http://www.ng.ru/energy/2010-10-12/9_alternative.html
Первая волна кризиса поставила под вопрос рентабельность многих проектов в области альтернативной энергетики и саму возможность поддерживать «зеленые» технологии. Европа замедлила внедрение альтернативы: сворачиваются дотационные программы, продлеваются сроки эксплуатации АЭС. На прошедшем недавно в Германии Форуме энергий будущего открыто заговорили об экодиктатуре. Становится очевидным, что нетрадиционные источники, занимающие в мировой энергетике менее 10%, имеют нишевый характер и не способны решить глобальные задачи, а их дальнейшее продвижение возможно только в условиях непрерывной финансовой подпитки.
Первый элемент
Чаще всего ставка на альтернативную энергетику – это либо бессмысленная попытка обмануть природу, либо вполне осмысленная попытка обмануть других людей. Проповедники «альтернативы» и их сторонники забывают, что закон сохранения энергии не делает скидок. Для него нет разницы между более и менее экологичными источниками.
Если мы хотим получить водород из природного газа, то часть энергии будет потеряна. И экологические выгоды не оправдывают затраченных усилий. Хотя бы потому, что метан сам по себе является весьма чистым источником энергии. Впрочем, отмахиваться от перспективных технологий, уповая на неисчерпаемость углеводородного топлива в земных недрах, нельзя. Но необходимо отдавать себе отчет в том, что многие альтернативные источники являются нишевыми и принципиально не рассчитаны на решение глобальных энергетических задач.
Опять же показателен пример водородной энергетики. Ключевым элементом связанных с ней концепций являются энергетические установки на топливных элементах, в которых химическая энергия преобразуется непосредственно в электрическую. Еще 30 лет назад академик Петр Капица заметил, что для получения 100 МВт мощности рабочая площадь электродов такой установки должна составить около квадратного километра. Ни в какие разумные сроки генерируемая энергия не оправдала бы капитальных затрат. Но ставка, сделанная на первый элемент периодической системы, сыграла. Хотя и в несколько иной области – в малой энергетике.
В нашей стране данным направлением занимается корпоративный сектор экономики, стремящийся обеспечить энергобезопасность своих предприятий. Все-таки система централизованного энергоснабжения страны в настоящее время переживает кризис. В 2009 году «Газпром» совместно с РФЯЦ-ВНИИЭФ завершили создание экспериментального образца автономной установки мощностью 3,5 кВт. КПД энергоустановки по электричеству составил 24% (более чем в пять раз выше, чем у находящихся в эксплуатации на данный момент). Планируется, что производство может начаться на собственных мощностях ДОАО «Электрогаз» и РФЯЦ-ВНИИЭФ в масштабах 30–50 установок в год.
Дополнительная ценность разработки заключается в возможности ее практического использования в перспективе в других областях промышленности. В частности, как альтернатива электролизерам для получения из природного газа сверхчистого водорода, конкурентоспособного по цене.
Солнце
С солнечной энергетикой сталкивался практически каждый житель нашей страны. Во всяком случае, тот, у кого есть летний душ с непременным атрибутом – черной бочкой для скорого нагрева воды. Но нас, конечно же, интересует перспективность получения электричества. Выгоды очевидны: источник возобновляем, преобразование происходит без выбросов вредных веществ в атмосферу. На этом плюсы заканчиваются и начинаются минусы. Заявленный КПД наиболее распространенных солнечных батарей находится в диапазоне 10–25%, и этот уровень не менялся последние лет 30. У некоторых разработок, правда, этот показатель достигает 50% и выше. Таковы, к примеру, изделия Научного центра прикладных исследований в Дубне и Стэнфордского университета в США. Но высокий коэффициент полезного действия связан с некими идеальными условиями, которые недостижимы при повседневной эксплуатации, а используемые материалы зачастую делают производство нерентабельным.
Кстати, про идеальные условия. Мы с вами живем в стране с весьма суровым климатом. Число ясных дней, к примеру, в Москве едва дотягивает до сотни. То есть девять месяцев в году у нас пасмурно и облачно. И совершенно непригодно для солнечных батарей. Добавим сюда смену дня и ночи – получим изменение плотности потока энергии, поступающего на батарею в течение суток, и падение производительности.
Далее встает вопрос площадей. Для сравнения возьмем вполне стандартную и довольно старую Калининскую АЭС (начало эксплуатации – в 1984 году). Станция занимает примерно 3 кв. км и производит 3 ГВт энергии. Допустим, что с одного квадратного метра солнечной батареи можно получить около 100 Вт мощности, это означает, что для 3ГВт необходимо занять площадь, равную 30 кв. км. И это минимум. Нельзя забывать и о том, что солнечные батареи необходимо чистить, соответственно потребуются технические переходы, некая инфраструктура и т.п. Кстати, весь свет, который поглотят солнечные батареи, – это энергия, недополученная растениями, то есть, строя мощную солнечную электростанцию, мы выведем значительные площади из процесса фотосинтеза.
