Любой из нас — ну чем не чародей? Из преисподней наверх уголь мечем. Мы топливо отнимем у чертей — Свои котлы топить им будет нечем!
В. С. Высоцкий
Уголь, уголь. В истории человечества был период, когда уголь был основным источником энергии, не единственным конечно, но всё же основным. Он горел в топках котлов паровозов и пароходов, котельных в домах и тепловых электростанций. Со временем к углю присоединились нефть и нефтепродукты и газ. Конечно, используются ещё и торф, и горючие сланцы, а также дрова.
Так продолжалось довольно долго, пока, наконец, не стало проявляться глобальное потепление. А проявляться оно наряду с парниковым эффектом стало последние 40-50 лет. Во всех грехах начали обвинять антропогенное загрязнение и, в частности, эмиссию СО2. Хотя всё это ещё требует тщательных исследований, ведущие промышленные страны забили тревогу, в результате появился так называемый Киотский протокол — документ, подписанный в городе Киото и направленный на уменьшение выбросов «парниковых газов». Далеко не все встретили его с распростёртыми объятиями. Скажем, США, которые ранее подписали акт, в 2001 г. отказались его ратифицировать. Канада вышла из договора в 2012 г. Китай, Индия и большая часть развивающихся стран тоже не примкнули к участникам соглашения. Целесообразность подписания документа ставилась под сомнение. Тем не менее, он был подписан и вступил в силу. Но на этом в Европе не успокоились. В 2009 г. Еврокомиссия приняла Renewable Energy Directive EU, Директиву ЕС по ВИЭ
(возобновляемым источникам энергии), которая предписывает жёсткие нормативы для всех государств, входящих в это экономическое объединение. доля ВИЭ в общем балансе генерации электроэнергии в 2020 г. должна составить 20%, в 2030 г. — 30% и далее по такой же схеме. При этом никакого технико-экономического обоснования представлено не было. И хоть умри, но выполняй.
К чему может привести такое решение можно посмотреть на примере Германии. С 2012 г. Германия должна была получать до 30% потребной энергии за счёт ветровой и солнечной генерации, а при особо удачной ситуации — до 80%. Беда в том, что это не гарантированная генерация — солнце есть — батареи генерируют электроэнергию, пришла тучка — генерации нет. То же самое с ветровой генерацией — ветер есть, есть и генерация, ветер стих и с генерацией можно попрощаться. Такая ситуация для ряда отраслей и, прежде всего, производств непрерывного цикла — смерти подобна. Чтобы парировать эти броски генерации необходимы резервные мощности, причём мощности безинерционные, то есть способные практически мгновенно выходить на необходимый по объёмам генерации режим и также быстро сбрасывать мощность при возобновлении солнечной и ветровой генерации. дело в том, что переизбыток электроэнергии в сети чреват авариями самой сети, а недостаток — авариями на производствах — потребителях энергии.
Однако всё сказанное выше совсем не означает, что альтернативные источники энергии не могут использоваться. Просто нужно очень тщательно просчитывать условия их применения. В некоторых регионах, в том числе на территории России, есть целые районы, в которых использование ветровых электростанций (ВЭС) и солнечных (СЭС) позволяет весьма существенно снизить затраты на выработку электроэнергии. К таким регионам относятся, прежде всего, северная и северовосточная части страны, до которых РАО ЕЭС ещё не дотянулось. Дело в том, что в отдалённых населённых пунктах, которых ой как немало, генерация электроэнергии осуществляется дизель-генераторными станциями. А дизеля очень любят «пить» солярку, которую надо ещё туда доставить. И такая доставка действительно сродни подвигу. Самому настоящему трудовому подвигу. Сначала солярку доставляют в порты Северного морского пути, потом уже по рекам до крупных населённых пунктов, где имеются ёмкости для её хранения, и далее с наступлением холодов по зимнику в автоцистернах её привозят конечному потребителю. Есть, конечно, теоретическая возможность возить её вертолётами, и, видимо, где-то это тоже используется, но стоимость такого топлива становится уж совсем фантастической. даже с использованием тяжёлых грузоподъёмных Ми-26.
И в этом случае наличие ВЭС и СЭС позволяет очень заметно снизить потребление той самой солярки и, соответственно, её завоз и затраты на её доставку. дизель-генераторы в значительной степени превращаются в «страхующие» мощности для ВЭС и СЭС. ну а СЭС ещё и замещают в период полярной ночи. В любом случае потребность в горючем существенно снижается. Кстати сказать, СЭС в тех районах строит «РусГидро».
Но пока мы говорили о солнечной и ветровой генерации, а ведь есть ещё и гидрогенерация — гидроэлектростанции (ГЭС) и гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС). Последние служат для парирования пиковых нагрузок. Днём, когда работает всё и вся и потребление электроэнергии максимально, ГАЭС, как и ГЭС, работают на генерацию, а ночью, при минимальном потреблении энергии, они её запасают. Всем хорошо известно, что ГЭС работают за счёт перепада высот уровня воды выше и ниже плотины — когда вода из верхнего бассейна под действием гравитации падает в нижний, вращая при этом турбины, которые, в свою очередь, вращают генераторы. Этакий искусственный водопад, с мутовчатыми колёсами. На самом деле предком ГЭС можно считать самые разные водяные мельницы и заводики стародавних времён. Только там сила падающей воды непосредственно приводила в действие рабочие органы — молоты, пилы (лесопильные мельницы или лесопилки) и так далее.
А ГАЭС могут работать и работают в обеих ситуациях. Днём они вырабатывают энергию, а ночью перекачивают воду из нижнего бассейна в верхний, тем самым создавая запас энергии для парирования следующего пика потребления.
