Цивилизация
Аналитики сходятся во мнении, что время, когда на планете иссякнут нефтяные, а затем и газовые запасы, не за горами, и потому следует срочно искать и разрабатывать иные источники, способные восполнить будущий энергетический дефицит. В своей лекции на «Газете.Ru» доктор физико-математических наук Анатолий Красильников рассказывал о том, какими фундаментальными факторами обусловлен «энергетический вызов», стоящий перед человечеством на данном этапе развития цивилизации. Есть и еще один фактор, вынуждающий человечество срочно искать любую дополнительную энергию в любых количествах — это «перегретый энергетический рынок». Быстро развивающиеся азиатские гиганты, такие как Индия и Китай, сегодня нуждаются во все большем количестве киловатт. Цена на нефть с «кризисных» 40 долларов за баррель в ноябре 2008 года выросла почти в три раза — до 110 долларов за баррель в декабре 2012 года. Какой она будет еще через несколько лет, достоверно не скажет ни один эксперт. Всю картину в любой момент может перевернуть гонка возобновляемых энергетических концепций, которая сейчас в самом разгаре.
Передовые технологии
Главным участником этой гонки остается атомная энергетика. Она вполне может конкурировать с источниками энергии на базе органического сырья, но у нее есть два недостатка. Во-первых, она опасна. Не успел мир пережить ужас Чернобыля, как подоспела «Фукусима». Иногда физики-атомщики сравнивают ядерный реактор с чугунным футбольным мячом — сколько по нему ни бей, ничего ему не должно сделаться, разве что по какому-то невероятному совпадению сойдутся вместе самые неблагоприятные обстоятельства. Но они почему-то сходятся уже во второй раз. Поэтому число противников АЭС множится, и «мирный атом» терпят только потому, что ему пока не найдена замена.
Кроме того, это все-таки не совсем возобновляемый источник энергии, и, в принципе, когда-нибудь атомное топливо тоже кончится.
Интерес энергобукмекеров к ядерному распаду снижается, и это заставляет их внимательнее приглядываться к другим участникам гонки. Например, к управляемому термоядерному синтезу.
В этой реакции участвуют легкие элементы — изотопы водорода дейтерий и тритий, поэтому вероятность термоядерного Чернобыля здесь полностью исключена, и «зеленые» могут выступать против термояда разве что по неграмотности. Этот метод получения энергии чудо как хорош, только вот беда — уже больше полувека получить ее ученым не удается.
Принцип на первый взгляд очень прост: сжать и подогреть. Но подогревать ДТ-плазму надо до ста миллионов градусов, да и сжимать ее следует до непредставимых давлений, чтобы атомы дейтерия и трития слились в один.
К тому же плазму надо как-то удержать, да и других проблем у термояда тоже хватает. Сейчас, похоже, термоядерная эпопея подходит к своему завершению — практически все проблемы наконец решены, а те, которые не решены, предполагается решить в рамках амбициознейшего многомиллиардного проекта ИТЭР. Как известно, строительство этого международного термоядерного реактора уже начато во французском городе Карадаш. Здесь тоже хватает своих заморочек с финансами и затяжек со строительством, но следует ожидать, что в течение двух, максимум трех, ближайших десятилетий ИТЭР будет построен и заработает в полную силу, а после этого уже можно будет говорить о строительстве пробной термоядерной электростанции.
Есть еще одна, довольно экзотическая, концепция, которая позволяет получать огромные количества энергии непосредственно от Солнца.
Родилась она в США в семидесятых годах прошлого века и поначалу очень заинтересовала исследователей. Смысл ее сводится к тому, чтобы запустить спутник на геостационарную орбиту, и этот спутник будет преобразовывать поступающий на его приемники солнечный свет в радиоволну сверхвысокой частоты, которая узким, точно направленным лучом будет посылаться вниз, на антенны приемного устройства, и там уже преобразовываться в электрический ток. Сеть таких спутников смогла бы покрыть все энергетические запросы человечества.
До ума эта концепция так и не была доведена.
