На пути к ветру и солнцу
Кандидат химических наук Ольга Белоконева, корреспондент журнала «Наука и жизнь». Фото автора.
Нефть, газ, уголь, энергия атома, без сомнения, самые эффективные энергоресурсы. Беда в том, что их запасы ограничены, да и экологически они небезопасны. Поэтому многие крупные производства и целые государства мечтают стать независимыми от традиционных энергоресурсов и соответственно от энергетических монополистов, снизить риски от подъёма ими цен. Кроме того, внедрение новых технологий создаст новые рынки для инвесторов и дополнительные места для квалифицированных работников. Так что для любой индустриальной страны одним из главных экономических приоритетов становится развитие альтернативной энергетики. В России её сдерживают высокие затраты на создание новых установок и слишком дешёвая энергия, получаемая на ТЭЦ и АЭС, себестоимость которой в два-три раза ниже, чем в Западной Европе. Соответственно российские инвесторы не находят эту отрасль привлекательной. В 2008 году возобновляемые источники в нашей стране давали только 0,4% энергии. В планах правительства через 20 лет довести долю альтернативной энергетики в общем производстве энергии до трёх процентов, да и то, если у отрасли появится финансирование.
Однако в мире есть немало стран, где производство возобновляемой энергии уже поставлено на поток. В Европе первая из них — Германия. Решение о постепенном переходе на альтернативные источники энергии принято здесь на правительственном уровне ещё в 2000 году. Сегодня Германия занимает третье место в мире по расходам на развитие возобновляемой энергетики, уступая лишь Китаю и США. Только в 2008 году было выделено на совершенствование энергетических технологий почти 10 млрд евро и создано около 300 тысяч рабочих мест.
Огромные средства на развитие новых технологий удаётся заработать, внедряя эти же технологии. С 2005 года по Киотскому протоколу в Евросоюзе работает система выплат за снижение выброса парниковых газов. Большая доля выбросов связана с работой теплоэлектростанций (ТЭЦ), немалый вклад вносят нефтеперерабатывающие заводы, а также заводы по производству цемента, чугуна и стали. По данным на 2005 год, пять тысяч тепловых станций, работающих в развитых странах, выбрасывают 11 гигатонн парниковых газов в год. Из них на долю Германии приходится только 0,4 гигатонны.
Кроме того, страны-загрязнители, использующие устаревшие технологии, покупают квоты на выбросы у стран, внедряющих альтернативную энергетику. Деньги, вырученные Германией за продажу квот, идут на экологические программы, на развитие альтернативной энергетики и повышение эффективности производства и потребления. Согласно расчётам, только с помощью более рационального использования энергии в быту можно снизить её потребление в два с лишним раза.
Но прежде чем детальнее поговорить об успехах энергетической отрасли Германии, напомним, что подразумевается под альтернативными, или возобновляемыми, источниками энергии.
Во-первых, это гидроэлектростанции, которые производят около 23% возобновляемой энергии Германии. Во-вторых, ветроэнергетика (примерно 43%). Следует упомянуть также использование энергии Солнца с помощью фотоэлектрических преобразователей и солнечных коллекторов, получение биогаза и жидкого биотоплива из органических отходов и, наконец, геотермальную энергетику.
Сами по себе гидроэлектростанции, конечно, отнюдь не техническая новинка, но в Германии количество выработанной ими электроэнергии растёт не за счёт строительства новых станций, а только в результате модернизации старых.
А вот ветроэнергетика развивается ускоренными темпами и в Германии заняла прочные позиции благодаря дешевизне. В Европе себестоимость 1 кВт «ветряной» электроэнергии — 9 центов, всего в два раза дороже выработанной ТЭЦ (для сравнения: себестоимость «солнечной» энергии — 40 центов). По числу ветроэнергетических установок — более 20 000 — Германия опережает все страны мира. Никого уже не удивляют многочисленные гигантские сооружения (высота самого большого «ветряка» 138 м) с огромными «пропеллерами», стоящие по обе стороны автобанов. Стальные лопасти настолько велики, что их невозможно перевезти целиком. Ветродвигатель, соединённый с генератором электрического тока, вращается со скоростью 20—25 оборотов в минуту (см. «Наука и жизнь» № 3, 2004 г.). Общая мощность ветроэнергетических установок превысила 25 МВт. Главная германская компания по производству ветроустановок «Enecon» выпускает их около десятка в неделю, занимая четвёртое место в мире. Однако свой ресурс ветряная установка вырабатывает за двадцать лет.
Приобрести ветродвигатель, по крайней мере самый маленький, ценой около миллиона евро, в принципе, могут и частные лица. Но хозяин ветроустановки всю выработанную энергию обязан продать в общую электрическую сеть. И всё равно ставить ветроэнергетические установки в Германии выгодно: их владельцы получают различные субсидии и налоговые льготы.
Помимо ветроэнергетики в Германии активно развивается производство полупроводниковых фотоэлектрических преобразователей (Photovoltaic cells, PVC). Они весьма эффективно превращают солнечную энергию в электрическую, но имеют ряд недостатков: работают только днём, да и себестоимость выработанной ими энергии в 10 раз выше «тепловой». Тем не менее Германия — мировой лидер в производстве энергии с помощью фотоэлектрических преобразователей (около 4 ТВт в год). Сегодня КПД промышленных фотоэлектрических преобразователей составляет в среднем 16—18%, а лабораторных — около 40%. Так что потенциал для развития этой технологии огромен.
