Современное развитие экономики остро выявило основные проблемы развития энергетического комплекса. Эра углеводородов медленно, но верно подходит к своему логическому завершению. Ей на смену должны прийти инновационные технологии, с которыми связываются основные перспективы энергетики .

Проблемы энергетического комплекса

Пожалуй, одной из важнейших проблем энергетического комплекса можно считать высокую стоимость энергии, приводящую, в свою очередь, к удорожанию себестоимости выпускаемой продукции. Несмотря на то, что в последние годы активно ведутся разработки, способные позволить использование , ни одна низ них на сегодняшний момент не способна полностью вытеснить углеводороды с мировой энергетической арены. Альтернативные технологии – дополнение к традиционным источникам, но не их замена, по крайней мере, сейчас.

В условиях России проблема усугубляется еще и состоянием упадка энергетического комплекса. Электрогенерирующие комплексы находятся не в самом лучшем состоянии, многие электростанции физически разрушаются. В результате стоимость электроэнергии не снижается, а постоянно возрастает.

Долгое время мировое энергетическое сообщество делало ставку на атом, но это направление развития также можно назвать тупиковым. В европейских странах наблюдается тенденция к постепенному отказу от АЭС. Несостоятельность энергии атома подчеркивается еще и тем, что за долгие десятилетия развития она так и не смогла вытеснить углеводороды.

Перспективы развития

Как уже отмечалось, перспективы развития энергетики , в первую очередь, связываются с разработкой эффективных альтернативных источников. Наиболее изученными направлениями в этой области являются:

• Биотопливо.
• Ветроэнергетика.
• Геотермальная энергетика.
• Гелиоэнергетика.
• Термоядерная энергетика (УТС).
• Водородная энергетика.
• Приливная энергетика.

Ни одно из этих направлений не способно решить проблему энергетического кризиса, когда простого дополнения старых источников энергии альтернативными уже недостаточно. Разработки ведутся в разных направлениях и находятся на различных стадиях своего развития. Тем не менее, уже можно очертить круг технологий, которые способны положить начало :

• Вихревые теплогенераторы. Такие установки используются достаточно давно, найдя свое применение в теплоснабжении домов. Прокачиваемая через систему трубопроводов рабочая жидкость нагревается до 90 градусов. Несмотря на все преимущества технологии, она еще далека от окончательного завершения разработок. Например, в последнее время активно изучается возможность использования в качестве рабочей среды не жидкости, а воздуха.
• Холодный ядерный синтез. Еще одна технология, развивающаяся примерно с конца 80-х годов прошлого века. В ее основе лежит идея получения ядерной энергии без сверхвысоких температур. Пока направление находится на стадии лабораторных и практических исследований.
• На стадии промышленных образцов находятся магнитомеханические усилители мощности, использующие в своей работе магнитное поле Земли. Под его воздействием увеличивается мощность генератора и увеличивается количество получаемой электроэнергии.
• Очень перспективными представляются энергетические установки, в основе которых лежит идея динамической сверхпроводимости. Суть идеи проста – при определенной скорости возникает динамическая сверхпроводимость, позволяющая генерировать мощное магнитное поле. Исследования в этой области идут довольно давно, накоплен немалый теоретический и практический материал.

Это только крошечный перечень инновационных технологий, каждая из которых обладает достаточным потенциалом развития. В целом, мировое научное сообщество способно развивать не только альтернативные источники энергии, которые уже можно назвать старыми, но и по-настоящему инновационные технологии.

Нельзя не отметить, что в последние годы все чаще появляются технологии, которые еще недавно казались фантастическими. Развитие подобных источников энергии способно полностью преобразить привычный мир. Назовем только самые известные из них:

• Нанопроводниковые аккумуляторы.
• Технологии беспроводной передачи энергии.
• Атмосферная электроэнергетика и т. д.

Следует ожидать, что в ближайшие годы появятся и другие технологии, разработка которых позволит отказаться от использования углеводородов и, что немаловажно, снизить себестоимость энергии.

29.03.2012

Перспективы современной энергетики

Расшифровка выступления на конгрессе «Глобальное будущее 2045», 17 февраля 2012 года, Москва

Дмитрий Семенович Стребков, директор Всероссийского НИИ электрификации сельского хозяйства РАСХН:

«Мы предлагаем шесть стратегических проектов для будущего мира, которые позволят увеличить энергетическую безопасность и создать новое энергетическое снабжение Земли, не основанное на сжигании ископаемого топлива».

По данным Международного энергетического агентства, к 2035 году будет удвоение производства электрической энергии. Это удвоение будет достигнуто за счет дальнейшего развития использования нефти, природного газа, угля, ядерной энергии. И только небольшой вклад дадут возобновляемые источники энергии. Это касается также и первичной энергии. Очевидно, что наши международные энергетические власти планируют дальше сжигать уголь, нефть, газ и так далее.

Конечно, это приведет к тому, что на 21% увеличатся выбросы парниковых газов до 2035 года. То есть мы идем по тому сценарию, по которому идем, и ничего не планируется радикально изменять.

Но изменить можно уже сейчас. Появились новые энергетические технологии, которые могут изменить мир уже в этом столетии. Мы предлагаем шесть стратегических проектов для будущего мира, которые позволят увеличить энергетическую безопасность и создать новое энергетическое снабжение Земли, не основанное на сжигании ископаемого топлива. Что, кстати, приведет и к стабилизации обстановки в мире, потому что, по большому счету, все войны, которые сейчас прошли и которые планируются, идут из-за энергетических ресурсов, в первую очередь из-за нефти.

Первый проект - это бестопливное производство электрической и тепловой энергии. В прошлом году, было введено 60 ГВт таких электростанций, которые не используют ископаемое топливо и ядерную энергию. Надо еще немножко увеличить, например до 100 ГВт в год, в два раза, и мы уже начнем переходить к новому мировому устройству по части энергообеспечения.

Второй стратегический проект - это распределенное производство энергии. Это уже тоже делается. В Европейском союзе есть директива, что все здания, государственные и частные, должны иметь экологически чистые энергоустановки, использующие те самые бестопливные источники энергии. Я думаю, что это должно быть проектом для всей Земли. Не только в Европейском Союзе, но и в России, и во всем мире так должно быть.

Третий наш стратегический проект очень важен. Это солнечные энергосистемы с круглосуточным производством электрической энергии. Это возможность выбить последний камень из рук скептиков, которые говорят, что солнечная энергия - это что-то локальное, местное, не масштабное, потому что есть день и ночь, есть зима, есть облака. Оказывается, всего этого можно избежать и создать такие системы, где будет круглосуточное, круглогодичное в течение миллионов лет производство электроэнергии за счет энергии Солнца.

Четвертый проект связан с третьим, потому что для создания глобальной солнечной энергосистемы надо научиться передавать тераваттные потоки мощности. Это в свое время делал Никола Тесла. Мы развили эти технологии. И, по существу, можем сейчас предложить создание защищенных местных, региональных и глобальных энергосистем с заменой воздушных линий на кабельные подземные волноводные линии передач. По крайней мере, на первом этапе это даст возможность полностью исключить те объявления по телевизору, когда Краснодарский край без света, Италия без света, потому что прошел ураган, все провода порвались, ледяные дожди и так далее. Потому что ни одного столба на земле не останется. Все будет передаваться по подземным кабельным линиям.