А ведь мы даже не коснулись вопроса утилизации солнечных батарей и стоимости вырабатываемой энергии. Показательно, что власти Испании, Франции и Германии (куда как более солнечных, чем Россия, стран) на фоне финансового кризиса признали, что солнечная энергия – самая дорогая среди возобновляемых источников. В этих государствах уже начат процесс снижения дотаций производителям фотоэлектрических модулей и операторам солнечных установок, а также планируется сократить им налоговые льготы при подключении к сетям. Фактически можно говорить о том, что Европа наконец наигралась с непомерно дорогой солнечной игрушкой.
Ветер
На сегодняшний день безоговорочным лидером по использованию энергии ветра для производства электричества является Европейский союз – около 70 ГВт (по состоянию на 2009 год). Всего за девять лет суммарная мощность ветряков выросла в пять раз. Среди прочих стран выделяются Германия и Испания. Ветряки – циклопические сооружения высотой более 50 м, с лопастями 30–60 м и весом, исчисляющимся десятками тонн. Являясь весьма существенным подспорьем европейской энергетике, они обладают рядом серьезных недостатков. Во-первых, это стоимость. К примеру, в Литве предполагается построить парк ветряков на 55 МВт, затратив около 400 млн. литов, то есть 7,3 млн. за МВт. Для сравнения: «Газпром» планирует увеличить мощность Каунасской теплофикационной электростанции на 350 МВт, на что будет потрачено примерно 1 млрд. литов – 2,9 млн. за МВт. В 2,5 раза дешевле. Разумеется, КТЭ будет потреблять газ, который стоит денег, а ветряки преобразуют бесплатную энергию ветра.
Но тут мы переходим ко второму минусу – ветер дует непостоянно и с разной скоростью. Соответственно в какие-то моменты энергии будет избыточное количество – потребуется аккумулировать, а в какие-то – будет ощущаться недостаток, который придется восполнять за счет традиционных источников. Если от традиционных источников все равно не уйти, то стоит ли игра свеч?
Постепенно набирает обороты проблема утилизации лопастей. Планируется, что к 2020 году количество ветряков вырастет на порядок по сравнению с 2001 годом. Пока непонятно, куда девать такое количество материала после того, как закончится срок эксплуатации. Ведь лопасти изготавливаются из легких композитных материалов, в которых металл занимает около 70%, а 30% – органика. По действующим в Германии правилам выбрасывать такие изделия на свалку нельзя. Их необходимо либо сжигать, либо перерабатывать. Процесс переработки слишком затратный, а сжигание сопряжено с массой технических проблем. Вполне вероятно, что потребуется построить специальные утилизационные мощности, что, в свою очередь, повлияет на затраты в ходе полного производственного цикла.
И снова – проблема площадей. Хотя считается, что установка ветряков не выводит земли из сельхозобращения, но с трудом можно представить себе удовольствие от работы рядом с многометровыми вращающимися лопастями. Не понимающие своего счастья немцы и французы даже устраивают акции протеста против строительства ветряков.
Все больше ветряных электростанций возводится в море, хотя на сегодняшний день их доля составляет менее 5%. А так как передавать электрический ток конечному потребителю по воздуху человечество пока не научилось, требуется возводить ЛЭП. И невольно закрадывается подозрение, что Европе куда проще и дешевле было бы построить несколько дополнительных газовых и атомных электростанций, чтобы решить свои энергетические и экологические проблемы.
Биоресурсы
На фоне развивающегося продовольственного кризиса все больший скепсис вызывает производство энергоносителей из сельхозкультур (рапса, кукурузы, сахарного тростника и т.п.). Для России в силу климата, а значит, и урожайности большинства биотопливных культур этот вид энергоносителя неприемлем вдвойне. Ведь придется выводить наиболее плодородные земли. Опять же нефть, газ и атом дают энергию непрерывно, а урожай у нас собирается один раз в год. Более непродуктивного расходования ресурсов трудно представить. Второго кукурузного эксперимента мы уже не выдержим.
Но выгоды, которые дает способность получать топливо из света, углекислоты и воды, не дают ученым покоя. Недавно было объявлено, что в США создается специальный институт по изучению фотосинтеза, задачей которого будет разработать эффективный способ получения биотоплива. Ученые делают ставку на бактерии и водоросли, которые могут производить требуемый продукт быстро и непрерывно. Так что окончательно сбрасывать со счетов идею создания дешевого и доступного биотоплива нельзя.
Непосредственно связанным с этой отраслью является биогаз, получаемый из отходов жизнедеятельности городов. Обогащенный биогаз (биометан) был предметом эксперимента, проведенного в Нидерландах. Там было оборудовано пять специальных свалок, а собираемый газ поставлялся в сеть конечным потребителям. К сожалению, после того как государство прекратило дотировать проект, потребители от «зеленого» газа отказались – цена конечного продукта вышла в три-четыре раза дороже конечной цены природного газа, который поставляет в Европу «Газпром». Затратив традиционный газ для сбора и обогащения продукта, нельзя ожидать, что результат будет хотя бы сопоставим по цене с обычным метаном. По сути, проведенный голландцами эксперимент может быть интересен только для тех областей, где дорого прокладывать обычный газопровод или строить терминал СПГ, так как конечная цена топлива там достаточно высока.
Возможно, что после соответствующих исследований установки по сбору биогаза будут использоваться в тандеме со специальными бактериями, производящими метан, что позволит снизить себестоимость продукта. Но пока просвета в этой области не видно.