Например, оставались вопросы ее экологической безопасности, да и безопасности вообще — как ни крути, это означало множество постоянно нацеленных на Землю мощных высокоэнергичных лучей.
Однако разработчиков смутило не это обстоятельство (вопросы безопасности, по их заявлениям, легко решаемы), а стоимость создания «солнечной» энергетики. Она оказалась так велика (десятки-сотни миллионов долларов, это сильно дороже стоимости «обыкновенных» космических миссий и наземных АЭС), что решено было отложить вопрос о «солнечных спутниках» почему-то на сороковые годы XXI века. Тогда-де можно будет оценить мировую потребность в энергии и принимать решение исходя из этой цифры.
Однако задолго до наступления сороковых годов снова заговорили о «солнечных фермах». Японское космическое агентство планирует запустить в космос такую солнечную электростанцию мощностью в 1 ГВт уже к 2030 году. Приемником луча предполагается сделать установленную в море гигантскую параболическую антенну. Вслед за Японией подобным способом получения электричества заинтересовалась и Индия. Там, в рамках совместной с США программы «Космический остров», разрабатывается проект орбитальной электростанции с геостационарной орбитой радиусом более 35 тыс. км. Такая удаленность солнечного спутника позволит ему производить энергию круглосуточно.
Менее экзотичны, но не менее перспективны обыкновенные солнечные батареи. До сих пор их участие в большой энергетике представлялось сомнительным — главным образом из-за их низкой производительности — долгое время кпд даже у самых продвинутых фотоэлементов не поднимался выше 40%. Например, электростанция на фотоэлементах мощностью 1 ГВт, построенная где-нибудь в пустыне, заняла бы площадь в несколько десятков квадратных километров. Но за последние годы ситуация стала резко меняться.
Ученые создали множество новых типов фотоэлементов, преобразующих энергию света в электричество или биотопливо.
Так, в феврале 2012 года американские физики разработали особое покрытие из полых нанокристаллов кремния, поглощающих до 75% солнечных лучей. А в сентябре появилось сообщение о биогибридном фотоэлементе, работающем на белке шпината. Этот белок участвует в фотосинтезе и, даже будучи изолирован, способен превращать солнечный свет в электрическую энергию с кпд почти в 100%.
Очень перспективно направление, связанное с получением энергии от ветра. На европейских полях все чаще вместе с кукурузой и пшеницей растут гордые ветряки. Несмотря на протесты экологов, защищающих права птиц, с которыми ветровые установки разбираются куда более успешно, чем когда-то разобрались с Дон-Кихотом, они становятся во всем мире все более и более востребованными. С 1996 по 2011 год суммарная мощность ветроэнергетических установок в мире возросла с 6 до 238 тысяч МВт. Порой доходило до анекдотов — в Великобритании, при правлении прошлого премьер-министра Гордона Брауна, всерьез рассматривался проект, по которому чуть ли не все побережье вокруг острова предполагалось оцепить мачтами ветроустановок и тем самым обеспечить стране 20% всего ее энергопотребления. Восстали не только экологи, людям очень не понравились будущие морские пейзажи туманного Альбиона. Но идея не умерла — планы насчет морских ветростанций подсократились, и их решено отнести подальше в море, чтобы не портили виды.
Возможно, в будущем, если страсти вокруг глобального потепления все-таки улягутся, ветровая, как и всякая другая возобновляемая энергетика, займет подобающее ей место — далеко не последнее, хотя вряд ли что первое.
Еще один участник энергетической гонки — старая добрая водородная энергетика. Ее главная идея состоит в том, чтобы использовать в качестве горючего водород. Поскольку чистый водород на Земле не водится, его надо как-то добывать — например, электролизом воды или расщеплением других молекул, имеющих в составе водород, например, молекул пропана. Первый способ слишком энергозатратен, второй сулит перспективы, но тормозится слишком высокой стоимостью катализаторов. Несмотря на скептическое отношение к водородной энергетике ряда видных ученых, этот способ получения энергии уже многие десятилетия развивается и постепенно занимает в мире свою нишу. Так, создаются топливные элементы, тысячами строятся малые водородные электростанции, крупнейшие автомобильные концерны то и дело создают водородные концепткары, в США, Канаде и других странах возникают «водородные» шоссе…
Постепенно снижается стоимость получения водорода.
