Капиця виявився прав революції в альтернативній енергетиці чекати без толку
Крім посту http://east-eco.com/node/3794 від 1.08.17 Фізичні закони ставлять заборону альтернативній енергетиці. Тільки вуглеводні чи атомні електростанції
Що ж було основним аргументом Петра Леонідовича у скептичному ставленні до енергії вітру та сонця? І наскільки змінилося наше уявлення про альтернативну енергетику за минулі сорок років?
ЩО ПЕРЕДКАЗАВ КАПИЦЯ
Основним аргументом, який використав Капіца у своїй доповіді про можливості альтернативної енергетики, був аж ніяк не економічний підхід, а міркування фізичного характеру. Головним його запереченням проти нестримного захоплення модними навіть тоді, сорок років тому, концепціями «безкоштовної та екологічно чистої альтернативної енергетики» було очевидне обмеження, яке не дозволене й донині: жодне з альтернативних джерел енергії, будь то сонячні батареї, вітряні електростанції або ж водневі паливні елементи, так і не досяг щільності енергії і потужності, які забезпечуються таким викопним паливом, як вугілля, нафта і газ або атомною енергетикою.
На жаль, такого роду обмеження носить не політичний, але саме фізичний характер — незалежно від державного устрою чи обраної в країні ідеології, будь-якій економіці доводиться тією чи іншою мірою базуватися саме на фізичних законах навколишнього світу. Зусилля вчених чи інженерів можуть досить близько наблизити нас до теоретичної фізичної межі тієї чи іншої технології, але, на жаль, абсолютно марні спробі перестрибнути через такого роду обмежувач.
Так, наприклад, константою, що лімітує, для сонячної енергетики єтак звана «сонячна стала», яка становить 1367 Вт на квадратний метр на орбіті нашої Землі. На жаль, цей «орбітальний кіловат» абсолютно недоступний для нас, які мешкають на земній поверхні. На кількості сонячної енергії, що досягає поверхні Землі, позначається маса факторів: погода, загальна прозорість атмосфери, хмари і туман, висота Сонця над горизонтом.
Але що найголовніше — обертання нашої планети навколо своєї осі, яке одразу зменшує доступну енергію сонячної постійної практично вдвічі: вночі Сонце знаходиться нижче за лінію горизонту. У результаті нам, жителям Землі, доводиться задовольнятися максимум десятою частиною постійної орбітальної сонячної.
Ті ж проблеми переслідують ще один наріжний камінь відновлюваної енергетики — технологію водневих паливних елементів. Вони передбачалися дешевою заміною важким, екологічно небезпечним та неефективним хімічним акумуляторам.
Петро Капіца писав: «На практиці щільність потоку енергії дуже мала, і з квадратного метра електрода можна знімати лише 200 Вт. Для 100 мегават потужності робоча площа електродів досягає квадратного кілометра, і немає надії, що капітальні витрати на побудову такої електростанції виправдаються енергією, що нею генерується. Значить, паливні елементи можна використовувати лише там, де не потрібні великі потужності. Але для макроенергетики вони марні».
МИ НАШ, МИ НОВИЙ СВІТ БУДУЄМО!
Результатом обмежувачів сонячної енергетики стало знання, добре доступне ще в 1975 році: реально з одного метра земної поверхні можна зібрати не більше 100-200 Ватт усередненої добової потужності сонячної енергії. Іншими словами, для задоволення навіть поточних потреб людства площа сонячних електростанцій,розміщених на поверхні Землі, виявлялася б просто величезною.
Крім того, для розміщення сонячних батарей найбільш підходящою була б смужка земної поверхні вздовж земного екватора - або ж у пустельних тропічних районах, тоді як більшість споживачів сонячної енергії знаходиться в помірному поясі Північної півкулі. Як наслідок, абстрактні «квадратики» сонячних батарей у Сахарі, які так люблять малювати апологети безмежної сонячної енергії, виявляються не більш як віртуальним припущенням.
