Игорь Кароль - Парадоксы климата. Ледниковый период или обжигающий зной?

Рис. 30. Суммарные мощности ветроустановок (ГВт) в период 1997–2010 гг., по данным Международного энергетического агентства

При этом на Европу приходится 44 % ветряных установок, на Азию и Северную Америку – 31 % и 22 % соответственно.

Рис. 31. Суммарные установленные мощности (в МВт – мегаваттах )по странам мира в 2005–2010 гг., согласно данным Европейской ассоциации ветроэнергетики и Совета по глобальной ветроэнергетике: 1 – США, 2 – Китай, 3 – Германия, 4 – Испания, 5 – Индия, 6 – Япония, 7 – Австралия

Развивать большую ветроэнергетику (мощностью более 1 МВт) целесообразно в районах, где средняя годовая скорость ветра больше 8 м/с и годовое число часов, когда установка может работать, превосходит 2000. Хотя ветрогенератор начинает производить электроток уже при скорости ветра 3 м/с и отключается при скоростях свыше 25 м/с. Оптимальная же скорость составляет 15 м/с, при ней достигается максимальная мощность выработки электроэнергии. В 2009 г. 82 % ветрогенераторов в мире имели мощность 1,5–2,5 МВт.

Достоинства ветроэнергетики довольно очевидны: ветры дуют повсеместно и их ресурс практически неисчерпаем («ветрозапасы» в 100 раз превосходят запасы гидроэнергии всех рек Земли). Себестоимость одного киловатт-часа, генерируемого ветроустановками, ниже, чем производимого угольными электростанциями: к примеру, в США это 2,5–5 центов (в зависимости от силы ветра) и 4,5–6 центов соответственно (рис. 25 цв. вклейки).

В одной из популярных брошюр, изданных в США, помещен рисунок, на котором изображен ветродвигатель и под ним – корова. В подписи к рисунку говорится, что стоимость энергии, производимой ветроэнергетической установкой, равна стоимости молока от этой коровы.

Наличие ветров в любой точке земного шара обусловливает ненужность транспортировки произведенной электроэнергии к месту ее потребления. Это обстоятельство особенно важно для труднодоступных районов (Крайний Север, пустыни, горы), а также для небольших населенных пунктов с ограниченными (менее 100 кВт) потребностями в электроэнергии. Все, кто путешествовал по Европе, наверняка видели вдоль дорог ряды таких ветродвигателей. Энергетики говорят, что при малых скоростях ветра (3–12 м/с) наиболее эффективны ветрогенераторы с вертикальной осью вращения, к тому же они бесшумны, имеют значительно больший срок службы и выдерживают порывы ветра до 60 м/с.

Главный недостаток ветроэнергетики заключается в непостоянстве этого самого ветра, в результате чего возникает насущная необходимость в накоплении произведенной электроэнергии. Поскольку мощность ветрового потока пропорциональна кубу его скорости, то даже небольшие ее изменения влекут за собой значительные колебания мощности (например, при увеличении скорости ветра вдвое мощность возрастает в 2 3= 8 раз). Вышеупомянутый недостаток ветроэнергетики заметно снижает ее привлекательность. Пока доля ветроэнергетики в общем производстве энергии невысока, такой энергоисточник является хорошим подспорьем, но когда ее процент становится высоким, возникает проблема надежности производства электроэнергии, ведь всегда существует вероятность отсутствия ветра или его слабой силы. Тем не менее в 2009 г. лепта ветроэнергетики достигала в Дании – 20 %, в Португалии – 16 %, в Ирландии – 14 %, в Испании – 13 %, в Китае – 1,3 % (но согласно перспективному плану, уже к 2020 г. суммарная мощность китайских ветроустановок должна достигнуть 80–100 ГВт). Европейский cоюз к 2020 г. собирается нарастить мощности до 180 ГВт и довести выработку электроэнергии с помощью ветра до 500 ТВт/ч.

В России суммарная мощность ветроустановок в 2009 г. оценивалась в 17–18 МВт (притом что их технический потенциал составляет 50 ГВт/ч/год). Энергетические ветровые зоны в нашей стране расположены на побережьях Северного Ледовитого океана и омывающих территорию страны морей. Максимальная средняя скорость ветра (осень – зима) совпадает с периодом наибольшей потребности в энергии. Около трети российских ветроустановок сосредоточено на Дальнем Востоке, примерно столько же – на Крайнем Севере и в Западной и Восточной Сибири. Самая крупная ветроэлектростанция России находится около поселка Куликово в Калининградской области, ее мощность составляет 5,1 МВт. В последние годы увеличение российских мощностей ветроустановок происходит за счет маломощных (1–5 кВт) индивидуальных энергосистем.

Высота современных ветроустановок составляет 50–110 м. Очень заманчиво расположить их на высотах верхней тропосферы, где характерные скорости ветра в 10–15 раз больше, чем используемые ныне приземные, однако это дело будущего. Пока же используемые установки позволяют сократить выбросы парниковых газов в атмосферу (на мощность в 1 МВт приходится уменьшение выброса на 1800 т CO 2, 9 т SO 2и 4 т оксидов азота). Специалисты надеются, что при выполнении среднесрочных планов развития ветроэнергетики, к 2050 г. произойдет сокращение ежегодных выбросов CO 2на 1,5 млрд т.

Электрическую и тепловую энергию получают также за счет тепловой энергии недр Земли ( геотермальная энергетика ). Однако это возможно только в вулканических регионах мира. Имеющаяся в недрах Земли на относительно небольших глубинах вода нагревается выше температуры кипения и поднимается по трещинам (или пробуренным скважинам) к земной поверхности, где используется как непосредственно для горячего водо– и теплоснабжения, так и для выработки электроэнергии. Горячие источники встречаются также и в районах, где нет вулканической активности, но в этом случае температура подземных вод заметно ниже, и потому она служит лишь источником тепла и применяется в лечебно-медицинских процедурах.

Суммарные мощности геотермальных станций в мире относительно невелики, они составляли 9,73 ГВт в 2007 г. и 10,71 ГВт в 2010 г. Крупнейшим производителем геотермальной электроэнергии являются США, мощность их станций, расположенных в Калифорнии и Неваде, в 2010 г. достигала 3,09 ГВт (на них было произведено примерно 16 млрд киловатт-часов, что соответствует нескольким десятым процента от общего количества выработанной в США электроэнергии). За США следуют Филиппины, Индонезия, Мексика и Италия с мощностями 1,97; 1,20; 0,96 и 0,84 ГВт соответственно. Мощность российских геотермальных станций на Камчатке, Северном Кавказе и в Краснодарском и Ставропольском краях в 2010 г. измерялась 82 МВт. Прямо скажем, немного. В то же время запас разведанных российских термальных вод оценивается приблизительно в 300 тыс. км 3/сутки, а в Западной Сибири, согласно некоторым публикациям, существует подземное озеро площадью 3 млн км 2с температурой воды 70–90 °C. Если же говорить о вкладе геотермальной энергетики в общее производство электроэнергии, то по этому показателю лидирует «страна гейзеров» Исландия – 30 % (ее столица Рейкьявик полностью обогревается теплом термальных вод), немного уступают ей Филиппины (27 %), в почтительном отдалении – Сальвадор и Коста-Рика (по 14 %).