Развитие цивилизации неуклонно сопровождалось ростом производства и потребления энергии. Промышленное производство, сельское хозяйство, транспорт и логистика, все это требует энергии. В глобальной, долгосрочной перспективе единственное, что нужно человечеству для выживания, развития, а быть может, и экспансии в космосе – это энергия. Ведь даже воздух можно получить изо льда, которого в Солнечной системе достаточно, была бы возможность синтезировать кислород.
Но спустившись с небес на Землю, мы увидим, что веками люди пользовались ископаемыми источниками – нефтью, природным газом, углем, а с недавних пор и ядерным топливом. Все эти виды топлива загрязняют почву, воду и воздух, кроме того, они рано или поздно могут закончиться. Идея альтернативной энергетики проста: ветер, солнечный свет, океанские волны и тепло, которое таится в недрах планеты, бесплатны и по меркам человечества неисчерпаемы. А ведь есть еще биотопливо, водород и сжигание мусора, все это также снижает нагрузку на биосферу. Кроме того, «зеленая» энергетика именно потому так и называется, что она не вредит экологии, не отравляет нашу планету. Потенциал альтернативных источников огромен, он с легкостью покрывает все потребности человечества и сейчас, и в будущем.
Развитие экологически чистой энергетики сопровождается огромными трудностями. Что же идет не так? Почему мы до сих пор сжигаем нефть и газ, если умеем получать энергию практически из воздуха?
Мировой энергобаланс
Гигантские солнечные электростанции и ветряные фермы, научные достижения в области производства фотоэлементов и аккумуляторов, рост числа электромобилей и зарядных станций для них – новостями на подобные темы пестрят ленты новостных изданий. Так, в 8 мая 2016 года в Германии доля энергии, получаемая с помощью солнца, ветра, воды и растительной биомассы, составила 55 гигаватт — 87 % от всей потребляемой энергии. Ее стоимость ушла в «минус», то есть активным потребителям фактически доплачивали за использование тока, открыв «энергетический кредит». А по итогам 2015 года мировой рекорд установила Дания, получив от ветрогенераторов 42% энергии. В той же Германии в прошлом году доля «зеленой» энергии составила 32,5%.
Порой кажется, что до полного перехода на чистые виды энергии осталось совсем чуть-чуть, и через считанные месяцы мы проснемся в мире без чадящих труб, без смога над мегаполисами и без танкеров с мазутом и нефтью на борту. Но если уделить статистике немного внимания, картина складывается немного другая.
По данным международного энергетического агентства (МЭА), во всем мировом энергобалансе доля «чистой» энергетики составляет чуть более 22%. Причем большая ее часть – это мощности гидроэлектростанций (ГЭС), на них вырабатывается чуть больше 16% всей энергии в мире. Следует отметить, что ГЭС исторически вообще были первым типом электростанций, так что зеленая энергетика родилась прежде, чем люди запустили турбины на газе и мазуте. Впрочем, потенциал гидроэнергетики практически исчерпан, плотины и водохранилища построены везде, где это позволяет география, и рост производства тока на ГЭС маловероятен.
На атомных электростанциях (АЭС) производится чуть больше 10% мировой энергии. Вокруг ядерной энергетики создан негативный информационный ареол, но она является экологически одной из самых чистых. Было несколько крупных аварий, но при сжигании того же угля выбросы радиоактивных элементов, которые в нем содержатся, несоизмеримо больше. Не говоря о других вредных веществах, которые при сжигании традиционного топлива исчисляются сотнями тысяч тонн.
Около 5% энергии производится при сжигании нефти, чуть больше 22% – при сжигании природного газа. И, несмотря на все достижения прогресса, больше всего энергии, более 40%, производится при сжигании старого доброго угля.
Чуть больше 5% – это доля «чистой» электроэнергии на планете без учета ГЭС. Сюда входят солнечные, приливные, геотермальные, ветроэлектростанции, а также станции, где сжигается биотопливо и переработанный мусор.
Цена вопроса
На протяжении многих лет «зеленая» энергия обходилась очень дорого. Статистика отличается в разных странах, она зависит от природных условий, от удаленности от места производства до потребителя, от массовости технологий. Но в целом за десять-пятнадцать лет стоимость мегаватт-часа солнечной или ветряной электроэнергии снизилась с $250 до $80-110. При этом тот же показатель в традиционной энергетике составляет, в зависимости от региона, от $40 до $80-100. В настоящее время благодаря совершенствованию технологий стоимость солнечных батарей и ветряных турбин снизилась, но упала и цена на нефть и газ. Тем не менее, во многих странах, в том числе в Европе и Северной Америке, стоимость «грязной» и «чистой» энергии примерно сравнялись.
На эффективность «зеленых» технологий в экономическом плане влияет политика. Во многих странах действуют программы поддержки соответствующих технологий. Так, в США значительную часть стоимость солнечных панелей компенсирует государство. При этом есть возможность продавать энергию электрокомпании в момент ее пикового производства. Например, днем, когда владельцы дома на работе, а большинство бытовых приборов отключены. Подобные программы действуют во многих европейских странах. Следует отметить, что без государственной поддержки развитие альтернативной энергетики было бы невозможно.
