Перейдем ли мы на энергию солнца и ветра?

Получение электроэнергии с помощью ветраО развитии электростанций, работающих на биовозобновляемых источниках, говорится давно и много. Действительно, возможность получать энергию в буквальном смысле из воздуха не может не привлекать. Однако до сих пор доля этих установок в общей системе энергетики нашей страны неизмеримо мала. Сибирские ученые объяснили причины и предложили свои варианты решения этой проблемы.

С начала XX века потребление энергии растет стремительными темпами, и этот процесс все еще набирает обороты. Например, сегодня россияне используют порядка 25 электробытовых приборов в своей повседневной жизни, а японцы — уже около 100, и это число будет только увеличиваться. В то время как количество ресурсов, на которых держится мировая энергетика, сокращается. И уже сейчас встает вопрос, а хватит ли их нашим детям и внукам?  Пожалуй, самый привлекательный выход из этой ситуации — биовозобновляемые источники энергии (солнце, ветер, вода и.др.).

В этом месяце в Институте теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН прошла всероссийская конференция молодых ученых «Новые нетрадиционные и возобновляемые источники энергии», приуроченная к Первому международному форуму «Возобновляемая энергетика: пути повышения энергетической и экономической эффективности», который состоится в Москве 22-23 октября под председательством президента РАН академика Владимира Евгеньевича Фортова. По словам директора Института теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН Сергея Владимировича Алексеенко, в законе «Об энергосбережении» правительство поставило довольно сложную задачу: в 10 раз увеличить производство электрической энергии из возобновляемых источников к 2020 году. При нынешнем развитии отрасли выполнить ее практически невозможно. В частности, сейчас наблюдается кризис  в солнечной энергетике – например, в Новочебоксарске должен был быть построен завод по производству фотоэлементов, но из-за невостребованности продукции этот проект заморожен.

Полгода назад был создан Научный совет РАН по нетрадиционным возобновляемым источникам энергии, одна из первейших задач которого: собрать конгресс и посмотреть, каким потенциалом обладает наша страна в этой отрасли.

Русская ментальность, экономика Евросоюза и другие факторы, мешающие развитию нетрадиционной энергетики в нашей стране

По подсчетам ученых, общий потенциал возобновляемых источников энергии составляет порядка 4,6 миллиардов тонн условного топлива (самые большие перспективы – у солнца и ветра). Сейчас он используется всего лишь на 2%.

«Около 100 миллионов тонн условного топлива Россия может экономить благодаря нетрадиционным возобновляемым источникам. Это практически треть того, что сегодня затрачивается на энергетику, и 10% — от всего используемого топлива, — рассказывает заместитель директора Института систем энергетики им. Л.А. Мелентьева СО РАН Валерий Алексеевич Стенников. По его словам, в мире ставится задача: к концу 21 века получать из возобновляемых источников 85% всей производимой  электроэнергии. Для сравнения: на сегодняшний день доля ее в нашей стране — менее 1%.

Работы по получению биотоплива ведутся в Институте катализа им. Г.К.Борескова СО РАНЧто же мешает развитию нетрадиционной энергетики в России? Валерий Алексеевич выделил несколько проблем. Первая из них заключается в нашей ментальности — мы (в том числе и чиновники, принимающие важные для этой отрасли решения) больше доверяем крупной централизованной энергетике, а маленькие установки нам кажутся не столь надежными и эффективными. К тому же, россиянам, как жителям богатой природными ресурсами страны, не так страшна мысль об исчерпаемости традиционного топлива, тогда как, например, в европейских странах этот вопрос стоит более остро. Вторая проблема — техническая:  непостоянство солнца и ветра усложняет их использование, поэтому необходим дополнительный базовый источник энергии, который существенно удорожает всю систему. Также огромных затрат потребует переоборудование зданий, ведь при строительстве они не были рассчитаны на солнечные и ветроустановки. Третья причина — неорганизованная сфера сервиса и услуг, которая не позволяет обеспечить востребованный рынок оборудования. И наконец, самая серьезная проблема, которая уже маячит на горизонте  — это сжатие внешних рынков газа. «Фактически Евросоюз уже официально объявил о том, что к 2050 году он не будет потреблять газ, производимый Россией. Это приведет к тому, что мы направим это дешевое топливо на собственных потребителей, что намного оттеснит возобновляемые источники энергии», — утверждает Валерий Алексеевич.

Еще одну трудность выделил доктор технических наук из Уральского федерального университета Сергей  Евгеньевич Щеклеин. «Энергия от возобновляемых источников очень рассеянная, и плотность ее на одну единицу поверхности довольно мала. Чтобы оборудование было эффективным, оно должно иметь большую материалоемкость, для получения которой, в свою очередь, тоже нужно затратить много энергии. Таким образом, встает следующая проблема: произведут ли эти установки столько энергии, сколько ушло на их создание?»,— ставит вопрос он. Для сравнения: выработка «продукта» традиционных электростанций  превышает количество затраченного на них ресурса в  4 -11 раз.

