Виктор Елистратов о солнечных батареях, ветроэлектрических станциях и современных трендах развития возобновляемой энергетики
Развитие человечества в начале XXI века в значительной степени сопряжено с изменением представлений человечества о путях его развития и, в частности, о путях развития энергетики, с которым оно вступило в XXI век. Современная энергетика основана на использовании органических топливно-энергетических ресурсов. Она уже не отвечает современным представлениям человечества об экологически безопасном и энергетически независимом развитии.
Органическая энергетика в силу своей природы образования, природы передвижения, природы транспортировки сопряжена со значительным количеством кризисных явлений, которые происходят в экономике при использовании такого рода топливно-энергетических ресурсов, примером чего является современный энергетический кризис, наблюдающийся во всем мире и связанный с изменением стоимости барреля нефти. Это все определено еще и тем, что органические источники энергии являются исчерпаемыми. Они требуют все большего удлинения путей добычи, удлинения расстояний до мест добычи, удлинения транспортных путей и, как следствие, удорожания стоимости добычи этого топлива.
Следующий аспект — это экологические проблемы, связанные с использованием органического топлива. Всем известны экологические проблемы, связанные с выбросами парниковых газов. Следует отметить, что порядка 60% выбросов парниковых газов происходит от топливно-энергетического комплекса, работающего на органическом топливе. Нельзя забывать и об экологических проблемах, связанных с транспортировкой и добычей этого топлива, с авариями гигантских транспортных судов, с аварией в том же Мексиканском заливе, когда в окружающую среду вылилось более 5 миллиардов баррелей нефти, которые привели к колоссальным экологическим последствиям вплоть до сдвижки на 200 километров течения Гольфстрима. Об этом мало говорят, но это так.
В этом отношении другими источниками энергии, которые не обладают такими недостатками, являются возобновляемые источники энергии. Прежде всего, это энергия Солнца и ее производные: энергия водных масс, энергия солнечного излучения, ветровая энергия, энергия биомассы. Эти источники являются неисчерпаемыми до тех пор, пока существует наше светило, и поэтому они доступны в том месте, где они формируются, и тем самым могут использоваться децентрализованно и не требовать длинных линий электропередач и длинных транспортных путей доставки этого энергетического ресурса. Эти аспекты заставляют в современных условиях как бы более активно рассматривать технологии преобразования возобновляемых источников энергии. Также не следует забывать об энергетической безопасности каждого государства. Энергетическая безопасность определяется наличием топливно-энергетических ресурсов, других энергетических ресурсов на территории данного государства или, если говорить о региональной безопасности, на территории конкретного региона. В этом отношении, конечно, Россия является страной с высокой энергетической безопасностью, прежде всего с точки зрения наличия большого количества органических топливно-энергетических ресурсов, которые мы в значительной степени экспортируем в другие страны. И другие страны зависимы от поставки этих топливно-энергетических ресурсов из России и всячески стремятся избавиться от этой проблемы, в частности, путем развития собственной энергетической базы возобновляемых источников энергии на своей территории.
Если мы посмотрим современные тренды развития возобновляемой энергетики в мире, то мы можем отметить, что развитие возобновляемых источников энергии с начала XXI века идет семимильными шагами. Например, прирост ветроэнергетики, прирост строительства ветроэлектрических станций составляет ежегодно порядка 30–35%, и в настоящее время, на уровень 2015 года, мощность ветроэлектрических станций в мире составляет более 450 миллионов киловатт. Мощность солнечных электростанций прирастает еще большими темпами. Но поскольку начиналось с меньших значений, то в настоящее время мощность солнечных фотоэлектрических станций в мире составляет порядка 300 миллионов киловатт. Если говорить о гидроэнергетике, то мощность гидроэлектрических станций в мире составляет более 1000 гигаватт — это 1000 миллионов киловатт установленной мощности.
