил телефон. Попутно он поглотил фотоаппарат, карту, музыкальный проигрыватель, посадочный талон, газету и фонарик.
Электромобили могут столь же сильно изменить само значение выражения «заправить машину».
Самая характерная зарядная станция будущего, возможно, окажется вовсе не футуристическим придорожным комплексом, покрытым светящимися экранами.
Ею может стать самое обычное парковочное место возле чьего-нибудь дома.
Тем временем бензоколонка на межштатной автомагистрали может превратиться скорее в зону отдыха или кафе, где электричество поступает в автомобиль, пока его пассажиры обедают. Заправочной станцией может стать парковка у супермаркета. Или офисный гараж.
А где-то за сотни миль оттуда поле, которое прежде казалось пустым, будет тихо снабжать всё это энергией.
Перевод всего парка легковых автомобилей Соединённых Штатов на электричество стал бы одним из крупнейших инфраструктурных преобразований в истории страны.
Он потребовал бы сотен гигаватт дополнительной генерации, масштабного строительства линий электропередачи, миллионов зарядных устройств, огромного количества аккумуляторов и электротехнического оборудования, а также десятилетий постепенного обновления автомобильного парка.
Не стоит преуменьшать ни одну из этих задач.
И всё же мысленный эксперимент даёт любопытный результат.
Возьмём почти три триллиона миль автомобильных поездок ежегодно.
Заменим бензиновые двигатели, обеспечивающие эти поездки, электромоторами.
И внезапно оказывается, что требуемая энергия составляет примерно ещё одну пятую от нынешней выработки электричества в США.
Если весь этот гипотетический спрос покрывать исключительно солнечной энергией, понадобится около 450 ГВт генерирующей мощности: невероятно много, но лишь в несколько раз больше солнечных мощностей, уже построенных в стране.
Необходимая площадь измеряется тысячами квадратных миль внутри страны, площадь которой измеряется миллионами.
Физические ресурсы существуют.
Солнечный свет существует.
Технологии существуют.
Главная задача — построить электрическую нервную систему, которая соединит всё это воедино.
Поэтому, возможно, самый интересный вопрос теперь состоит не в том, может ли Америка обеспечить свои автомобили электричеством.
Вопрос в том, сумеем ли мы достаточно быстро построить линии электропередачи, зарядные станции, накопители и генерирующие мощности, чтобы однажды никто больше об этом даже не задумывался.
Вы паркуете автомобиль.
Подключаете его к сети.
Где-то далеко прерия ловит солнечный свет.
А утром вы снова отправляетесь в путь.
Facebook
Reddit
WhatsApp
Twitter
Komentáře
Počet komentářů: 0
Přihlaste se a zapojte se do konverzace.
Zatím nikdo neodpověděl. Komentáře se zde objeví, až začne konverzace.