Помогут информационные технологии и государство

Решить эти проблемы без государственного вмешательства, как считают ученые, практически невозможно. По их мнению, необходим закон, направленный на финансовую поддержку альтернативной энергетики. Нужно организовать розничный городской рынок электроэнергии (сегодня мы практически лишены выбора, так как, зачастую, не можем не пользоваться  услугами централизованных электросетей), провести ряд кампаний по мотивации потребителей, привлечь поток инвестиций, в том числе — государственные субсидии. При нынешней ситуации, например, в ветроэнергетике, предприниматели, готовые заниматься этой отраслью, способны взять на себя не более 30% финансирования.

С другой стороны, нужно сосредоточить усилия на интеллектуализации энергетического комплекса. Современное развитие технологий позволяет создавать так называемые распределенные источники, способные преобразовывать различные виды энергии в электрическую (например, объединить ветровую, паро-газовую и газо-турбинную установки) и на выходе выдавать и электроэнергию, и тепло. Более того, по тому же принципу можно выстраивать целые сети, в которых будет сочетаться крупный централизованный топливный источник, возобновляемый распределенный и индивидуальные установки в каждом доме.
Солнечные батареи
Возможно, для жителей крупных городов эта информация будет неожиданной, но, оказывается, более 50% площади нашего государства не имеет централизованного электроснабжения и, в основном, обеспечивается за счет дизельных электростанций, эксплуатация которых отличается дороговизной. Это уже позволяет  небольшим установкам на основе биовозобновляемых источников составить им серьезную конкуренцию, а если будет введен экологический налог на выбросы, то нетрадиционная энергетика окажется существенно дешевле.

Другая тенденция, которая, вероятно, поспособствует развитию отрасли — цены на топливную электроэнергию сегодня неуклонно растут. «Это связано с тем, что старые месторождения постепенно исчерпываются, а новые находят в труднодоступных местах — например, в Мексиканском заливе на глубине в несколько километров или на Ямале под вечной мерзлотой», — рассказывает Сергей Евгеньевич Щеклеин. Возможно, не за горами тот день, когда биовозобновляемые и традиционные источники сравняются по цене.

Также, по мнению ученого,  конкурентоспособности интеграционных  (сочетающих в себе традиционные и возобновляемых источников) установок поможет их пригодность к регенерации. Для примера: сначала оборудование использует энергию органического топлива, а затем начинает брать ее от солнца. На его перестройку уйдет не более 5-10% энергетических затрат. Таким образом, в долгосрочной перспективе такие установки оказываются более экономичными, чем традиционные.

Отдельно стоит сказать о том, что биовозобновляемые источники энергии являются наиболее безопасными для экологии из всех возможных. Ведь углекислый газ, который выходит при термической реакции во время сжигания топлива, накапливается в атмосфере, и однажды мы можем нажать на «спусковой механизм», который приведет к его выходу. Хотя не все в наших руках. «Природа часто преподносит сюрпризы, и извержение одного вулкана в течение месяца может привести к выбросу углекислого газа, который будет превышать тот, который вырабатывала вся наша промышленность  в течение нескольких лет», — рассказывает Сергей Евгеньевич Щеклеин.

На сегодняшний день прогнозы развития биовозобновляемой энергетики таковы: в местах, куда проведены электричество и дешевый газ, конкурировать ей будет достаточно сложно; там, где нет газа — уже есть возможность предоставить альтернативу. А вот отдаленные труднодоступные территории, где отсутствует и то, и другое (например, многие районы Севера)  — самая благоприятная зона для внедрения небольших установок на непривычном «топливе». По мнению Валерия Алексеевича Стенникова, прежде всего, стоит обратить внимание на Дальний Восток (Камчатка, Курилы и др.) — там расположено больше  60-70% потенциала возобновляемых источников: и ветра, и термальные воды, и малые реки, и древесина.  

Впрочем, и на благоустроенных территориях нетрадиционные электростанции могут взять на себя часть нагрузки. Например, в Новосибирском государственном техническом университете разработана микрогэс для водосброса НФС-5 МУП «Горводоканал». Если установка будет создана, в перспективе она может стать альтернативным источником энергии для поселка Заречный с практически бесплатным топливом.

Таким образом, эта отрасль только начинает свое развитие в нашей стране. То, что из этого получится, во многом зависит от ученых. «Возобновляемые источники являются наиболее наукоемкой частью энергетики. Здесь всегда нужны свежие идеи, поэтому у нас большая надежда на молодежь», — заявил директор ИТ СО РАН Сергей Владимирович Алексеенко.

Диана Хомякова

Фото: 1 - Д. Хомякова, 2 - Ю. Позднякова, 3 - Anna Regelsberger (wikidedia.org, свободные условия использования)