Пятый стратегический проект касается транспорта. Предложены технологии (опять-таки развитие технологий Тесла), когда вы можете ехать из Москвы до Сочи без двигателя, без химических аккумуляторов, без заправки, и при этом можете даже спать, потому что эта система будет автоматически управлять движением. Естественно, это даст возможность освободить Москву и все мегаполисы от того кошмара, который мы сейчас имеем по части выбросов от транспортных средств.

Технологии Тесла, которые мы создали, мы назвали беспроводными технологиями. Они дают возможность создать беспроводные системы передачи в космическом пространстве и в атмосфере Земли. И таким образом мы сможем при наличии электрических ракетных двигателей полностью освободиться от этих пусков, когда вы за несколько минут сжигаете 80 тонн керосина в жидком кислороде или, еще хуже, ядовитое гидразиновое топливо, и перейти к такому режиму, когда вместо того чтобы иметь 5% полезной массы в массе ракеты, иметь 95% полезной массы в массе ракеты.

Все, что вы добавляете к той энергии, которую Земля получает от Солнца, ведет к тепловому загрязнению Земли и, в конечном счете, к повышению температуры. Даже если у вас нет парниковых газов, все равно вы загрязняете планету, увеличивая температуру. И, тем самым, то, что мы имеем сейчас летом... Говорят, что аномальная холодная зима в Европе, сибирские морозы в Африке - это говорит о том, что опять будет похолодание, а не потепление. На самом деле просто климат становится резко континентальным. И это очень тревожный звонок. То есть будет очень жарко летом, очень холодно зимой. А это всегда нехорошо, потому что я знаю, что последствия вот этой зимы - это не только то, что 180 человек погибло, но померзли сады в южных районах нашей страны. И я думаю, что то же самое можно сказать и об Испании, и о других странах.

Поэтому все-таки говоря о чистой энергетике будущего, о глобальной энергетике, мы должны иметь в виду, что эта энергетика должна основываться на энергетическом балансе между поступающей энергией от Солнца и тепловым излучением Земли.

Роль государства очень важна здесь. Во-первых, это поддержка, даже моральная поддержка новой энергетики. И плюс кадровые вопросы, финансирование пилотных проектов и так далее.

Я хочу сказать о моральной поддержке. У нас сейчас есть прекрасный президент Медведев, и есть прекрасный президент Америки Обама. Вот что говорит Обама: «Нация, которая лидирует в технологии чистой энергетики, возможно, будет лидером глобальной экономики». Я думаю, что президенты не сами пишут эти слова - им советники пишут, но советники достойные. А вот что говорит наш президент Дмитрий Анатольевич Медведев: «У атомной энергетики нет альтернативы». Я думаю, что все сидящие в этом зале поддерживают все-таки концепцию президента Обамы. Я не думаю, что Дмитрий Анатольевич сам это придумал. Это ему Кириенко написал. Но будущее атомной энергетики... Мало того что это небезопасно, что 70 лет реакторы потом должны отстаиваться, и некуда девать выбросы, что гигантские риски, что они увеличивают долю энергии, которую мы добавляем к энергии Солнца, и ведут к тепловому загрязнению планеты - это уже говорит о том, что эта энергетика не является энергетикой будущего.

(...) Мало кто знает, но в прошлом году установленная мощность бестопливных электростанций превысила установленную мощность атомных электростанций и составила 388 ГВт. Мы прошли вот такую интересную точку. Теперь будет колоссально наращиваться в объеме (примерно 60 ГВт в год) мощность установленных бестопливных электростанций, и будет чуть-чуть возрастать мощность атомных станций. Вот сравните: 60 ГВт было введено в прошлом году бестопливных, чистых электростанций, использующих энергию Солнца, по существу, и было введено три атомных электростанции мощностью 3,6 ГВт, которые строились больше шести лет.

Резюмируя, я могу сказать, что будет создана глобальная солнечная резонансная система, причем она будет создана совершенно точно до конца этого века, потому что нам нужно всего-навсего в той же Австралии найти площадь земли 200x200 км, и в той Мексике, и в той же Сахаре, что не представляет никакого труда. А все технические проблемы практически решены: КПД 25%, кремния миллионы тонн в год, производство станций 100 ГВт в год - все это абсолютно реально.

Второе наше предсказание заключается в том, что воздушные линии исчезнут, будут подземные линии. Будет использоваться высокочастотный электрический транспорт. Жидкое топливо будет получаться из биомассы энергетических плантаций. Космические корабли будут стартовать на электрической тяге, имея отношение массы полезного груза к стартовой массе 80-90% вместо сегодняшних 5%. Снабжение космических аппаратов будет осуществляться резонансными волноводными методами.

Сельское хозяйство полностью изменится. Будут работать электрические машины-роботы, которые будут черпать энергию из-под поля, на котором они работают. Они будут работать день и ночь, и без всякого участия человека.

Также проведены испытания, которые показали, что резонансные методы могут быть использованы для лечения болезней человека и животных, уничтожения сорняков (вместо пестицидов), обеззараживания воды, создания новых экологически чистых материалов.

Как результат всего этого набора технологий, в будущем, к концу этого столетия, 60-70% тепловой энергии и 80-90% электрической будут делаться с помощью бестопливных электростанций, под которыми я имею в виду в первую очередь солнечные электростанции и их производные: ветровые, гидравлические и т.д.

Мы придем к тому, с чего мы начинали. В XVII веке было 100% солнечной энергии, потому что не было ни угля, ни газа, ни нефти. К концу XXI века мы вернемся к этой ситуации. У нас будет газ, нефть и уголь, но человечество будет использовать солнечную энергию и позабудет обо всех этих торнадо, которые летом гуляют по полям Америки, да и по России тоже, этих ураганах, которые вызваны нестабильностью атмосферы, а причиной является все-таки вот это вмешательство человека, парниковые газы и перегрев Земли.

/ Манифест

Манифест стратегического общественного движения «Россия 2045»

Человечество превратилось в общество потребления и находится на грани тотальной утраты смысловых ориентиров развития. Интересы большинства людей сводятся в основном к поддержанию собственного комфортного существования.

Современная цивилизация с ее космическими станциями, атомными подводными лодками, айфонами и сегвеями не способна избавить человека от ограничений физических возможностей тела, болезней и смерти.

Нас не устраивают сегодняшние достижения научно-технического прогресса. Наука, работающая на удовлетворение потребительских нужд общества, не сможет обеспечить технологический прорыв.

Мы считаем, что мир нуждается в иной идеологической парадигме. В ее рамках необходимо сформулировать сверхзадачу, способную указать новый вектор развития для всего человечества и обеспечить проведение научно-технической революции.

Новая идеология должна утвердить в качестве одного из приоритетов необходимость использовать прорывные технологии для совершенствования самого человека, а не только его среды обитания.

Мы считаем, что можно и нужно ликвидировать старение и даже смерть, преодолеть фундаментальные пределы физических и психических возможностей, заданные ограничениями биологического тела.

Учеными разных стран мира уже разрабатываются отдельные технологии, способные обеспечить создание прототипа искусственного тела человека в течение ближайшего десятилетия. Страна, которая первой заявит о намерении объединить эти технологии и создать работающий кибернетический организм, станет лидером самого главного мирового технологического проекта современности. Этой страной должна быть Россия.

Мы считаем, что у нашей страны по-прежнему есть необходимый научно-технический потенциал, позволяющий реализовать столь амбициозную задачу. Такой проект сделает Россию мировым идеологическим лидером, а также возродит лидерство нашей страны в самых разных областях науки и техники.

Реализация этого технологического проекта неминуемо приведет к взрывному развитию инноваций и глобальным цивилизационным переменам, изменит уклад человеческой жизни.