Собранную коллекторами (зеркалами и теплоизолированными ёмкостями) солнечную энергию можно использовать для непосредственного нагрева воды для бытовых нужд. В промышленности так получают перегретый пар, который вращает турбину с электрогенератором на оси. Такая паровая турбина вырабатывает и электроэнергию, и тепло для обогрева. Учитывая, что 60—70% всей потребляемой энергии в Германии идёт на обогрев жилищ, этому виду техники придают особое значение. Каждый год площадь солнечных коллекторов в Германии практически удваивается.
Энергию Солнца можно использовать и в глобальных масштабах. В 2003 году по инициативе германской ассоциации Римского клуба стартовал так называемый Desertic project, который планирует передачу «солнечной» электроэнергии из Сахары к берегам Средиземноморья (в Испании уже построен завод, потребляющий 5 МВт), а оттуда в Европу. В Китае подобные линии электропередач протяжённостью около 1420 км уже несут мощность 5 ГВт. Подсчитано, что пустыня Сахара могла бы генерировать до 450 ТВт электроэнергии в год. Проект подразумевает применение паровых турбин, но оставляет место и фотоэлектрическим преобразователям.
Сегодня в Германии почти 5% бензина — так называемое биотопливо первого поколения (биоэтанол и биодизель), то есть полученное путём ферментативной переработки отходов пищевой промышленности — растительного масла, сахара и крахмала.
Биотопливо второго поколения, или синтетическое топливо, тоже производят из твёрдой биомассы её прямым расщеплением (крекингом) сразу до жидкости. Путём последующей гидрогенизации из жидких продуктов крекинга получают различные углеводороды, аналогичные компонентам природной нефти. Выделяющийся при крекинге газ используют для нагрева реактора.
Немецкие бизнесмены заинтересованы в сотрудничестве в этой сфере с Россией, как поставщиком ресурсов для производства твёрдого биотоплива (сельскохозяйственных отходов и древесины). По оценкам специалистов, к 2030 году до 35% бензина Германия получит фактически из древесных опилок.
Ещё одна быстро развивающаяся отрасль — производство биогаза. Лаборатории, занимающиеся этими технологиями, субсидируют сами германские фермеры, те, кто больше всех нуждается в них. В биореактор загружают «продукты жизнедеятельности» обитателей ферм, смешанные с соломой подстилок, остатками корма (например, свёклой) вместе с культурой бактерий, которые за две с небольшим недели полностью расщепляют органическую массу, выделяя биогаз, на 45% состоящий из метана.
И, наконец, несколько слов о геотермальной энергии. Тепло земных недр впервые начали использовать в 1904 году в Италии. Оно служит для обогрева зданий и парников, а также для получения электроэнергии. Но, несмотря на долгую историю, тепловая энергия недр в мировой энергетике (за исключением Исландии) существенной роли не играет. В Германии, однако, о ней не забывают — в ближайшие годы на юге страны будут введены в строй несколько геотермальных электростанций. Финансирование этой отрасли тормозят высокие риски, по этой причине исследования в области геотермальной энергетики прекратили даже в Японии, опрометчиво сделав ставку на атомную энергетику.
Пока основу энергетики Германии всё же составляют традиционные энергоресурсы — газ, нефть, уголь. Правда, в самой Германии ни газа, ни нефти нет. Уголь она покупает в Польше и Китае, поскольку свои угольные шахты закрыла за нерентабельностью уже 20 лет назад. В прошлом году около 10% энергии в ФРГ производилось из возобновляемых источников. К 2020 году планировалось достичь 30%, за счёт этого к 2024 году — закрыть все атомные станции, а в 2040 году Германия собиралась оказаться от газа из трубопровода «Северный поток». Однако жизнь внесла свои коррективы.
В марте нынешнего года катастрофа на японской АЭС «Фукусима-1» вывела на улицы немецких городов сотни тысяч демонстрантов. Они требовали полностью остановить работу всех ядерных реакторов на территории ФРГ, хотя ни разрушительных землетрясений, ни цунами там не предвидится. Но повод для политических игроков оказался удачным, и, несмотря на грозящие трудности, правительство Ангелы Меркель пошло на риск, решив учесть их требования. Сейчас АЭС страны обеспечивают около 22% потребности в энергии. После событий в Японии из 17 атомных станций Германии летом 2011 года остались работающими только четыре. Восемь остановлены по указу правительства и больше не будут запущены, пять находятся на плановом ремонте. Правительству пришлось отменить закон о продлении сроков эксплуатации АЭС до 2035 года; новый план Министерства охраны окружающей среды предусматривает полную остановку шести электростанций в 2021 году и ещё трёх — в 2022-м.
Девять новых газовых станций, которые планируют ввести в эксплуатацию в ближайшее время, по мнению многих экспертов, вряд ли спасут Германию от грядущих блэкаутов. Посему страна делает повышенную ставку на увеличение доли альтернативной энергии, вводя новые льготы её производителям. Получается, что землетрясение в далёкой азиатской стране отзовётся бурным развитием новых энергетических технологий в Европе. Теперь, когда скорейшее применение возобновляемой энергии стало не просто планом на будущее, а вопросом выживания, процесс, без сомнения, пойдёт по нарастающей, и результаты этого прорыва не заставят себя ждать.
Читайте в любое время
