Мичио Каку - Физика будущего

Несколько последних десятилетий лидерство в развитии ветроэнергетических технологий принадлежало Европе. Однако не так давно США обогнали в этом Европу. В 2009 г. в США было лишь 28 ГВт установленной мощности ветрогенераторов, но в одном Техасе их имеется на 8 ГВт и строятся мощности еще на 1 ГВт, а планируется построить еще больше. Если все пойдет по плану, Техас будет получать от ветра 50 ГВт электроэнергии — более чем достаточно для штата с населением 24 млн человек.

Но Китай скоро превзойдет США в этой области. По программе «Ветроэнергетическая база» там будет построено шесть ветроэлектростанций суммарной мощностью 127 ГВт.

Несмотря на то что энергия ветра выглядит все более привлекательно и в ближайшее время производство ветряного электричества, несомненно, будет расти, обеспечить таким образом энергией все человечество невозможно. В лучшем случае энергия ветра займет свое ограниченное место в сложной и неоднородной мировой энергетической системе. У ветроэнергетики есть несколько серьезных недостатков. Энергия в ней может вырабатываться лишь время от времени, когда дует ветер, и лишь в некоторых особенно ветреных регионах мира. Кроме того, из-за потерь при передаче электроэнергии ветроэлектростанции приходится размещать вблизи крупных городов, что еще больше ограничивает их возможности.

Если разобраться, вся энергия на Земле исходит от Солнца. Даже нефть и уголь представляют собой в некотором смысле концентрированный солнечный свет, энергию, поглощенную миллионы лет назад растениями и животными. Вследствие этого количество энергии, содержащееся в литре бензина, гораздо больше, чем мы можем запасти в электрическом аккумуляторе. С этой фундаментальной проблемой сталкивался еще Эдисон в прошлом веке, и она же стоит перед человечеством сегодня.

Солнечные батареи напрямую преобразуют солнечное излучение в электричество. (В основе этого процесса лежит явление фотоэффекта, которое еще в 1905 г. объяснил Эйнштейн. Когда частица света — фотон — падает на металл, она выбивает из атомной решетки электрон, порождая таким образом электрический ток.)

Однако солнечные батареи неэффективны. Даже теперь, после десятков лет непрерывных усилий ученых и инженеров, их коэффициент полезного действия завис на отметке около 15%. В настоящее время исследования идут в двух направлениях. Первое — увеличение эффективности солнечных батарей, что является чрезвычайно сложной технической задачей. Второе — уменьшение стоимости их производства и установки, а также строительства солнечных электростанций.

К примеру, покрыв всю территорию штата Аризона фотоэлектрическими батареями, можно было бы полностью удовлетворить потребность США в электричестве. Понятно, что это непрактично. Тем не менее крупные участки земли на территории пустыни Сахара неожиданно подскочили в цене и стали пользоваться спросом; инвесторы уже начали строительство крупных солнечных электростанций в этой пустыне для обслуживания европейских потребителей.

В крупных городах можно было бы снизить стоимость солнечной энергии, покрыв стены и крыши домов солнечными батареями. У такого варианта есть свои преимущества, в том числе то, что при этом исключаются потери при передаче энергии от станции к потребителю. Проблема в цене: несложный расчет показывает, что для окупаемости подобных предприятий нужно будет экономить буквально на всем [14] К сказанному следует добавить, что производство самих фотоэлементов представляет собой достаточно затратный и «грязный» процесс. — Прим. пер. .

Следует признать, что пока солнечная энергия не оправдывает возлагаемых на нее надежд. Тем не менее нестабильность цен на нефть заставляет прилагать дополнительные усилия для вывода этого вида возобновляемой энергии на рынок. Возможно, тенденция вскоре изменится. Каждые несколько месяцев мы слышим о новых достижениях и рекордах. Производство солнечной электроэнергии ежегодно растет на 45%, а за два года почти удваивается. Солнечные батареи по всему миру в 2009 г. имели мощность 15 ГВт, и только за 2008 г. эта величина выросла на 5,6 ГВт.

В 2008 г. компания Florida Power & Light объявила о самом крупном в США проекте солнечной энергетики. Заключен контракт с корпорацией SunPower, которая планирует производить 25 МВт энергии. (На сегодняшний день рекорд в США принадлежит военно-воздушной базе Неллис в Неваде, чья солнечная станция производит 15 МВт электроэнергии.)

В 2009 г. корпорация BrightSource Energy со штаб-квартирой в Окленде, штат Калифорния, объявила о планах побить этот рекорд и построить в Калифорнии, Неваде и Аризоне 14 солнечных электростанций общей производительностью 2,6 ГВт.

Среди проектов BrightSource Energy — солнечная электростанция Айвенпа в Южной Калифорнии, включающая три солнечно-термальных блока, которые вместе будут производить 440 МВт электроэнергии. Совместно с Pacific Gas and Electric BrightSource планирует построить станцию на 1,3 ГВт в пустыне Мохаве.

В 2009 г. компания First Solar, крупнейший мировой производитель солнечных батарей, объявила, что будет строить самую большую в мире солнечную электростанцию к северу от Великой Китайской стены. Десятилетний контракт, детали которого все еще находятся в стадии согласования, предусматривает строительство громадного солнечного комплекса мощностью 2 ГВт, состоящего из 27 тысяч тонкопленочных панелей. По мощности такая станция соответствует двум угольным энергоблокам и производит достаточно энергии для 3 млн семей. Станция займет 65 км 2во Внутренней Монголии и станет частью еще более крупного энергетического комплекса, совокупная проектная мощность которого составляет 12 ГВт. Китайские чиновники утверждают, что солнечная электростанция станет лишь частью этого гигантского предприятия по добыче энергии из различных возобновляемых источников (ветра, солнца, биомассы и гидроэнергии).

Пока неясно, смогут ли эти амбициозные проекты пройти экологическую экспертизу и решить проблемы высокой стоимости энергии, но главное — то, что в солнечной энергетике все же происходит медленный поворот, и крупные энергетические компании начинают всерьез рассматривать солнечную энергию как альтернативу электростанциям на ископаемом топливе.

Не секрет, что примерно половину нефти в мире потребляют автомобили, поезда и самолеты, поэтому реформа этого сектора экономики вызывает громадный интерес. В настоящее время идет настоящая гонка за будущее лидерство на автомобильном рынке, после того как страны постепенно перейдут от машин на ископаемом топливе к электромобилям. Это исторический переход, и первая его стадия — гибридный автомобиль, уже появившийся на рынке (в нем работает и бензин, и электричество из аккумулятора). В этом автомобиле для решения старой проблемы с аккумуляторами используется небольшой двигатель внутреннего сгорания: дело в том, что создать аккумулятор, который мог бы обеспечить движение на длинных дистанциях, очень трудно, к тому же электрический двигатель не способен быстро разогнать машину.