По нашему мнению, не позднее 2045 года искусственное тело не только значительно превзойдет по своим функциональным возможностям существующее, но и достигнет совершенства формы и сможет выглядеть не хуже человеческого. Люди самостоятельно будут принимать решение о продолжении жизни и развития в новом теле после того, как все ресурсы биологического тела будут исчерпаны.

Новый человек получит огромный спектр возможностей, сможет легко переносить экстремальные внешние условия: высокие температуры, давление, радиацию, отсутствие кислорода и так далее. С помощью нейроинтерфейса человек будет способен дистанционно управлять несколькими телами различных форм и размеров.

Мы предлагаем реализовать не просто механистический проект по созданию искусственного тела, а целую систему взглядов, ценностей и технологий, которые помогут человеку развиваться интеллектуально, нравственно, физически, психически и духовно.

Мы предлагаем присоединиться к стратегическому общественному движению «Россия 2045» всем пассионариям: ученым, политикам, медийщикам, философам, футурологам, бизнесменам. Всем, кто разделяет наше видение будущего и готов совершить следующий эволюционный скачок.

Главные задачи движения:

1. Создание в России мирового идеологического центра для разработки сценариев технологического прорыва. Установление связи с международным сообществом и привлечение к сотрудничеству наиболее перспективных зарубежных специалистов;
2. Создание международного научно-исследовательского центра киборгизации с целью практического воплощения главного технопроекта — создания искусственного тела и подготовки человека к переходу в него;
3. Экспертный отбор и поддержка наиболее интересных проектов, работающих на обеспечение технологического прорыва;
4. Поддержка инновационных отраслей российской науки. Создание специальных учебных программ для школ и вузов;
5. Создание информационных программ для теле-, радио- и интернет-вещания, проведение форумов, конференций, конгрессов, выставок, учреждение премий, а также продюсирование книг, фильмов, компьютерных игр;
6. Формирование культуры, связанной с идеологией будущего, техническим прогрессом, искусственным интеллектом, мультителесностью, бессмертием, киборгизацией.

Введение. Энергия - проблемы роста потребления

Энергетический кризис - явление, возникающее, когда спрос на энергоносители значительно выше их предложения. Его причины могут находиться в области логистики, политики или физического дефицита.

Потребление энергии является обязательным условием существования человечества. Наличие доступной для потребления энергии всегда было необходимо для удовлетворения потребностей человека, увеличения продол-жительности и улучшения условий его жизни.
История цивилизации - история изобретения все новых и новых методов преобразования энергии, освоения ее новых источников и в конечном итоге увеличения энергопотребления.
Первый скачок в росте энергопотребления произошел, когда человек научился добывать огонь и использовать его для приготовления пищи и обогрева своих жилищ. Источниками энергии в этот период служили дрова и мускульная сила человека. Следующий важный этап связан с изобретением колеса, созданием разнообразных орудий труда, развитием кузнечного производства. К XV веку средневековый человек, используя рабочий скот, энергию воды и ветра, дрова и небольшое количество угля, уже потреблял приблизительно в 10 раз больше, чем первобытный человек. Особенно заметное увеличение мирового потребления энергии произошло за последние 200 лет, прошедшие с начала индустриальной эпохи, - оно возросло в 30 раз и достигло в 1998 г. 13.7 Гигатонн условного топлива в год. Человек индустриального общества потребляет в 100 раз больше энергии, чем первобытный человек.
В современном мире энергетика является основой развития базовых отраслей промышленности, определяющих прогресс общественного производства. Во всех промышленно развитых странах темпы развития энергетики опережали темпы развития других отраслей.
В то же время энергетика - один из источников неблагоприятного воздействия на окружающую среду и человека. Она влияет на атмосферу (потребление кислорода, выбросы газов, влаги и твердых частиц), гидросферу (потребление воды, создание искусственных водохранилищ, сбросы загрязненных и нагретых вод, жидких отходов) и на литосферу (потребление ископаемых топлив, изменение ландшафта, выбросы токсичных веществ).
Несмотря на отмеченные факторы отрицательного воздействия энергетики на окружающую среду, рост потребления энергии не вызывал особой тревоги у широкой общественности. Так продолжалось до середины 70-х годов, когда в руках специалистов оказались многочисленные данные, свидетельствующие о сильном антропогенном давлении на климатическую систему, что таит угрозу глобальной катастрофы при неконтролируемом росте энергопотребления. С тех пор ни одна другая научная проблема не привлекает такого пристального внимания, как проблема настоящих, а в особенности предстоящих изменений климата.
Считается, что одной из главных причин этого изменения является энергетика. Под энергетикой при этом понимается любая область человеческой деятельности, связанная с производством и потреблением энергии. Значительная часть энергетики обеспечивается потреблением энергии, освобождающейся при сжигании органического ископаемого топлива (нефти, угля и газа), что, в свою очередь, приводит к выбросу в атмосферу огромного количества загрязняющих веществ.
Такой упрощенный подход уже наносит реальный вред мировой экономике и может нанести смертельный удар по экономике тех стран, которые еще не достигли необходимого для завершения индустриальной стадии развития уровня потребления энергии, в том числе России. В действительности все обстоит гораздо сложнее. Помимо парникового эффекта, ответственность за который, частично лежит на энергетике, на климат планеты оказывает влияние ряд естественных причин, к числу важнейших из которых относятся солнечная активность, вулканическая деятельность, параметры орбиты Земли, автоколебания в системе атмосфера-океан. Корректный анализ проблемы возможен лишь с учетом всех факторов, при этом, разумеется, необходимо внести ясность в вопрос, как будет вести себя мировое энергопотребление в ближайшем будущем, действительно ли человечеству следует установить жесткие самоограничения в потреблении энергии с тем, чтобы избежать катастрофы глобального потепления.

Современные тенденции развития энергетики

Общепринятая классификация подразделяет источники первичной энергии на коммерческие и некоммерческие .
Коммерческие источники энергии включают в себя твердые (каменный и бурый уголь, торф, горючие сланцы, битуминозные пески), жидкие (нефть и газовый конденсат), газообразные (природный газ) виды топлива и первичное электричество (электроэнергия, произведенная на ядерных, гидро-, ветровых, геотермальных, солнечных, приливных и волновых станциях).
К некоммерческим относят все остальные источники энергии (дрова, сельскохозяйственные и промышленные отходы, мускульная сила рабочего скота и собственно человека).
Мировая энергетика в целом на протяжении всей индустриальной фазы развития общества основана преимущественно на коммерческих энергоресурсах (около 90% общего потребления энергии). Хотя следует отметить, что существует целая группа стран (экваториальная зона Африки, Юго-Восточная Азия), многочисленное население которых поддерживает свое существование почти исключительно за счет некоммерческих источников энергии.
Различного рода прогнозы потребления энергии, базирующиеся на данных за последние 50-60 лет предполагают, что примерно до 2025 г. ожидается сохранение современного умеренного темпа роста мирового потребления энергии - около 1.5% в год и проявившая себя в последние 20 лет стабилизация мирового душевого потребления на уровне 2.3-2.4 т усл.топл./(чел.-год). После 2030 г. по прогнозу начнется медленное снижение среднемирового уровня душевого потребления энергии к 2100 г. При этом общее потребление энергии обнаруживает явную тенденцию к стабилизации после 2050 г. и даже слабого уменьшения к концу века.
Одним из важнейших факторов, учитывавшихся при разработке прогноза, является обеспеченность ресурсами мировой энергетики, базирующейся на сжигании ископаемого органического топлива.
В рамках рассматриваемого прогноза, безусловно, относящегося к категории умеренных по абсолютным цифрам потребления энергии, исчерпание разведанных извлекаемых запасов нефти и газа наступит не ранее 2050 г., а с учетом дополнительных извлекаемых ресурсов - после 2100 г. Если принять во внимание, что разведанные извлекаемые запасы угля значительно превосходят запасы нефти и газа, вместе взятые, то можно утверждать, что развитие мировой энергетики по данному сценарию обеспечено в ресурсном отношении более чем на столетие.
Вместе с тем, результаты прогнозов дают значительный разброс, что хорошо видно из подборки некоторых опубликованных данных прогнозов на 2000 г.