Этим летом журнал Science опубликовал статью о создании нового типа катализатора без платины, который значительно удешевит стоимость водородных топливных элементов — перспективных источников энергии с областью применения от автономных электростанций и экологически чистого автотранспорта до ноутбуков и мобильников. Впрочем, водородная энергетика главным игроком «большой» энергии вряд ли станет.
ВИЭ в России
Как нетрудно заметить, во всех вышеперечисленных последних достижениях в области возобновляемой энергетики российские разработки фактически отсутствуют, исключение составляет лишь ИТЭР, создание которого происходит при активном участии отечественных ученых. Между тем в 2009 году правительство РФ утвердило план, согласно которому к 2020 году доля электроэнергии, вырабатываемой на основе возобновляемых источников, должна вырасти до 4,5% — с нынешних 0,8%. Для сравнения: европейские планы предусматривают доведение доли «зеленой» энергетики как минимум до 20% к этому же сроку, а некоторые страны ЕС повысили эту планку до 50—60%.
Но вряд ли план правительства по увеличению доли энергии, вырабатываемой ВИЭ, будет реализован.
На минувшей неделе компания «Русгидро» представила доклад, из которого следует, что доля возобновляемых источников энергии (к ним относятся солнечная, геотермальная, приливная энергетика, энергия ветра и малых ГЭС) в энергобалансе страны не превысит к 2020 году 4%. «Установленная мощность ветроэлектростанций может увеличиться с 50 до 300 МВт, геотермальных электростанций — с 70 до 200 МВт, малых гидроэлектростанций — с 10 до 200 МВт, солнечных электростанций — с 1 до 300 МВт», — говорит директор по инновациям и ВИЭ компании Михаил Козлов.
Другие российские проекты по созданию возобновляемой энергии обсуждались в середине ноября в Москве, на специальном круглом столе. Например, там были представлены масштабные проекты, создаваемые компанией Fortum: станции, которые производят энергию из бытового мусора (хотя его, строго говоря, нельзя считать возобновляемым источником), древесной щепы и даже оливковых косточек. Представители компании считают, что потенциал таких технологий в России огромен, так как резиденты РФ производят 40 млн тонн отходов в год, 90% из них увозится на свалку, 3% сжигается и лишь 7% перерабатывается. В настоящее время на территории РФ «хранится» 85 млрд тонн мусора. Одним из препятствий развития подобных производств представитель Fortum Сергей Чижов назвал недостаточность законодательной базы в этой сфере, в том числе — отсутствие «зелёного тарифа», или особых схем субсидирования работы с мусором, которые могли бы создать экономический механизм и сделать технологии использования ВИЭ привлекательными для инвестиций.
В целом же можно сказать, что пока России катастрофически не хватает собственных инновационных разработок в области ВИЭ.
«Так происходит, потому что нет рынка, — считает Георгий Гоголев, руководитель программы стимулирования спроса на инновационную продукцию РВК. — Как известно, инновации происходят, когда есть рынок, когда есть, куда их продавать. Если рынка нет, то и незачем придумывать эти инновации: их никто никогда не купит и за них не заплатит, и ничто не окупит ни затраченное время, ни вложенные деньги. Рынка у нас нет по той простой причине, что у нас нет специального закона, посвященного ВИЭ, и у нас нет схем субсидирования, которые есть в других странах. Не субсидированной энергетики не бывает. Мы регулируем тарифы и субсидируем в той или иной мере нефть, уголь, газ, атомную отрасль, транспортировку, у нас есть перекрестное субсидирование тарифов для ЖКХ. Это если Россию брать. И по миру почти нигде в развитых странах случаев, чтобы энергетика не субсидировалась — нет, так как это важнейшая часть инфраструктуры. Соответственно, все остальное субсидируют, а ее — нет. Плюс нет доступа к сетям для малых производителей. Если в Германии все доведено до такой степени, что распределительная сеть обязана строить доступ даже к оффшорным ветровым станциям за свой счет, то у нас, даже если возвести солнечную или ветровую станцию рядом с ближайшей распределительной станцией, никогда не получишь доступа к сети».
