Знание-сила. 2022. № 5

Зеленая энергетика - где мы будем послезавтра?

Материалы Главной темы готовились в феврале текущего года. За прошедшее время произошли быстрые изменения в энергетической сфере, прежде всего на рынке газа и нефти - обозначилась тенденция к росту цен на углеводороды. Серьезную роль играют чисто политические мотивы. В частности, Европейская комиссия представила в марте проект плана по ускоренному отказу от российских энергоносителей. Документ нацелен в первую очередь на снижение зависимости от российского газа (на две трети до конца 2022 года). Это еще более обостряет вопрос о необходимости перехода на альтернативные источники энергии. Важные решения будут приниматься правительствами и межправительственными организациями в ближайшие месяцы.
Поговорим о "зеленой энергетике". Человечество, несомненно, перейдет к ней. Если мы, жители Земли, этого не сделаем, рискуем вымереть. Вопрос, - в какие сроки человечество осуществит такой переход? И сколь согласованно? Ведь на земном шаре теснится 195 государств, отличающихся и по численности населения, и по территории, и по степени вклада в загрязнение земной атмосферы.
Пример быстрого снижения выбросов углекислого газа в атмосферу решили показать страны Европейского союза. Ставка была сделана на возобновляемые источники энергии - прежде всего, ветер и солнечный свет. Есть еще энергия воды, но далеко не везде можно построить гидроэлектростанции и приливные электростанции. По всей Европе стали подниматься громадные ветрогенераторы, появляться обширные поля с панелями солнечных батарей (отдельная тема для разговора - высокая стоимость, материало- и энергоемкость, значительный углеродный след производства, высокая стоимость обслуживания, чрезвычайно дорогая утилизация - обо всем этом не стоит забывать).
Ветряная электростанция мало загрязняет окружающую среду (правда, из-за ветряков гибнут птицы и летучие мыши) и не требует значительных эксплуатационных расходов, в то время как недостатками остаются высокая стоимость станций и непредсказуемость генерации, то есть зависимость от ветра. К 2050 году суммарная мощность ветряных электростанций в 20 раз превысит показатель 2010 года. Этот рост напрямую связан со снижением стоимости строительства ветряных электростанций, в том числе с укрупнением и удешевлением ветрогенераторов, а также вспомогательного электрооборудования. В настоящее время энергия ветра является второй возобновляемой технологией производства электроэнергии, уступая только гидроэнергетике.
Солнечная энергетика, прежде всего - гелиотермальная, связанная с нагреванием поверхности, поглощающей солнечные лучи, и соответствующим использованием тепла (фокусирование солнечного излучения на сосуде с водой или солью для последующего использования нагретой воды для отопления, горячего водоснабжения или в паровых электрогенераторах). Недостатки: зависимость от погоды и времени суток; сезонность в средних широтах и несовпадение периодов выработки энергии и потребности в энергии, приводящие к необходимости аккумуляции энергии. Помимо прочего, высокая стоимость конструкции, связанная с применением редких элементов (к примеру, индия и теллура).
Есть еще один вид солнечной энергетики - станции, применяющие фотоэлектрические элементы, которые напрямую преобразуют энергию солнца в электричество. Фотоэлектрические модули и массивы производят постоянный ток, который при необходимости преобразуют в переменный. Они могут применяться как локально, так и в виде мощных электростанций. Последние действуют, прежде всего, в США (12 станций, 9 из них в солнечной Калифорнии), а также в Объединенных Арабских Эмиратах, в Индии, Чили, Германии, Италии. Но стоимость таких электростанций достаточно высока. А зависимость от погоды не меньшая, чем у гелиотермальных.
Казалось - бодрый пример другим странам Европой был подан. "Милости просим следовать за нами". Реальность внесла свои коррективы. К началу 2020?х годов стало ясно, что планы по полному переходу на возобновляемые источники энергии, а значит по отказу от углеводородных источников энергии - угля, нефти, газа - были чересчур оптимистичными. Суммарной мощности, которую способны обеспечить ветряная и солнечная энергетика, оказалось недостаточно для замены обычных теплоэлектростанций, да еще в условиях параллельного отказа от атомных электростанций в связи с их потенциальной опасностью. Призрак острого энергетического кризиса замаячил над Европой, что вынуждены были признать и руководители ЕС.
После долгих обсуждений Европейская комиссия предложила несколько смягчить условия перехода к "зеленой энергетике" - включить газ и мирный атом в число "переходных" источников энергии. И этот переход не будет коротким: решение о строительстве новых теплоэлектростанций (ТЭС) на газе должно быть принято до 2030 года, а новых атомных электростанций - до 2045?го. Причем, новые ТЭС должны быть оборудованы системами улавливания выбросов.
Похоже, в обратную сторону решила двинуться Япония, объявившая некоторое время назад о намерении построить 22 огромные угольные ТЭС. Первая из них мощностью 1,3 гигаватт уже на подходе. Решение правительства Японии вынужденное - страна после трагедии Фукусимы отказывается от атомных электростанций, а восполнять исчезающие мощности жизненно необходимо.
О перспективах и сложностях перехода к "зеленой энергетике", о том, сколь можно отнести к ней современную атомную энергетику, о перспективах намного более чистой (по сравнению с атомной) термоядерной энергетики мы говорим в Главной теме настоящего номера.