Таблица 5.7. Некоторые недавние прогнозы энергопотребления на 2000 г.
(в скобках - год публикации) и его действительное значение.

Прогностический центр	Потребление первичной энергии, Гт усл.топл./год
Институт атомной энергии (1987)	21.2
Международный институт прикладного системного анализа (IIASA) (1981)	20.0
Международное агентство по атомной энергии (МАГАТЭ) (1981)	18.7
Окриджская национальная лаборатория (ORNL) (1985)	18.3
Международная комиссия по изменению климата (IPCC) (1992)	15.9
Лаборатория глобальных проблем энергетики ИБРАЭ РАН-МЭИ (1990)	14.5
Действительное энергопотребление	14.3

Уменьшение энергопотребления по отношению к прогнозируемому связаны, прежде всего, с переходом от экстенсивных путей ее развития, от энергетической эйфории к энергетической политике, основанной на повышении эффективности использования энергии и всемерной ее экономии.
Поводом для этих изменений стали энергетические кризисы 1973 и 1979 годов, стабилизация запасов ископаемых топлив и удорожание их добычи, желание уменьшить обусловленную экспортом энергоресурсов зависимость экономики от политической нестабильности в мире.

Вместе с тем, говоря о потреблении энергии, следует отметить, что в постиндустриальном обществе должна быть решена еще одна основополагающая задача - стабилизация численности населения.
Современное общество, не решившее эту проблему или, по крайней мере, не предпринимающее усилий для ее решения, не может считаться ни развитым, ни цивилизованным, поскольку совершенно очевидно, что бесконтрольный рост населения ставит непосредственную угрозу существования человека как биологического вида.
Итак, потребление энергии на душу населения в мире обнаруживает явную тенденцию к стабилизации. Следует отметить, что этот процесс начался еще около 25 лет тому назад, т.е. задолго до нынешних спекуляций на глобальном изменении климата. Такое явление в мирное время наблюдается впервые с начала индустриальной эпохи и связано с массовым переходом стран мира в новую, постиндустриальную стадию развития, в которой потребление энергии на душу населения остается постоянным. Указанный факт имеет весьма важное значение, поскольку в результате и величина общего потребления энергии в мире растет гораздо более медленными темпами. Можно утверждать, что серьезное замедление темпов роста энергопотребления оказалось полной неожиданностью для многих прогнозистов.

Кризис топливных ресурсов

В начале 70-х годов страницы газет запестрели заголовками: «Энергетический кризис!», «Надолго ли хватит органического топлива?», «Конец нефтяного века!», «Энергетический хаос». Этой теме до сих пор большое внимание уделяют все средства массовой информации - печать, радио, телевидение. Основания для такой тревоги есть, ибо человечество вступило в сложный и достаточно долгий период мощного развития своей энергетической базы. Поэтому следуете просто расходовать известные сегодня запасы топлива, но расширяя масштабы современной энергетики, отыскивать новые источники энергии и развивать новые способы её преобразования.
Прогнозов о развитии энергетики сейчас очень много. Тем не менее, несмотря на улучшившуюся методику прогнозирования, специалисты, занимающиеся прогнозами, не застрахованы от просчетов, и не имеют достаточных оснований говорить о большой точности своих прогнозов для такого временного интервала, каким являются 40-50 лет.
Человек всегда будет стремиться обладать как можно большим количеством энергии, обеспечивающим движение вперед. Не всегда наука и техника дадут ему возможность получать энергию во всевозрастающих объемах. Но, как показывает историческое развитие, обязательно будут появляться новые открытия и изобретения, которые помогут человечеству сделать очередной качественный скачок и пойти к новым достижениям ещё более быстрыми шагами.
Тем не менее, пока проблема истощения энергетических ресурсов остается. Ресурсы, которыми обладает Земля, делятся на возобновляемые и невозобновляемые . К первым относятся солнечная энергия, тепло Земли, приливы океанов, леса. Они не прекратят существования, пока будут Солнце и Земля. Невозобновляемые ресурсы не восполняются природой или восполняются очень медленно, гораздо медленнее, чем их расходуют люди. Скорость образования новых горючих ископаемых в недрах Земли определить довольно трудно. В связи с этим оценки специалистов различаются более чем в 50 раз. Если даже принять самое большое это число, то все равно скорость накопления топлива в недрах Земли в тысячу раз меньше скорости его потребления. Поэтому такие ресурсы и называют невозобновляемыми. Оценка запасов и потребления основных из них приведена в табл.5.44. В таблице приведены потенциальные ресурсы. Поэтому при существующих сегодня методах добычи из них можно извлечь только около половины. Другая половина остается в недрах. Именно поэтому, часто утверждают, что запасов хватит на 120-160 лет. Большую тревогу вызывает намечающееся истощение нефти и газа, которого (по имеющимся оценкам) может хватить всего на 40-60 лет.
С углем свои проблемы. Во-первых, его транспортировка - дело весьма трудоемкое. Так в России, основные запасы угля сосредоточены на востоке, а основное потребление - в европейской части. Во-вторых, широкое использование угля связано с серьезным загрязнением атмосферы, засорением поверхности земли и ухудшением почвы.
В разных странах все перечисленные проблемы выглядят различно, но решение их почти везде было одно - внедрение атомной энергетики. Запасы уранового сырья тоже ограничены. Однако если говорить о современных тепловых реакторах усовершенствованного типа, то для них, вследствие достаточно большой их эффективности, можно считать запасы урана практически безграничными.
Так почему же люди заговорили об энергетическом кризисе, если запасов только органического топлива хватит на сотни лет, а в резерве ещё ядерное?
Весь вопрос в том, сколько оно стоит. И именно с этой стороны нужно рассматривать сейчас энергетическую проблему. в недрах земли ещё много, но их добыча Нефти, газа стоит все дороже и дороже, так как эту энергию приходится добывать из более бедных и глубоко залегающих пластов, из небогатых месторождений, открытых в необжитых, труднодоступных районах. Гораздо больше приходится и придется вкладывать средств для того, чтобы свести к минимуму экологические последствия использования органического топлива.
Атомная энергия внедряется сейчас не потому, что она обеспечена топливом на столетия и тысячелетия, а, скорее из-за экономии и сохранения на будущее нефти и газа, а также из-за возможности уменьшения экологической нагрузки на биосферу.
Существует распространенное мнение, что стоимость электроэнергии АЭС значительно ниже стоимости энергии, вырабатываемой на угольных, а в перспективе - и газовых электростанциях. Но если подробно рассмотреть весь цикл атомной энергетики (от добычи сырья до утилизации РАО, включая расходы на строительство самой АЭС), то эксплуатация АЭС и обеспечение ее безопасной работы оказываются дороже, чем строительство и работа станции такой же мощности на традиционных источниках энергии (табл.5.8 на примере экономики США).
Поэтому в последнее время все больший акцент делается на энергосберегающих технологиях и возобновляемых источниках - таких как солнце, ветер, водная стихия. Например, в Европейском союзе поставлена цель к 2010-2012 гг. получать 22% электроэнергии с помощью новых источников. В Германии, например, уже в 2001 г. энергия, производимая от возобновимых источников, была равносильна работе 8 атомных реакторов, или 3.5% всей электроэнергии.
Многие считают, что будущее принадлежит дарам Солнца. Однако, оказывается и здесь все не так просто. Пока стоимость получения электроэнергии с применением современных солнечных фотоэлектрических элементов в 100 раз выше, чем на обычных электростанциях. Однако специалисты, занимающиеся фотоэлементами, полны оптимизма, и считают, что им удастся существенно снизить их стоимость.
Точки зрения специалистов на перспективы использования возобновляемых источников энергии очень различаются. Комитет по науке и технике в Англии, проанализировав перспективы освоения таких источников энергии, пришел к выводу, что их использование на базе современных технологий пока минимум в два-четыре раза дороже строительства АЭС. Другие специалисты в различных прогнозах этим источникам энергии уже в недалеком будущем. По-видимому, источники возобновляемой энергии будут применяться в отдельных районах мира, благоприятных для их эффективного и экономичного использования, но в крайне ограниченных масштабах. Основную долю энергетических потребностей человечества должны обеспечить уголь и атомная энергетика. Правда, пока нет настолько дешевого источника, который позволил бы развивать энергетику такими быстрыми темпами, как бы этого хотелось.
Сейчас и на предстоящие десятилетия наиболее экологичным источником энергии представляются ядерные, а затем, возможно, и термоядерные редакторы. С их помощью человек и будет двигаться по ступеням технического прогресса. Будет двигаться до тех пор, пока не откроет и не освоит какой-либо другой, более удобный источник энергии.
На рис.5.38 приведен график роста мощности АЭС в мире и производства электроэнергии за 1971-2006 гг., и прогнозы развития на 2020-30 гг. Помимо упомянутых выше, несколько развивающихся стран, таких, как Индонезия, Египет, Иордания и Вьетнам, заявили о возможности создания АЭС и сделали первые шаги в этом направлении.