Если сложить эти три составляющие, то в настоящее время можно говорить о том, что порядка 30% всех установленных мощностей в мире составляют электрические станции на возобновляемых источниках энергии. Это уже очень серьезная часть, это уже никакие не нетрадиционные источники энергии, а это самые настоящие современные энергетические технологии, которые развиваются и тянут за собой в значительной степени развитие инновационного комплекса данных государств. Почему? Потому что создание, например, ветроэнергетической установки мощностью 3 мегаватта имеет очень большую инновационную составляющую и несет в себе значительный объем научно-исследовательских, опытно-конструкторских работ, новых технологий, новых материалов. Представьте себе, ветроэнергетическая установка мощностью 3 мегаватта имеет ветроколесо диаметром более 100 метров. Длина лопасти порядка 50 метров, и даже доставка этой лопасти к месту установки требует огромной транспортной логистики. Поэтому создание ветроэнергетических установок имеет очень значительную возможность для развития научно-технического прогресса, для развития инновационных технологий.
В настоящее время ветроэнергетика развивается как путем строительства сетевых, крупных ветропарков на территории страны, так и в значительной степени развивается так называемая офшорная ветроэнергетика, когда ветропарки выносятся в мелководную зону океана и потому не занимают, с одной стороны, территорию суши, а с другой стороны, имеют значительно большие ресурсные возможности.
Следует отметить также все-таки экологические аспекты, связанные с созданием тех же ветроэлектрических станций. Очень много часто приходится слышать о том, что это не вполне экологически чистые источники энергии, что они имеют свои недостатки, имеют так называемые шумы, звуковое воздействие, имеют низкочастотное шумовое воздействие и так далее. Безусловно, как и любой энергетический источник, ветроэнергетика имеет свои положительные и отрицательные стороны. Если говорить об экологических проблемах, то в настоящее время разработаны нормы, стандарты, которые предусматривают строительство ветроэлектростанций в определенных местах, на определенном расстоянии от жилых поселков, с тем чтобы не наносить экологического ущерба населению. Там, где они могут или наносят этот ущерб, значит, были не выполнены определенные экологические требования. А в целом можно сказать, что… Я был на очень многих ветропарках и могу сказать, что под ветропарком растут все растения, пасется скот, все жучки и червячки нормально развиваются, птицы не разбиваются о лопасти, как об этом пытаются нам говорить. Статистика показывает, что, например, под лапами котов в мире погибает ежегодно порядка одного миллиарда птиц, а вот под ветротурбинами в мире — примерно от 100 тысяч до полутора миллионов тысяч особей. О линии электропередач разбивается более 10 миллионов птиц. Поэтому мы должны эти проблемы, конечно, понимать в сравнении.
Если говорить о солнечной энергетике, она развивается в двух аспектах: с одной стороны, аспекты, связанные с созданием технологий, повышающих КПД солнечных элементов, а с другой стороны, создание технологий, снижающих стоимость производства энергии от солнечной электростанции. Можно сейчас говорить, например, о том, что применительно к солнечным электростанциям КПД современных солнечных электростанций уже достиг порядка 20%, то есть это очень существенный рост, и технологии не стоят на месте, происходит увеличение. Экспериментальные каскадные элементы уже имеют КПД более 35%, эти технологии развиваются. С другой стороны, стоимость этих систем энергоснабжения в последние годы претерпела очень существенное снижение. Например, если два-три года назад, в 2011–2012 годах, стоимость одного пикового ватта солнечного элемента составляла 3,5–4 евро за пиковый ватт, то в настоящее время эта стоимость 0,5 евро за пиковый ватт. То есть удельная стоимость солнечной электростанции составляет там 500 евро за одни киловатт. Сравним: тепловая электростанция — 2000 евро за киловатт, атомная станция — 3500 евро за киловатт. То есть мы можем говорить о том, что она попадает уже в зону конкурентно способных технологий использования энергии.
Таким образом, мы, проанализировав современные тенденции развития возобновляемых источников энергии, можем говорить о том, что не зря устанавливаются прогнозы и Международного энергетического агентства, и других уважаемых организаций, которые говорят, что в середине XXI века доля использования возобновляемых источников энергии в энергоснабжении может составить до 50% от общего энергопотребления.
доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой «Возобновляющиеся источники энергии и гидроэнергетика» СПбПУ Петра Великого
