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

• Название: Мировая энергетическая революция. Как возобновляемые источники энергии изменят наш мир
• Автор: Владимир Сидорович
• Жанр: Отраслевые издания
• Год: 2015
• ISBN: 978-5-9614-4014-0

Обладание ископаемыми ресурсами (нефть, газ, уголь) уже давно дает практически неограниченную экономическую и политическую власть, которая назначает и смещает президентов, покупает политиков, ведет войны. Но сегодня мы становимся свидетелями того, что мир начинает меняться. Использование возобновляемых источников энергии во многих странах постепенно выходит на первый план. Владимир Сидорович рассказывает, что такое возобновляемые источники, как они работают, почему многие мировые энергетические компании сейчас делают ставку именно на них, какие страны активно развивают их производство. Автор книги на цифрах и фактах доказывает, что власть, основанная на обладании ископаемыми ресурсами, уходит в прошлое. Сколько лет отпущено нефти, газу и углю? Как изменится мир через 20 лет? Что нужно делать России, чтобы не остаться у «разбитого корыта» (точнее, у пустой трубы)?

---

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.

Ветроэнергетика

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], а к концу года – до 370 ГВт[75]. 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.

Тысячелетняя история

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.

После перерыва в 1960–1980-х гг., когда развитие электроэнергетики было ориентировано на создание «сконцентрированных» генерирующих мощностей – крупных ТЭС, ГЭС и АЭС, было принято Постановление Совета министров СССР № 1052 «Об ускоренном развитии ветроэнергетической техники в 1988–1995 гг.». В соответствии с ним к 1995 г. предполагалось ввести 57 000 ветроустановок. (Это совершенно невероятная цифра, достаточно заметить, что число ветроэнергетических установок в Германии, входящей в тройку крупнейших мировых производителей электричества из ветра, сегодня не превышает 25 000.) Существовали планы по постройке экспериментальных системных ветростанций, в том числе: Ленинградской ВЭС на берегу Финского залива (25 МВт), Джунгарской ВЭС в Казахстане (15 МВт), Крымской ВЭС на восточном побережье Крыма (125 МВт). По ряду известных причин этим планам, увы, не суждено было сбыться. Между тем именно в наши «лихие 90-е» начался расцвет современной мировой ветроэнергетики.

Чистая энергетика больших мощностей

В наше время развитие ветроэнергетической отрасли в мире происходит главным образом путем создания крупных, состоящих из множества турбин ветряных электростанций (их называют ветропарками или ветряными фермами) как на материке (оnshore), так и на море в прибрежных зонах, на шельфе (offshore). Морские ветряные электростанции существенно дороже береговых по капитальным затратам на единицу мощности, но они способны вырабатывать больше энергии.

Установка единичных ветряных генерирующих установок практикуется реже. В этом состоит существенное отличие ветроэнергетики от солнечной генерации, для которой характерен распределенный характер и в которой значительная доля общей выработки энергии принадлежит малым мощностям. Ветроэнергетика – это в первую очередь энергетика относительно крупных генерирующих предприятий, хотя распределенная генерация здесь также применяется.

История развития ветроэнергетики – это история роста размеров и мощности ветряков, наглядно демонстрирующая темп и глубину изменений в альтернативной энергетике. В 80-х гг. прошлого века средняя ветряная турбина имела ротор диаметром 17 м и выдавала всего лишь 75 кВт мощности. Современная ветряная турбина – существенно более крупный генерирующий объект. Находящееся приблизительно на 100-метровой мачте трехлопастное «колесо» диаметром те же 100 м обладает, по данным Европейской ассоциации ветроэнергетики, средней мощностью 2,2 МВт (на европейских береговых электростанциях) или 3,6 МВт (на морских)[76]. Разница объясняется сложностью строительных работ в морских условиях – на фундамент рационально ставить наиболее мощные установки. В 2014 г. введен в экспериментальную эксплуатацию крупнейший на сегодняшний день ветрогенератор датского производства мощностью 8 МВт, установленный на 140-метровой мачте. Такой агрегат способен в одиночку обеспечить электричеством небольшой город – 7500 средних европейских домохозяйств. Уже ведутся работы над 10-мегаваттной установкой.

Ветроэнергетика превратилась в мощную отрасль энергетики и экономики в целом, играющую все более важную роль в энергоснабжении многих государств. Уже в 85 странах электричество вырабатывается с помощью энергии ветра на коммерческой основе. Среди них лидируют (по установленной мощности): Китай (91 ГВт), США, Германия, Испания и Индия[77].

Выработка энергии ветряными электростанциями в Китае еще в 2012 г. превысила генерацию атомными электростанциями, а в 2013 г. ветряные электростанции произвели уже на 22 % больше электроэнергии, чем АЭС. В 2014 г. в Поднебесной было установлено 20,7 ГВт новых мощностей ветроэнергетики[78] (для сравнения: это больше, чем три Саяно-Шушенские ГЭС). Четырнадцатый год стал рекордным по вводу ветроэнергетических мощностей и в Германии, установившей примерно 1700 турбин общей мощностью 4,8 ГВт[79] – больше, чем когда бы то ни было.