Рис.5.38. (наверху ) Рост мощности АЭС и производства электроэнергии за 1971-2006 гг. по данным МАГАТЭ и прогнозы мощности АЭС в Мире на 2020-2030 гг. (внизу )

Экологический кризис энергетики

Основные формы влияния энергетики на окружающую среду состоят в следующем.

1. Основной объем энергии человечество пока получает за счет использования невозобновимых ресурсов.
2. Загрязнение атмосферы: тепловой эффект, выделение в атмосферу газов и пыли.
3. 3. Загрязнение гидросферы: тепловое загрязнение водоемов, выбросы загрязняющих веществ.
4. Загрязнение литосферы при транспортировке энергоносителей и захоронении отходов, при производстве энергии.
5. Загрязнение радиоактивными и токсичными отходами окружающей среды.
6. Изменение гидрологического режима рек гидроэлектростанциями и как следствие загрязнение на территории водотока.
7. Создание электромагнитных полей вокруг линий электропередач.

Согласовать постоянный рост энергопотребления с ростом отрицательных последствий энергетики, учитывая, что в ближайшее время человечество ощутит ограниченность ископаемого топлива, можно, по-видимому, двумя способами

1. Экономия энергии. Степень влияния прогресса на экономию энергии можно продемонстрировать на примере паровых машин. Как известно, КПД паровых машин 100 лет назад составлял 3-5%, а сейчас достигает 40%. Развитие мировой экономики после энергетического кризиса 70 годов также показало, что на этом пути у человечества есть значительные резервы. Применение ресурсосберегающих и энергосберегающих технологий обеспечило значительное сокращение потребления топлива и материалов в развитых странах.
2. Развитие экологически более чистых видов производства энергии. Решить проблему, вероятно, способно развитие альтернативных видов энергетики, особенно базирующихся на использовании возобновляемых источников. Однако пути реализации данного направления пока не очевидны. Пока возобновимые источники дают не более 20 % общемирового потребления энергии. Основной вклад в эти 20% дают использование биомассы и гидроэнергетика.

Экологические проблемы традиционной энергетики

Основная часть электроэнергии производится в настоящее время на тепловых электростанциях (ТЭС). Далее обычно идут гидроэлектростанции (ГЭС) и атомные электростанции (АЭС).

Человечество по мере своего развития все больше и больше нуждается в энергетических ресурсах, электрическая и тепловая энергия практически неотделимы от быта и производственной деятельности человека. В течение следующих десятилетий ожидается значительное увеличение энергопотребления, связанное с развитием экономики и приростом населения. Это приведет к росту давления на систему энергоснабжения и потребует повышенного внимания к эффективности использования энергии. Это проблемы современной энергетики , которые надо решать прямо сейчас. Доступность энергоресурсов является ключевым фактором для развития экономики и способствует улучшению качества жизни.

Рост мировых экономик и увеличение численности населения выступают в качестве основной движущей силы непрерывного роста энергопотребления.

Ситуация в мире

Несмотря на то, что количество автомобилей в Китае за 2000¬2006 гг. увеличилось более чем в 2 раза, один автомобиль там приходится на 40 человек, в то время как в США данный показатель равен одному автомобилю на двух человек. Исходя из этого, можно с уверенностью прогнозировать дальнейший стремительный рост продаж автомобилей и объемов потребления топлива в Китае. Ускоряющиеся темпы потребления в сочетании с большой численностью населения, которая продолжает расти, позволяют сделать вывод о том, что новая волна роста энергопотребления в значительной степени придется на развивающиеся страны.

Человек только начинает осознавать ограниченность ископаемых ресурсов, в условиях необходимости рационального их использования. Нефти с 1960 по 1970 год было израсходовано столько же, сколько за предыдущие 100 лет. К 2030 году доля нефти как энергоносителя сократится до 16 %. Между тем из разведанных и эксплуатируемых скважин извлекалось до недавнего времени всего 30 % нефти. Уголь может снова стать важнейшим источником энергии. Другой альтернативой всё чаще называется - атомная энергия.

Плодами экономического роста пользуется порядка 15 % населения Земли (в основном, страны Запада), а энергетические ресурсы сосредоточены преимущественно в развивающихся странах. США, ЕЭС, Канада, Япония потребляют 1/2 всей мировой энергии, 1/3 удобрений, 2/3 всех металлов, 2/3 деловой древесины. Они же производят более 2/3 мирового валового продукта, обеспечивают 2/3 мировой торговли, выбрасывают 3/4 всех загрязнителей. Вложение энергии на 100 000 человек в Нидерландах составляет 914 пентаджоулей, Германии - 418, Великобритании - 355, Японии - 352, США - 74, в России - только 16. Борьба за обладание энергоресурсами часто кончается военными конфликтами. В современных условиях усилия в этих конфликтах все чаще направляются не на захват территорий противника, а на подавление военно-экономического потенциала - устранение «конкурента» и обеспечение господства победителя на рынках сырья и сбыта. Это мнение особенно актуально для сегодняшней ситуации в мире.

В настоящее время основными источниками энергии являются углеводороды и урановые руды. Их мировые запасы примерно уже известны, и, даже по самым оптимистическим оценкам, вряд ли разведка даст увеличение их объемов в разы. Поскольку известен и уровень потребления этих ресурсов, то уже подсчитан и срок, после которого они будут полностью исчерпаны. Очевидно, что никакой режим экономии невозобновляемых источников энергии не в состоянии исключить того момента в будущем, когда они будут полностью исчерпаны. Ситуация усугубляется при этом еще несколькими факторами.