Изменение ситуации Гоголев считает чисто политическим вопросом: «Если политическая воля будет, то ситуацию можно изменить за несколько лет.
Это показывают примеры США, Китая, Германии и Индии, которые за последние пять лет выбились в лидеры по использованию ВИЭ. В мире первый эксперимент был проведен более 30 лет назад, когда в 1973 году грянул нефтяной кризис и к концу 1970-х годов сильно выросли цены на нефть. Тогда несколько стран, в частности Дания и Япония, а также США и Германия, начали программу по развитию возобновляемой энергетики и повышению энергоэффективности. Япония стала самой энергоэффективной экономикой за пять лет путём снижения субсидии на энергетику и получила резкий рывок технологического развития и преимущество на мировых рынках. Дания, в свою очередь, — единственная страна, которая за это время не разу не отказалась от политики поддержки ВИЭ, она добилась эффекта, декаплинга — рост ВВП не зависит от потребления энергии, то есть ВВП растет, а потребление энергии снижается. При этом доля ВИЭ у них все время росла, и теперь крупнейший в мире производитель ветрогенераторов и некоторые крупнейшие биоэнергетические компании — датские. А, скажем, США при президенте Р. Рейгане, когда цены на нефть упали, отказались от своих программ. Они занимали лидирующие позиции в «ветре» и их потеряли. Правда, за последние три-четыре года почти догнали мир. Тут можно отметить, что в 1930-х годах крупнейшая ветровая электростанция в мире была в Крыму, и тогда мы являлись пионером и лидером зарождающейся индустрии. После провала 80-х, когда цена на нефть была ниже 10 долларов, рынок ВИЭ начал оживать в 90-е годы, поскольку в нескольких европейских странах, в частности в Германии, а также в Японии и Корее, были приняты схемы субсидирования.
Сильный рост начался с начала 2000-х, потому что упала стоимость генерации на ВИЭ, и состояние мировой экономики стало улучшаться. С середины 2000-х мы увидели, что некоторые новые страны тоже стали «играть в эту игру», в частности Китай и Индия, и США вернулись (правда, не как государство, а скорее по отдельным штатам). Еще в середине 2000-х заметным игроком была Испания, которая ввела мощную схему субсидирования солнечной энергетики, и в 2008 году в этой стране потреблялось 35% солнечных батарей в мире. Правда, затем наступил кризис, субсидии были урезаны, «солнечный рынок» обвалился и до сих пор так и не ожил. Все производители работают на отрицательной «марже», так как стоимость солнечных батарей на рынке очень низкая. Из-за этого они стали экономически выгодны во многих местах. В 2011 году рост установок солнечных батарей, по данным Bloomberg New Energy Finance, составил 52%. То есть индустрия солнечной энергетики чувствует себя плохо, но рынок при этом растет безумно, потому что цены низкие».
«Россия в это просто не «играет», — говорит Гоголев. — У нас нет компетенций, нет технологий, и это мало кому интересно.
На моей памяти было две попытки сделать закон о возобновляемой энергетике. Они обе, к сожалению, провалились. После того как не был принят проект последнего закона, некоторые положения из него в ноябре 2008 года ввели поправками в Закон об электроэнергетике. Это был общий пакет, связанный с «распаковкой» РАО ЕЭС. И хотя закона о ВИЭ как такого нет, но правительство РФ теперь имеет право ввести некоторую схему субсидирования ВИЭ. Эта схема, в принципе, разрабатывается, но остается вопрос, будет ли она вводиться или не будет, как она будет реально работать, обеспечен ли будет доступ к распределительным сетям… Потому что все это требует серьезных изменений на энергетическом рынке в целом».