Владимир Сидорович - Мировая энергетическая революция. Как возобновляемые источники энергии изменят наш мир

Очевидно, что стремительный рост солнечной энергетики является угрозой сырьевой власти, которая может сопротивляться дальнейшему распространению чистой энергии. Однако мы практически уверены в тщетности попыток отката назад, и «сырьевым монстрам» вряд ли удастся задушить солнечную энергетику в колыбели. Она уже подросла и широко проникла в экономику десятков стран и жизнь десятков миллионов людей, превратилась в мощную наукоемкую отрасль глобальной экономики. Количество занятых в ней превысило 2,2 млн человек, в том числе 1,58 млн в Китае, более 100 000 в Индии и США, около 60 000 в Германии [72] Renewables 2014 Global Status Report, p. 63. .

Энергообеспечение (не только электричеством) земного шара исключительно с помощью солнца – не утопия. И не исключено, что еще в нынешнем столетии человек придет к созданию энергетической системы, где солнце будет выступать абсолютно доминирующим источником энергии, если только не появятся иные, более рациональные способы генерации. Для такого глобального солнечного энергообеспечения потребуется площадь фотоэлектрических модулей, сопоставимая с размерами Испании [73] http://landartgenerator.org/blagi/archives/127 . Вроде бы много, но это только в том случае, если размещать их в одном месте. Солнце ведь светит круглосуточно, в разное время освещая территории на разной долготе. Возобновляемые источники энергии являются распределенными и доступны в разной степени во всех уголках земного шара. Зачем эксплуатировать их централизованно? Поэтому опоясывающие земной шар и связанные между собой «умными сетями» солнечные электростанции вполне могли бы обеспечить все человечество чистой энергией.

Вернувшись из области футурологии к нашим прогнозам, отметим, что дальнейшее развитие солнечной энергетики будет во многом зависеть от энергетической эффективности солнечных модулей, темпов удешевления оборудования, а также, в меньшей степени, развития аккумуляторных технологий, о которых будет рассказано в главе «Нестабильность ВИЭ и системы хранения энергии». В то же время на основе текущих трендов и имеющихся прогнозов можно с высокой долей уверенности заявить, что солнечная энергетика в течение двух – четырех десятилетий превратится в главный генератор – основного производителя электричества для планеты, существенно сократив сферу применения углеводородов.

Ветер является главным возобновляемым источником электрической энергии на сегодняшний день (без учета гидроэнергетики). Установленная мощность ветряных электростанций в мире составила в конце 2013 г. 318 ГВт. К июню 2014 г. она выросла до 336 [74] The World Wind Energy Association (2014), 2014 Half-year Report, WWEA. p. 1–8. , а к концу года – до 370 ГВт [75] http://cleantechnica.com/2015/02/10/global-wind-industry-grows-44–2014/ . 2014 г. стал рекордным по объему введенных новых ветроэнергетических мощностей в мире, а начиная с 2009 г. их годовой прирост ни разу не опускался ниже 35 ГВт. Для получения представления о масштабах изменений отметим, что построенные за один лишь 2014 г. мощности мировой ветроэнергетики превышают совокупную установленную мощность российских ГЭС и в два раза больше всех действующих атомных электростанций Российской Федерации.

Человек использует энергию ветра с незапамятных времен. В исторических источниках можно найти сведения об орошении полей в Месопотамии с помощью ветряных колес задолго до начала нашей эры и использовании ветряных мельниц в Египте, Персии и Китае в первом тысячелетии. В Европе ветряные мельницы, отдаленные прообразы современных ветрогенераторов, известны начиная с XII века. В Средние века ветродвигатели широко использовались для подъема воды, орошения полей, помола зерна и приведения в движение станков. До начала XIX века вода и ветер по сути являлись единственными источниками механической энергии, используемыми человечеством для обеспечения жизнедеятельности и развития, да и в конце того столетия с помощью этих источников вырабатывалось до 50 % глобальной энергии.

Согласно данным статистики, в 1882 г. в Германии насчитывалась 18 901 ветряная мельница. В России, по некоторым данным, к началу XX века число ветряных мельниц превышало 200 000. К этому времени технология их строительства была доведена до совершенства, а конструкция стала практически идеальной – с вращающимися крышами и саморегулирующимися в зависимости от направления и силы ветра крыльями.

Началом использования ветра для электрической генерации принято считать создание Чарльзом Брашем электростанции на основе ветряной мельницы для электроснабжения своего дома в 1888 г. В 1891 г. была построена первая ветряная электростанция в Дании. В 1920 г. немецкий физик Альберт Бец сформулировал закон, который был впоследствии назван его именем. По этому закону ветрогенератор может преобразовать не более 59,3 % кинетической энергии ветра. Теория Беца и сейчас является основой, на которой строятся расчеты современных ветряных электростанций, и нынешние ветряные турбины все ближе подбираются к заветной цифре.

Живя в «энергетической сверхдержаве», строящей свое материальное благополучие на эксплуатации месторождений ископаемого топлива, мы не забыли о том, что СССР являлся одним из мировых лидеров ветроэнергетики и имел для ее развития собственную мощную научно-теоретическую базу. В 1918 г. русский ученый В. Залевский создал «Полную теорию ветряных мельниц», в 1925 г. профессор Н. Е. Жуковский разработал теорию ветродвигателя и организовал отдел ветряных двигателей в ЦАГИ. В 1931 г. курский изобретатель А. Г. Уфимцев на десятилетия опередил свое время, построив первую в мире ветроэлектрическую станцию с инерционным аккумулятором, благодаря которому ветроустановка выдавала электричество даже при отсутствии ветра.

В 30-х гг. прошлого века в СССР производился широкий ассортимент ветроустановок мощностью 3–4 кВт, которые выпускались целыми сериями. В 1931 г. в Крыму, в районе Балаклавы, вступила в строй крупнейшая на тот момент в мире сетевая ветроэнергетическая установка. Опорная мачта ветродвигателя была построена по проекту В. Т. Шухова. Ветрогенератор с диаметром колеса 30 м и мощностью 100 кВт был на то время самым мощным в мире (мощность ветроагрегатов в Дании и Германии была в пределах 50–70 кВт при диаметре колеса до 24 м). Следом на юге страны были установлены десятки подобных ветрогенераторов. В 1938 г. в Крыму развернулось строительство ветроэлектростанции мощностью 5 МВт. В конце 1940-х гг. в ЦАГИ и других организациях активно велась разработка ветряных электростанций. С начала 1950-х гг. страна производила до 9000 ветроустановок в год с единичной мощностью до 30 кВт. В годы освоения целины в Казахстане была сооружена первая многоагрегатная ветроэлектростанция, работавшая в паре с дизелем, общей мощностью 400 кВт – прообраз современных европейских ветропарков и систем ветродизель.