Во-первых, экспоненциальным ростом промышленного производства. Так, в прошлом столетии совокупный объем промышленного производства в мире увеличивался в среднем каждые 20 лет. Если эта тенденция сохранится в ХХI в., то через 20 лет потребность в энергоресурсах вырастет в 2 раза, через 40 лет - в 4, к концу ХХI в. - в 32, к концу ХХII в. - в 1024 раза. А поскольку даже при сохранении потребления ресурсов на сегодняшнем уровне их хватит не более чем на несколько десятков лет, то прирост промышленности катастрофически ускоряет приближение всемирной ресурсной катастрофы.

Однако главная проблема современной энергетики в настоящий момент -- не только истощение минеральных ресурсов, а угрожающая экологическая обстановка.

Самые острые экологические проблемы (изменение климата, кислотные осадки, всеобщее загрязнение среды и другие) прямо или косвенно связаны с производством, либо с использованием энергии. Энергетике принадлежит первенство не только в химическом, но и в других видах загрязнения: тепловом, аэрозольном, электромагнитном, радиоактивном. Поэтому не будет преувеличением сказать, что от решения энергетических проблем зависит возможность решения основных экологических проблем.

Российские проблемы

Ключевой проблемой экономики России является необходимость повышения энергоэффективности. Удельная энергоемкость промышленного и сельскохозяйственного производства в 3,5 - 4,0 раза выше, чем в развитых странах мира. Это обусловлено тем, что энергетический сектор экономики сложился во второй половине прошлого века в условиях, совершенно отличных от современных. Решение проблемы - сложная, многофакторная задача от банальной экономии энергии до решения фундаментальных и прикладных научных проблем.

Одной из глобальных проблем современности является истощение запасов топлива, применяемого в энергетике (нефти, газа, угля, горючих сланцев и т.д.). Кроме того, эти виды топлива (применяясь к современным требования) неэкологичны, так как при их сжигании выбрасывается в атмосферу большое количество вредных веществ и образуется большое количество твердых отходов (зол и золошлаков).

Однако около 50% электроэнергии дают именно тепловые электростанции, сжигающие твердые виды топлива (уголь, торф, горючие сланцы), нефть и газовый конденсат, газ. При сжигании твердого топлива, в первую очередь каменного и бурого угля (до 30% общего мирового объема сжигаемого топлива) в атмосферу выбрасываются сера и двуокись серы, оксиды азота, углекислый газ, сажа, тяжелые металлы. Именно выбросы электростанций работающих на каменном угле (и иных видах твердого топлива) послужили фактором появления кислотных дождей.

Различные фильтры, дымо- и сажеуловители, катализаторы – безусловно, используются, но пока не настолько эффективны и дороги. Кроме того, при сжигании твердого топлива образуется огромное количество золы, шлаков и золошлаков. На территории России ежегодно накапливается до 3,5 млрд. тонн техногенных отходов от электростанций! Отметим, что при добыче 1 тонны угля шахтным методом образуется 0.5 тонн пустой пород, при добыче открытым (карьерным) способом 6 тонн, а при сжигании 1 тонны угля образуется 130 кг золы и золошлаков.

Золы и золошлаки электростанций (но всего 2% количества отходов!) в настоящее время успешно используются в строительстве, производстве стройматериалов, дорожном строительстве.

Отвалы пустой породы (http://politiko.ua/blogpost79251)

Ежегодно потребляется для вторичного использования более 61 млн. тонн золошлаковых отвалов ТЭЦ (для производства вяжущих веществ, производства керамики, огнеупоров, тепло- и звукоизоляционных материалов, углесодержащие отходы богатые органическими соединениями могут использоваться в качестве минеральных удобрений). Это весьма успешный и развивающийся бизнес, исключающий расходы на добычу и (частично) на транспортировку – только переработку и использование.

Однако фактическое использование отходов энергетики в России составляет не более 4-5%. Основные проблемы связаны как с неповоротливостью бюрократического аппарата, огромным количеством согласований, так и нежеланием бизнесменов вкладывать (пока!) средства в перерабатывающие отходы предприятия, не приносящие быстрого дохода. Без помощи государства (хотя бы законодательной) и налоговых льгот здесь не обойтись.

Эксперты отмечают, что запасы невозобновляемых видов топлива (уголь, горючие сланцы, нефть, газ, для АЭС) небезграничны, и через определенное количество лет человечество столкнется с проблемой энергетического голода (по оценкам экспертов, запасов нефти в России хватит на 21 год, газа на 50-60 лет). В настоящее необходимо и актуально вложение средств именно в альтернативные виды энергии и топлива, развитие и расширение данных технологий.

Альтернатива вредным выбросам электростанций – атомная энергетика. Однако это отрасль энергетики экологически небезопасна и грозит чудовищными экологическими проблемами в случае весьма возможных и непредсказуемых катастроф (вспомним хотя бы Чернобыль 1986 года). Кроме того, остро встает проблема утилизации и переработки радиоактивных отходов (что в частности проводится в России). На российских предприятиях перерабатываются радиоактивные отходы со всей Европы, причем только 10% обогащаются до состояния природного урана, остальные 90% (!!!) могут лишь утилизироваться (МК, 10 марта 2006 г.). Гарантии загрязнения радиоактивными отходами окружающей среды не существует !

Ядерное топливо (уран) относится к невозобновимым запасам природного энергетического сырья, а Россия в настоящее время испытывает «урановый голод». Еще несколько лет назад Глава Федерального агентства по недропользованию А. Ледовских отметил (Российская газета, 28 февраля 2006 г.), что после распада СССР, в России осталось не более 20% всех разведанных запасов урана, и при годовой потребности в уране 15-16 тыс. тонн добывается чуть более 3 тыс. тонн. Существующих складских запасов урана хватит лишь до 2015-2020 года.

Тем не менее, хорошо известны возобновляемые виды энергии: вода (гидростанции), солнечная энергия (гелиоэнергетика), ветер (ветроэнергетика), тепло Земли (гидротермальная), сила морских приливов и отливов.

Текучая сила воды, т.е. гидроэлектростанции, давно (с 1891 года) и широко применяются во всем мире. Они считаются (правда, весьма условно) экологически чистыми, так как практически отсутствуют выбросы в атмосферу. Но каскады электростанций, превратившие ряд рек (например, Волгу) в цепочки водохранилищ, не панацея от всех энергетических и экологических бед. При строительстве и эксплуатации водохранилищ появляется серьезные проблемы – отчуждение и затопление сельскохозяйственных угодий, лесов, населенных пунктов, что вызывает необходимость переселение жителей.

Например, при строительстве Новосибирского водохранилища ушли под воду 54 населенных пункта и были затоплены 281 км 2 только сельскохозяйственных угодий. При строительстве Ангарского каскада водохранилищ (Иркутского, Братского, Усть-Илимского) затоплено 760 тыс. га земель (230 тыс. га пахотных и пастбищных, 500 тыс. га лесных угодий), города Балаганск и старый Братск, более 300 деревень.

Кроме того, водохранилища способствуют усилению и даже появлению сейсмической активности. Так, например, в 1967 г. в Индии на плато Декан, произошло землетрясение силой 8 баллов, спровоцированное водохранилищем Койда, хотя по предварительно проведенным изысканиям и исследованиям данный район считался сейсмически неопасным.