Вообще-то к генерирующим мощностям, не выделяющим парниковые газы, можно отнести и атомные электростанции (АЭС), которые, в свою очередь, можно отнести к тепловым. На АЭС ядерный реактор выделяет массу тепла, которое теплоносителем (неважно жидким или газообразным) передаётся на турбину, а та вращает генератор. И никаких СО2 и прочих «прелестей». Правда в памяти ещё свежи аварии в Чернобыле и на Фукусиме, но реакторы совершенствуются, повышается их надёжность, ужесточаются регламенты эксплуатации, так что в дальнейшем вероятность таких катастроф будет снижаться всё больше и больше.
Таким образом, мы поняли, что существуют как минимум четыре вида электростанций, не выделяющих парниковые газы. Есть, правда, ещё приливные и геотермальные электростанции, но они не играют сколько-нибудь заметной роли как в мире, так и в России.
В 2015 по 2018 г. доля тепловых электростанций (ТЭС) в выработке электроэнергии, занимая как минимум треть, не растёт, а пусть и очень медленно, но снижается, доля ГЭС находится на уровне 20%, АЭС колеблется от 11,5% до 12%, зато доля ВЭС и СЭС выросла за четыре года с 0,04% до 0,42%, то есть более чем в 10 раз. Да, в абсолютных цифрах такая генерация смехотворна, но лиха беда начало. Скажем российская государственная корпорация «Росатом» проявляет интерес к ветроэнергетике: есть план по строительству ветроэлектростанций общей мощностью 1 гигаватт на юге России, при этом заявлена амбициозная цель по достаточно высокой степени локализации производства оборудования для ветряков. для реализации данного проекта в госкорпорации «Росатом» создан новый дивизион — АО «новаВинд», консолидирующий усилия корпорации в передовых сферах электроэнергетики и объединяющий ветроэнергетические активы Росатома. Разумеется, данное АО отвечает и за реализацию стратегии госкорпорации в области ветроэнергетики. При этом локализация производства должна достигать 80%, а производство должно быть налажено на «Атоммаше» в городе Волгодонске. И возможно, что к настоящему времени уже налажено.
Таким образом, в стране создаётся, а вернее, возрождается хорошо зарекомендовавшая себя отрасль машиностроения, ведь СССР до определённого момента был лидером в производстве использовании ветряков для электрогенерации. Ещё в России в 1918 г. этим вопросом заинтересовался профессор В. Залевский, создавший соответствующую теорию и сформулировавший ряд принципов, которым должен отвечать ветрогенератор. А в 1925 г. профессор н. Жуковский организовал в ЦАГИ отдел ветряных двигателей. Вообще-то ветроэлектростанция прямой потомок ветряной мельницы. Только на мельницах ветер крутит жернова, а в Голландии ещё и воду качает, а на ВЭС вырабатывает электричество.
В 30-х годах ХХ века в стране было налажено серийное производство ветроустановок мощностью 3-4 кВт. Самую первую ветроэлектрическую станцию установили в 1930 г. в городе Курске. Мощность станции равнялась 8 кВт.
В 1931 г. в стране заработала на тот момент самая крупная в мире Ялтинская ВЭС мощностью 100 кВт. Развитие данной отрасли шло высокими темпами вплоть до начала 60-х. С 1950 по 1955 годы Союз выпускал до 9 тысяч ветроустановок ежегодно. Во время освоения целины в Казахстане соорудили первую многоагрегатную ВЭС, работавшую совместно с дизелем; общая мощность данной установки составляла 400 кВт. Эта ВЭС стала прообразом для современных систем «ветро-дизель»
Однако к концу 60-х ветроэнергетика Советского Союза уступила место крупным ТЭС, ГЭС и АЭС, и серийное производство «ветряков» было свёрнуто.
И вот случилось. В стране возрождаются ВЭС.
К настоящему времени ВЭС действуют в Калининградской области, в Оренбургской области, в Башкортостане, Калмыкии, на Чукотке, в Белгородской области, в Крыму.
Планируется дальнейшее строительство ветроэлектростанций, мощностью от 15 до 300 МВт, ввод в эксплуатацию предполагается в 2020-2022 гг. Эти генерирующие мощности должны быть построены в республике Адыгея (Шовгеновский, Гиагинский и Кошехабль-ский районы) и в Краснодарском крае (Темрюкский район). Всего же «Росатом» рассчитывает в ближайшие шесть-семь лет поставить на российский рынок порядка 600 ветроустановок общей мощностью 1,6 ГВт.
А как в России обстоят дела с солнечной генерацией? Первые промышленные шаги по развитию солнечной генерации были сделаны не так давно — в 2014 г., когда в эксплуатацию ввели СЭС Кош-Агачская мощностью 5 МВт. После присоединения Крыма количество СЭС увеличилось на 227,4 МВт, а в 2015 г., после введения в эксплуатацию СЭС «Владиславовка» (110 МВт) и «Ни-колаевка» (70 МВт).
Всего же в 2019 г. в России работала 51 крупная СЭС суммарной мощностью 1,418 МВт.
Таким образом, можно сказать, что в России в последние годы концепция бескарбонатной энергетики («зелёный квадрат») получила начальный толчок. Можно надеяться, что данное направление будет развиваться и далее. При этом будет развиваться весьма высокими темпами.
Статья была опубликована в журнале Техника Молодежи за 2021 № 4.
Кроме того почти все статьи, представленные на канале публиковались там же, а также в журналах "Неизвестная История" и "Оружие"