Игорь Кароль - Парадоксы климата. Ледниковый период или обжигающий зной?
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 23 = 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 CO2, 9 т SO2 и 4 т оксидов азота). Специалисты надеются, что при выполнении среднесрочных планов развития ветроэнергетики, к 2050 г. произойдет сокращение ежегодных выбросов CO2 на 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. км3/сутки, а в Западной Сибири, согласно некоторым публикациям, существует подземное озеро площадью 3 млн км2 с 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 %).
Преимущество геотермальной энергетики заключается в практической неисчерпаемости ее источника и бесперебойной подаче горячей воды вне зависимости от сезона и погодных условий. Однако геотермальные воды содержат высокие концентрации токсичных химических соединений, вследствие чего возникает проблема с утилизацией отработанной воды, поскольку ею нельзя загрязнять естественные водоемы.
В России гелио-, термо– и ветроэнергетика пока развиты чрезвычайно слабо. Их интенсивное развитие планируется только на 2030 год. А «виноваты» большие запасы нефти, газа и угля в России. Недаром за рубежом Россию называют «спящим гигантом», полагая, что, несмотря на большие запасы углеводородного и углеродного топлива, целесообразно развитие в нашей стране альтернативной энергетики: довольно быстрая окупаемость; возможность снабжения энергией районов, удаленных от основных ее источников; экономия на транспортировке энергии (что особенно важно из-за большой территории); отсутствие выбросов загрязняющих веществ; возобновляемость энергии и т. д.
Другие направления смягчения процесса глобального потепления предложены М. Молина с соавторами[25]. Они рассматривают возможность проведения нескольких так называемых «быстрых акций» (fast-actions). Предполагается, что подготовка таких акций займет 2–3 года, 10–15 лет понадобится для их реализации, результаты же скажутся спустя несколько десятилетий.
Первая из таких «быстрых акций» – расширение и ужесточение ограничений Монреальского Протокола.
Согласно Велдерсу с соавторами[26], в период с 1990 по 2010 г. благодаря действию Монреальского протокола в атмосферу уже не было выброшено парниковых газов в размере примерно 135 млрд т в эквиваленте CO2 (сравнить с данными таблицы 7). Проводимые в настоящее время измерения подтверждают начавшееся восстановление озонового слоя (в основном, в полярных областях). Модельные исследования показывают, что содержание озона в атмосфере вернется к своему уровню 1990 г. ближе к середине XXI в. Однако существует другая большая группа химических веществ следующего поколения – гидрофторокарбоны, которые не разрушают атмосферный озон, но, как и хлорфторуглероды и гидрофторхлоруглероды, относятся к парниковым газам, как правило, с очень высокими потенциалами глобального потепления (ПГП), в сотни и тысячи раз превышающими ПГП углекислого газа, равный единице (см. таблицу 2). Суммарный вклад всех этих веществ пока невелик – около 1,1 % (Ф-газы на рис. 28, а). Но рост выбросов гидрофторокарбонов в атмосферу происходит очень быстро. Поэтому предлагается ускорить выведение из обращения подпадающих под ограничения Монреальского протокола гидрофторхлоруглеродов и создать стимулы для замещения гидрофторокарбонов с высокими ПГП на газы с более низкими ПГП. Такая работа уже ведется, в частности сообщается, что химические компании анонсировали отказ от использования HFC-134a (CH2FCF3, его ПГП = 3300 для 20-летнего периода) в автомобильных кондиционерах и переход на хладагенты с ПГП, меньшими 5 (HFO-1234yf – C3H2F4 или естественные гидрокарбоны) спустя лишь несколько недель после выхода Директивы специальной комиссии Европарламента в 2006 г.
Вторая «быстрая акция» связана с сокращением эмиссии сажи (black carbon), образующейся при неполном сжигании природного топлива и биомассы.