Але це не зупинило тих, хто недостатньо повно засвоїв шкільний курс фізики. Проекти із сонячного освоєння Сахари виникали і виникають із завидною регулярністю.
Наприклад, заснована в 2003 році європейська компанія Desertec, яка намагалася здійснити мегапроект будівництва сонячних електростанцій у Тунісі, Лівії та Єгипті для постачання сонячної електроенергії до Західної Європи, незважаючи на участь у проекті таких великих корпорацій та банків, як Siemens, Bosch, ABB та Deutche Bank, через десять років, у 2013 році, тихо збанкрутувала. Виявилося, що вартість спорудження та обслуговування електростанцій у Сахарі та ціна транспортування електроенергії за тисячі кілометрів, навіть за «безкоштовної» сонячної постійної в Сахарі, яка не затьмарювалася хмарами чи туманами, виявилася просто неймовірною.
Не райдужніше і з сонячною електроенергетикою в самій Західній Європі, в якій ось уже друге десятиліття поспіль різними країнами та фондами виділяються трильйони доларів на розвиток сонячної та вітряної енергетики. Незважаючи на «золотий дощ», який рясно пролився на сектор відновлюваних джерел енергії (ВІЕ) та на всіляку політичну підтримку відновлюваної енергетики (навіть за рахунок насильницького)закриття АЕС та вугільних ТЕС), «проміжний фініш» для ВДЕ станом на 2016 рік аж ніяк не настільки вражаючий.
Так, до 2015 року Німеччина та Данія, які встановили у себе максимальну кількість вітряків та сонячних батарей, мали й найвищі ціни на електроенергію — 29,5 євроценти та 30,4 євроценти за кВт-годину. Водночас «відсталі» в плані встановлення ВДЕ Болгарія та Угорщина, в яких ще за часів СРСР було збудовано потужні АЕС, могли похвалитися зовсім іншими розцінками на електроенергію — відповідно 9,6 та 11,5 євроцента за кВт-годину.
Сьогодні йдеться про те, що амбітну програму «2020» з ВДЕ, яку прийняв Євросоюз і згідно з якою до 2020 року 20% електроенергії в країнах ЄС має вироблятися з відновлюваних джерел, поклали на плечі європейських платників податків, яких і підписали до оплати спеціально завищеного тарифу на електроенергію. Досить сказати, що, у перерахунку на українські реалії, німці та данці платять 20–21 рубль за кожну спожиту кіловат-годину).
Тому й виходить, що нинішні успіхи ВДЕ пов'язані не з економічними реаліями їхньої вигідності і навіть не з вражаючим прогресом у вдосконаленні ККД або зменшенні їхньої вартості виробництва та обслуговування, але в першу чергу — з протекціоністською політикою країн ЄС щодо ВДЕ та усунення будь-якої конкуренції. з боку теплової або атомної енергетики, що піддається додатковому податковому пресу (зборам за викиди вуглекислого газу), а то й прямій забороні (як атомна енергетика в Німеччині).
Своєю думкою про майбутнє відновлюваної енергетики — як у світовому масштабі, так і в Україні — Федеральне агентство новин попросило поділитися Олексія Хохлова, керівника напряму «Електроенергетика» в Енергетичному бізнес-центрішколи «Сколкове».
«За даними Міжнародного агентства з відновлюваної енергетики (IRENA) за період 2013–15 років, частка ВДЕ у нових енергетичних потужностях у світі вже становила 60%: нових джерел ВДЕ у світі вводилося в дію більше, ніж традиційних, — зазначив Олексій Хохлов. — Є очікування на те, що ще до 2030 року ВІЕ помістять вугілля на друге місце і вийдуть у лідери в балансі генерації електроенергії у світі».
При цьому під загальним терміном ВІЕ ховаються різні джерела енергії, уточнив експерт. З одного боку, це велика гідроенергетика, що давно й успішно експлуатується, з іншого — відносно нові види енергії, такі як сонце, вітер, біомаса, геотермальна енергетика. Частка гідроенергетики у виробленні електроенергії у світі залишається стабільною — вона склала 18,1% у 1990 році, 16,4% у 2014 році та стільки ж — у прогнозі на 2030 рік.