Биотопливо – продукт переработки специально выращенных растений и водорослей. Хотя этот вид топлива сжигается, его производство частично компенсирует нефть и газ, которые могли бы быть добыты и использованы. Критики «зеленой» энергетики отмечают, что переориентация фермеров на производство биотоплива приводит к росту дефицита продовольствия на планете. С ростом производства этанола все больше земель сельхозназначения перестает использоваться для выращивания еды.
Экономически все ясно: люди будут использовать тот тип энергии, который обходится дешевле. Но если альтернативные источники во многих случаях уже не дороже традиционных, то почему же каждый свободный клочок земли еще не застроен солнечными панелями и ветряными турбинами? Ответ на этот вопрос заключается в самой природе «зеленой» энергии. Все дело в балансе производства и потребления.
– Производство оборудования для альтернативной энергетики, в частности, ветрогенераторов мультимегаваттного класса, в России нет. У нас просто не делают все необходимые кмпоненты. Для того чтобы индустрия встала на ноги, нужна мощная поддержка государства, – заявил представитель Российской ветроэнергетической ассоциации Сергей Брынцалов. – Необходима поддержка на период инвестирования в новые производства и освоения технологий. Но так когда-то было и с традиционной энергетикой.
Зеленые проблемы
Межгосударственные энергосистемы не похожи на телефон с аккумулятором. Энергию нельзя накопить, любая попытка хранения в промышленных масштабах повышает ее стоимость до заоблачных высот. Поэтому сколько в данный момент энергии генерируется, столько и должно потребляться. Если наступила жара и люди включили кондиционеры, если предприятия запустили новые цеха, если метрополитен добавил на линии поездов, электростанции должны немедленно увеличить производство. В случае, когда мощности не хватает, автоматика отключает потребителей. Именно такова природа каскадных блэкаутов: отключение районов и городов приводит к отключению турбин на электростанциях, и так по цепочке, до тех пор, пока система не стабилизируется. Или пока вся страна не погрузится во тьму. Восстановление работы энергосистемы после такого события требует долгих часов скоординированной работы.
Но природа не прислушивается к потребностям человека. Ветер может стихнуть в любой момент, а солнце могут закрыть тучи. И производство «зеленой» электроэнергии остановится. Дальше – известный сценарий с блэкаутом и разбалансом всей системы.
Та же Германия, ставящая рекорды производства «чистой» энергии, печально известна постоянными отключениями целых регионов. Дания, Испания, Португалия и Голландия подключены к общеевропейской энергосистеме и активно покупают энергию у соседей, если подводит погода. По оценкам экспертов, не более 10-12% генерирующих мощностей единой энергосистемы могут быть «зелеными», иначе сбои, аварии и отключения неизбежны. Большую долю солнечных и ветроэлетростанций в случае их отключения просто не смогут компенсировать турбины, работающие на газе и угле.
Переход на экологически чистые технологии не всегда означает уменьшение количества вредных выбросов. Так, рост количества электромобилей в мегаполисе увеличивает производственные мощности электростанций, работающих на традиционном топливе. Подсчитано, что полный переход на электромобили одного города увеличивает выбросы обслуживающих его станций в три раза. Газа, угля и нефти приходится жечь больше, чтобы электромобили могли зарядиться. Кроме того, производство аккумуляторов для электрокаров наносит вред природе, так как при этом применяются довольно “грязные” материалы и промышленные процессы.
Поводы для оптимизма
Несмотря на ряд проблем, которые сопровождают рост альтернативной энергетики, выводы экспертов однозначны: переход на энергию солнца и ветра неизбежен. Хотя бы потому, что традиционных ресурсов становится все меньше.
По оценкам British Petroleum, мировых запасов угля хватит еще лет на 100, газа – на 70-80, а нефти – на 40. Речь идет о доступных запасах, добыча которых является экономически эффективной. Конечно, обнаружение новых месторождений, добыча нефти и газа в Арктике могут сдвинуть конец эпохи углеводородов, но не надолго. Запасов топлива для атомных электростанций также хватит не более чем на полтора столетия. Это в случае, если не произойдет прорыва в области термоядерной энергетики. Если же ученым удастся построить термоядерный реактор, то доступного топлива хватит примерно на шесть тысяч лет.
Инженеры активно работают над решением проблемы хранения крупных запасов энергии. Один из проектов, спонсируемых фондом Билла Гейтса, предполагает строительство пары водохранилищ, расположенных на разном уровне. Когда солнечные батареи или ветрогенераторы производят слишком много энергии, вода из нижнего резервуара перекачивается в верхний, когда выработка падает, вода крутит турбину, как на обычной ГЭС.
Ежегодно совершается множество прорывов в области светочувствительных материалов и производства аккумуляторных батарей: добывать «чистую» энергию и хранить ее становится все дешевле, прогресс в этой области не останавливается.
Но самое главное – общественный запрос на «чистую» энергию растет, есть поддержка альтернативной энергетики и на экономическом, и на политическом уровне. «Зеленая» энергетика становится модной, и это надолго.
2016 г. Для газеты «Пражский телеграф».