Компьютерра - Журнал «Компьютерра» № 6 от 13 февраля 2007 года

Солнце, воздух и вода

Многие специалисты в области гелиоэнергетики склоняются к тому, что солнечные электростанции и теплогенерирующие установки «в чистом виде» не приживутся на просторах России из-за недостаточного количества солнечного времени в году — климат у нас сами знаете какой…

Использование энергии Солнца опосредовано — через гидроэнергетику — наталкивается на серьёзную трудность: ресурсы гидроэнергии России хоть и велики [Журнал обзоров мировой гидроэнергетики «Hydropower& DAMS» называет Таджикистан владельцем самых больших в мире удельных запасов гидроэнергоресурсов. По абсолютной величине это 300 млрд. кВт/час в год], но для дальнейшего наращивания мощностей потребуется решить множество непростых экологических задач, связанных с последствиями затопления территорий перед плотинами, и вложить значительные деньги в строительство дамб, обводных каналов, шлюзовых каскадов. Себестоимость отечественной гидроэнергии невелика (порядка 0,0022—0,003 доллара за киловатт — это значительно ниже мировых цен), что обеспечивает приемлемые сроки окупаемости, но первоначальные вложения в условиях равнинных ГЭС велики — в диапазоне от 0,8 до 4 млрд. долларов [На эти деньги можно построить два энергоблока АЭС. Ещё пример: стоимость первой термоядерной станции по международному проекту ITER в разных источниках определяется в 10—12 млрд. долларов].

Другой способ опосредованного использования энергии Солнца — это ветроэнергетика. В области её практического внедрения лидируют Германия и Испания. Ежегодно в этих странах вводятся в эксплуатацию ветростанций на 5—6 млн. кВт. Генераторы для таких станций серийно выпускают фирмы США, Бельгии, Голландии. На Украине, Южным машиностроительным заводом — всемирно известным производителем стратегических ракет — освоен выпуск модулей ветроэлектростанций, включающих в себя генератор мощностью 250 кВт., стеклопластиковый пропеллер и башню, изготовленные по той же технологии, что и стеклопластиковые корпуса твердотопливных двигателей ракет СС-24. Запуск одного (!) удельного киловатта мощности ветроэлектростанции (ВЭС) обходится более чем в тысячу долларов. Себестоимость вырабатываемого этими агрегатами электричества составляет 0,05—0,08 доллара за киловатт, что, конечно же, очень дорого. Реальная эксплуатация Новоазовской ВЭС в период с 1998 по 2000 год показала: коэффициент использования установленной мощности не превышает 5%, что не даёт оснований надеяться на окупаемость вложений в обозримый отрезок времени.

Уже не хватает. Нет достаточной компетентности, чтобы адекватно реагировать на второй приближающийся кризис, который тоже связан с дефицитом нефти и газа, — кризис сырья для химической промышленности. Мы же все сожжём за те годы, пока будем строить АЭС, термоядерные станции и бурить землю, чтобы добыть тепло из глубины. Этот кризис, как мне видится, значительно более труден для преодоления, чем энергетический. Энергии у нас, в общем-то, достаточно. Просто добыча её теперь потребует чуть большего напряжения мозгов. А вот отсутствие природных углеводородов… Это очень серьёзный вызов. Чтобы научиться вырабатывать нужные нам продукты без этого сырья, придётся очень много думать, исследовать, конструировать. Может быть, конструировать на молекулярном уровне. Может быть, разрабатывать какие-то принципиально новые тонкие технологии синтеза. Это будут не просто сложные технологии — высочайшие! А кто сможет заниматься этими проектами? Кто сегодня в этих вопросах разбирается? Две-три сотни специалистов, рассеянных по разным странам мира? И что? Кто-то взволнован этим обстоятельством?

Классический ответ: учиться, учиться и ещё раз — учиться [Это — тоже ленинская фраза] (мне кажется, что герр Вайнбергер улыбается). Точнее — учить. Всех. И инженеров, и политиков. И как можно лучше. Мне кажется, это главное сейчас.

Подземная жара

Под слоем земной коры толщиной всего в несколько десятков километров находится раскалённая мантия, простирающаяся до глубины 2900 км и переходящая в ещё более горячее жидкое, а с глубины 5150 км — в твёрдое ядро планеты. Источник энергии, благодаря которому недра Земли так нагреты, до сих пор полностью не изучен. Не так давно американский геофизик М. Херндон высказал гипотезу о том, что в центре Земли находится естественный «ядерный реактор» из урана и плутония (или тория) диаметром всего 8 км. Так или иначе, но эта гипотеза, как утверждают, оказалась способной объяснить не только энергетику земного тепла, но и явления инверсии земного магнитного поля, происходящие каждые 200 тысяч лет.

Наиболее достоверные температурные данные относятся к самой верхней части земной коры, вскрываемой шахтами и буровыми скважинами до максимальных глубин на сегодня — 12 км (Кольская скважина). Нарастание температуры в градусах Цельсия на единицу глубины называют геотермическим градиентом. В среднем геотермический градиент составляет 20—30 °С на 1 км глубины. Так, при заложении Кольской скважины рассчитывали на геотермический градиент 10 °С на 1 км и, следовательно, на проектной глубине (15 км) ожидали температуру порядка 150 °С. Однако такой градиент был только до глубины 3 км, а далее он стал увеличиваться, и на 12 км температура достигла 220 °С. Предполагается, что на проектной глубине температура будет близка к 280 °С.

Исследователи утверждают, что на глубине порядка 400 км температура составляет 1600 °С, а в ядре — 4500—5000 °С.

Выработка электроэнергии за счёт тепла горячей воды впервые в мире была осуществлена в СССР [ http://www.gosresurs.ru/jurnal/viewdoc/168.html] в 1967 г. на опытно-промышленной Паратунской ГеоТЭС, спроектированной учёными Института теплофизики Сибирского отделения РАН. Ныне проблемами использования тепла Земли в нашей стране занимаются почти полсотни научных организациях. Стоимость работ, уже выполненных в этой области, превышает 4 млрд. долларов.

Геотермальные электростанции в настоящее время эксплуатируются более чем в двадцати странах мира. Установленная мощность ГеоТЭС составляет около 8000 МВт, и общая выработка геотермального электричества превысила 50 ТВт. В ряде стран вклад геотермальной электроэнергии оказался весьма значительным в балансе национальной энергетики (Филиппины — 21,5%, Эль-Сальвадор — 20%, Никарагуа — 17,2%, Исландия — 14,3%, Коста-Рика — 10,2%). Промышленные геотермальные тепловые станции в 2000 году действовали по крайней мере в 55 странах. Общая установленная мощность рассматриваемых систем превысила 17 ГВт, а в течение одного 2000 года было выработано более 45 ТВт.ч энергии.