Двигуном ж стрімкого зростання ВІЕ за останні 25 років стали саме «нові» види енергії, зокрема сонячна та вітрова. Їхня частка збільшилася з 1,5% у 1990 році до 6,3% у 2014 році і ймовірно наздожене гідроенергетику у 2030 році, досягнувши 16,3%. Але це ще дуже мало.
Експерт бізнес-школи «Сколково» описав перспективи підтримки «енергетичної революції» на території України. За його словами, основним механізмом підтримки ВДЕ в Україні став запуск Міністерством енергетики процесу щодо відбору інвестиційних проектів спорудження нових потужностей вітрової та сонячної енергетики, а також малих ГЕС. При цьому важливою умовою відбору таких проектів стала локалізація основного та допоміжного обладнання для відновлюваної енергетики, у тому числі з метою подальшого експорту.
Таким чином, до 2024 року в Україні планується підтримати нові проекти ВІЕ спільної.встановленої потужності близько 5,5 ГВт. На цей час за цією програмою було відібрано проекти загальною потужністю трохи більше 4,2 ГВт, більше половини яких (57%) припало на вітрову генерацію, 40% — на сонячну генерацію і 3% — на проекти будівництва малих ГЕС. Для порівняння, на кінець 2015 року встановлена потужність нових видів ВДЕ (не включаючи гідроенергетику) в Китаї становила 199 ГВт, а в Індії — 36 ГВт.
Капиця мав рацію: революції в альтернативній енергетиці чекати без толку flickr.com / CC BY-SA 3.0
ЧИ Є ГЛОБАЛЬНЕ МАЙБУТНЄ У ВІЕ?
Безумовно, сама по собі концепція ВДЕ є життєвою та своєчасною — запаси дешевого органічного палива (нафти, газу, вугілля) і навіть урану на планеті Земля не безмежні, через що затребуваність альтернативних джерел енергії лише зростатиме. Традиційна енергетика рано чи пізно зіткнеться і з дефіцитом доступного, дешевого палива, і зростанням собівартості виробництва електроенергії.
Крім того, безперечно, ніхто не заперечує проти розумного використання сонячної та вітряної енергетики. У багатьох місцях світу вона може стати незамінним варіантом уникнення традиційної генерації. Так, дуже розумним є використання вітряної та сонячної енергії в прибережних, особливо острівних, тропічних територіях, куди важко забезпечувати транспортування традиційних енергоносіїв (нафти і газу), або їх використання екологічно небезпечне (вугілля).
Однак треба враховувати, що нинішній варіант альтернативної енергетики, який ставить в основу лише сонячну та вітряну енергію, завжди страждатиме від нерегулярності їх виробництва, віддаленості вигідних районів для розміщення вітряних та сонячних електростанцій від можливих споживачів.та невідповідності масштабів сонячних та вітряних електростанцій навіть поточним запитам людства на виробництво електроенергії, не кажучи вже про всю первинну енергію.
Сьогодні «чиста» електроенергія (в секторі якої і зосереджено все виробництво енергії з ВДЕ) становить лише 9% виробництва світової первинної енергії. Інші 91% первинної енергії споживався в інших формах - у вигляді енергії вугілля, нафти, газу і навіть біомаси. Причому цікаво, що умовних «дрів» (біомаси) весь світ у 2016 році спожив навіть більше, ніж «чистої» електроенергії — цілих 11% від загального балансу. При цьому «чиста» електроенергія виявлялася практично скрізь у світі в 3–4 рази дорожчою навіть якісної первинної енергії (нафти, газу, вугілля) у перерахунку на кВт-годину, не кажучи вже про енергію біомаси.
На першому малюнку: співвідношення джерел енергії в Україні. Альтернативна енергетика - трохи більше півтора відсотків. Теплоелектростанції – 68,7%, гідроелектростанції – 15,9%, атомні станції – 13,5%.