Аварии на ГГЭС могут привести к серьезным техногенным катастрофам, как это было, например, на Саяно-Шушенской ГЭС 17 августа 2009 года . В результате аварии погибло 75 человек, а оборудованию и помещениям станции нанесён серьёзный ущерб. Работа станции по производству электроэнергии была приостановлена. Последствия аварии отразились на экологической обстановке прилегающей территории, а также на социальной и экономической сферах региона.

Существует и другие проблемы, связанные как со строительством плотин (использование миллионов кубических метров различного строительного материала), так и связанные с функционированием водохранилищ (заиливание дна, всплывание торфяников, абразия берегов, активизация негативных геологических процессов, угроза прорыва плотин и др.). Таким образом, крупные ГЭС хотя и решают энергетические проблемы, но создают проблемы как экологические, так и социальные.

Альтернатива крупным ГЭС – это миниГЭС, т.е. небольшие гидроэлектростанции, не требующие большого объема воды (в виде водохранилищ), и обеспечивающие энергией например, какой-либо город или предприятие. Каскады миниГЭС вполне смогут конкурировать с крупными энергетическими монстрами. Каковы проблемы и перспективы в этой области?

МиниГЭС очень хорошо могут себя зарекомендовать в районах с сильным течением рек и, в настоящее время, необходимы минитурбины именно для небольших гидроэлектростанций. Производство небольших турбин для миниГЭС, а главное привлечение инвестиций – это уже необходимость. При современных проблемах энергетики и удорожании тарифов на электроэнергию требуется автономность и независимость от энергосетей.

Энергия солнца (гелиоэнергетика) . В последнее время интерес к проблеме использования солнечной энергии (гелиоэнергетике) резко возрос.

Солнечные электростанции могут быть использованы как для решения локальных энергетических задач, так и глобальных проблем энергетики. Практическое применение в мире получили в основном гибридные солнечно-топливные электростанции (стоимость вырабатываемой электроэнергии составляет 0,08-0,12 $ за кВт/ч).

Гелиоустановки в Испании (Андалузия). Фото автора

В качестве примера успешного применения гелиотехнологий можно отметить проект «2000 солнечных крыш» в Германии, где разработана технология прозрачной теплоизоляции зданий и установки солнечных коллекторов с температурой 90‑50°С. Однако данная технология зависит от резервного источника электросети, из которого возмещается нехватка энергии (в случае же избытка энергия передается в сеть). Отметим, что при реализации этого проекта до 70% стоимости установок оплачивалось из федерального и земельного бюджетов.

В США солнечные водонагреватели общей мощностью 1400 МВт установлены в 1,5 млн. домов. В пустыне Мохаве (США) в 250 км от Лос‑Анджелеса создана крупнейшая в мире гелиостанция LUZ мощностью около 600 МВт. Стоимость проекта составила 1,5 млрд. долларов.

Массовое производство и использование гелиостанций в мировой энергосистеме связано с созданием технологий и материалов, позволяющих снизить стоимость установленной мощности до 1-2 $/Вт, а стоимость электроэнергии до 0,1 $/кВт.ч.

Принципиальным ограничением для такого снижения стоимости является высокая стоимость кремния высокого качества – 40-100 $/кг. Поэтому создание новых технологий получения кремния, обеспечивающих радикальное снижение его стоимости, является задачей номер один в перечне альтернативных технологий в энергетике. В России в настоящее время имеются технологии и производственные мощности для изготовления 2 МВт солнечных элементов и модулей в год.

Если принять КПД ТЭС, работающей на мазуте за 33%, то 1 кг кремния по вырабатываемой электроэнергии эквивалентен примерно 75 тоннам нефти! Огромные запасы кремния в виде песков, кварцита, песчаника, имеющиеся в России вполне пригодны для экологических бизнес-технологий связанных с современной гелиоэнергетикой.

Однако есть и свои минусы… Эффективная деятельность гелиостанций возможна лишь в определенных районах с высокой солнечной инсоляцией. Кроме того, гелиоэнергетика относится к наиболее материалоёмким видам производства энергии (добыча кремниевого сырья и его переработки и обогащения, изготовление гелиостатов, коллекторов и т.д.). Отметим, что для производства 1 МВт/год электрической энергии с помощью солнечной энергетики потребуется затратить от 10000 до 40000 человеко-часов, в традиционной энергетике на органическом топливе этот показатель составляет 200-500 человеко-часов.

Пока электроэнергия, рожденная солнечными лучами, обходится намного дороже, чем получаемая традиционными способами. И хотя в настоящее время суммарная мировая мощность автономных фотоэлектрических установок достигла 500 МВт, без помощи государства пока не обойтись. Принятая в США масштабная программа «Миллион солнечных крыш», потребовала при ее реализации расходов из федерального бюджета в сумме более 6 млрд. долларов.

На развитие гелиоэнергетики в Республике Казахстан планируется только на первом этапе затратить 10 млн. долл.

Ветровая энергия . Ветроэнергетика – одна из самых молодых энергетических отраслей, но ежегодный прирост оборотов в ней впечатляет. Например, в 2003 году через мировую ветроэнергетику «прошло» около 3 млрд. евро, а в 2004 году – 8 млрд., в 2005 – 12 млрд. евро! Во многих странах возникла новая отрасль – ветроэнергетическое машиностроение. В ближайшей перспективе ветроэнергетика сохранит свои передовые позиции, а мировыми лидерами по применению энергии ветра являются США, Германия, Нидерланды, Дания, Индия.

Суммарная мировая установленная мощность крупных ветроэнергетических установок (ВЭУ) и ветроэнергетических станций (ВЭС), по разным оценкам, составляет от 10 до 2

0 ГВт. Удельные капиталовложения в ветроэнергетику ниже, чем при использовании большинства других альтернативных видов энергии, возрастает не только суммарная мощность ветряных установок, но и их единичная мощность, превысившая 1 МВт.

Ветряные установки в Пиренеях, граница Испании и Андорры. Фото автора

Тарифа, Андалузия. Ветряные установки на вершинах гор. Фото автора

Франция. Ветряные установки среди виноградников. Фото автора

Франция. Прованс. Ветряные установки. Фото автора

В Германии работают уже 14 тыс. ветровых установок, которые производят треть мирового объема ветроэлектроэнергии и существуют более тысячи предприятий, работающих с технологиями ветроэнергетики. Крупнейший в мире ветровой генератор мощностью 3000 кВт и высотой 150 метров установлен в 1982 г. в Северной Германии, в Фрисляндии.

В России спрос на ветроэнергетическое оборудование также существует, что связано с ростом цен на ископаемые источники энергии и электроэнергию, необходимостью соблюдения экологических норм, «деятельностью» энергетических монополий и в целом инфраструктурой страны. Созданы образцы отечественных ветроэнергетических установок (ВЭУ) мощностью 250 и 1000 кВт, находящиеся пока в опытной эксплуатации.

В России уже существуют компании по производству, установке и эксплуатации ветроэнергетических установок (компания «Ветропарк Инжиниринг», ЗАО «Ветроэнергетический комплекс» и ряд других), производящие ВЭУ мощностью от 300 кВт до 500 кВт. Отечественные ветрогенераторы («Бриз-5000», «Бриз-лидер») фирмы «Электросфера» работают при скорости ветра от 3 м/с и выдают мощность от 5 до 50 кВт. Стоимость различных типов «бытовых» электрогенераторов – от 5000 до 10000 Евро (вполне сопоставимо с ценой на автомобиль!), а срок службы – до 20 лет.

Ветровая энергетика для бизнеса России – перспективнейший вид вложений, так как перспективы в данном случае связаны как с экологией, так и с полной автономией, независимостью от энергетических монополий. Использование энергии ветра возможно для производства электроэнергии в частных домах, на предприятиях, а комплексы ВЭУ смогут обеспечивать электроэнергией отдельные районы.

Еще в 1996 году АО «Ростовэнерго» реализовало российско-германский проект «Эльдорадо-ветер» по строительству ветроэнергетической станции мощностью 300 кВт на территории подсобного хозяйства «Маркинское» Цымлянского района Ростовской области. Станция занимает площадь в 3 гектара и состоит из 10 решетчатых 27-метровых башен, расположенных в шахматном порядке с 12-метровыми лопастями, начинающими работать при скорости ветра уже в 4 м/сек. Полученная энергия передается в общую электрическую сеть через трансформаторную подстанцию и обслуживает потребности небольшого поселка. Комплекс автоматизирован и управляется электроникой, а обслуживают ветроэлектрическое хозяйство …всего 4 человека!

Тепловая энергия Земли (гидротермальные источники). Исландия полностью обеспечивает себя помидорами, яблоками и даже бананами! Столица этого островного государства город Рейкьявик (170 тыс. человек), отапливается только за счет подземных источников, так как других местных источников энергии в Исландии практически нет.

Первая электростанция (ГеоТЭС), использующая тепло Земли, была построена в 1904 году в итальянском городе Лардерелло, и в наши дни мощность станции достигла 360 тысяч киловатт. В Новой Зеландии существует гидротермальная электростанция в районе Вайракеи, мощностью 160 тысяч киловатт. В 120 км от Сан-Франциско в США производит электроэнергию геотермальная станция мощностью 500 тысяч киловатт.

В 1967 г. на Камчатке была создана первая в нашей стране Паужетская ГеоТЭС мощностью 5 МВт, доведенная впоследствии до мощности 11 МВт. В 1968 г. появилась экспериментальная Кислогубская ПЭС мощностью 0,4 МВт, на строительстве которой был впервые использован прогрессивный метод наплавного строительства плотины.

Калужский турбинный завод освоил выпуск блок-модульных ГеоТЭС мощностью 4 и 20 МВт. Три таких блока по 4 МВт смонтированы на Верхне‑Мутновской ГеоТЭС на Камчатке. Следующая на очереди – Мутновская ГеоТЭС мощностью 40-50 МВт – будет создана в ближайшие годы. Заметим, что гидротермальные источники имеются в России только на Камчатке и Курилах (в меньшей степени на Кавказе), поэтому геотермальная энергетика не может играть значительную роль в масштабах страны в целом, но для указанных районов, которые периодически оказываются на грани выживания в ожидании очередного танкера с топливом, геотермальная энергетика способна радикально решить проблему энергообеспечения.

Суммарная мировая мощность ГеоТЭС составляет не менее 6 ГВт, они вполне конкурентоспособны по сравнению с традиционными топливными электростанциями. Однако ГеоТЭС географически привязаны к месторождениям парогидротерм или к термоаномалиям, что ограничивает область применения геотермальных установок.

Биоэнергетика. В биоэнергетике используется биогаз, содержащий метан, и образующийся при разложении (гниении) биомассы (навоза, растений, отходов деревоперерабатывающей промышленности и сельского хозяйства). Доля древесины в биомассе, которую используют в Европе – 16 %, тем не менее, древесное биотопливо считается весьма популярным в странах ЕС, например в Швеции биотопливо дает не менее 21 % тепла для отопления домов.

Однако при сжигании биотоплива все равно образуется углекислый газ (хотя и в меньших количествах), кроме того, не исключена возможность попадания биомассы в грунтовые и поверхностные воды и почву, а метана в атмосферу (при нарушении герметизациии) и соответственно загрязнения окружающей среды. Тем не менее, весьма актуально использование биоэнергетических технологий в российских сельскохозяйственных комплексах (птицеводческих и животноводческих), что с одной стороны решает проблему отходов, а с другой – исключает зависимость от энергетических компаний, оберегает производителя от роста цен на электроэнергию, что позволяет снизить себестоимость продукции, а также избавит от колоссальных убытков при отключении электроэнергии и энергоавариях (вспомним энергокризис мая 2005 года).

Энергия приливов и волн. В мире существует только одна крупная действующая приливная электростанция (ПЭС) годовой мощностью 544 млн. КВт – в устье реки Ранс, во Франции (провинция Бретань), открытая в 1966 году. На более чем 800-метровой плотине установлено 24 турбогенератора, стоимость проекта составила 420 млн. франков (в ценах 60-х годов XX века).

Что касается перспектив приливной энергетики в России, то следует отметить, что приливные электростанции (ПЭС) должны обладать весьма большой мощностью (Мезенская ПЭС на Белом море – 19200 МВт, Тугурская ПЭС на Охотском море – 7800 МВт). Несколько сотен гидроагрегатов на каждой станции, длительные сроки строительства, огромные капиталовложения (как непосредственно в ПЭС, так и в мероприятия, необходимые для адаптации их в рамках энергосистемы) делают создание ПЭС предметом весьма отдаленного будущего.

Проблемы и перспективы альтернативной энергетики. К сожалению, как отмечает доктор технических наук, заведующий отделением нетрадиционных источников энергии и энергосбережения АО «Энергетический институт им. Г.М. Кржижановского» Борис Тарнижевский, «бесплатность» большинства альтернативных видов энергии связана со значительными расходами на приобретение соответствующего оборудования. И возникает некий парадокс – альтернативную «бесплатную» энергию способны производить и использовать главным образом…богатые страны.

Однако наиболее заинтересованы в развитии альтернативных видов энергетики именно развивающиеся государства, не имеющие современной энергетической инфраструктуры, развитой сети централизованного энергоснабжения. И именно для развивающихся стран, и (к сожалению), в том числе и для России (с ее огромной территорией и специфическими климатическими условиями), необходимо создание автономного энергообеспечения путем применения альтернативных источников энергии. Богатые же страны энергетического голода пока не испытывают и проявляют интерес к альтернативной энергетике в основном по соображениям экологии, энергосбережения и диверсификации источников энергии.

Использование альтернативных видов энергии в мире приобрело ощутимые масштабы и устойчивую тенденцию к росту, однако по данным МАГАТЭ, доля всех видов альтернативной энергетики (солнца, ветра, приливных станций и т.д.) в мире составляет менее 3-5%.

По различным прогнозным оценкам, в которых в настоящее время нет недостатка, эта доля к 2015 гг. во многих государствах достигнет (или даже превзойдет) лишь 10%.

В России практическое применение альтернативных видов энергии значительно отстает от масштабов, достигнутых в других странах, несмотря на такие благоприятные предпосылки, как практически неограниченные ресурсы альтернативных видов энергии, достаточно высокий научно-технический и промышленный потенциал в данной области.

В целом, очевидно, что в России тормозом развития альтернативной энергетики и использования альтернативных видов энергии (как, впрочем, и многих других направлений), является как хронически неудовлетворительное состояние экономики, так и сокращение объемов финансирования в сфере альтернативной энергетики. Кроме того, что на пути исследователей, работающих в области данной проблемы, стоит мощное лобби олигархических корпораций, монополистов, продающих электроэнергию, нефть, газ, уголь и т.д. и, естественно, абсолютно не заинтересованных в ослаблении собственных позиций.

Литература

Каздым А.А. Экологические перспективы развития современной энергетики в России – постановка проблемы / /Альтернативная энергетика и экология. № 3 (71), 2009. С. 117-121