Мировое общество уже издавна дискуссирует тему использования других источников энергии. Но, хотя их известны 10-ки, проходят годы, а массового перехода на их не наблюдается. В то же время некие специалисты, подсчитав расходы на нефть и газ, в самом не далеком будущем обещают катигоричные перемены в этом направлении. Согласно жизнеутверждающим прогнозам, к 2020 г. «альтернативная» толика в энергобалансе достигнет 12,9%.
Фавориты ведущих стран пока не очень рассчитывают, что скоро раскроется неиссякаемый источник дешевенькой энергии. Но политики сообразили значимость темы, и вопрос о интернациональной энергетической безопасности уже был поставлен в рамках мероприятий Большой восьмерки. Русской стороной озвучено мировоззрение, исходя из которого углеводороды могут интенсивно потребляться еще полста лет. За этот период времени должна быть сотворена другая энергетика.
По данным Интернационального энергетического агентства и Организации государств — экспортеров нефти (ОПЕК), в текущее время большая часть электроэнергии в мире делается из углеводородного сырья. При всем этом нефть и газ вырастают в стоимости по мере исчерпания доступных месторождений. Уголь (залежи которого достаточно значительны), как энергоэлемент, не удовлетворяет современным экологическим требованиям. Интенсивно разрабатываются «чистые» методы его использования (к 2020 г. технологи обещают сделать угольную ТЭС с практически нулевым выбросом СО2), но это опять ведет к удорожанию получаемой энергии.
Определенную долю мирового электричества вырабатывают гидроэлектростанции. Этот ресурс, видимо, удержит свои позиции — даже невзирая на то, что с экологической точки зрения он далековато небезупречен (запруживание рек плотинами ГЭС серьезно нарушает экосистему). Сначала это касается государств с доминированием равнинного ландшафта, к которым можно отнести и Беларусь (перепад высот меж Дзержинским холмиком под Минском и равниной Немана составляет наименее 250 м).
Другие возобновляемые источники — солнце, ветер, биомасса — дают пока наименее 5% мировой энергии (хотя в Западной Европе и ряде стран Восточной Азии данный показатель приближается к 10%). Основная причина слабенького роста этой толики кроется в том, что по мере роста цены обыденных энергоэлементов подымается и стоимость производства других устройств.
Не так издавна видными учеными, в том числе нобелевским лауреатом Жоресом Алферовым, была высказана увлекательная мысль введения новейшей валюты, которая не будет подвержена инфляции, — энергорубля. Он должен быть увязан с неким количеством энергии. Если мы применим таковой «рублевый баланс» к АЭВИ (другой энергетике на возобновляемых источниках), исключив промышленные ГЭС, итог будет не очень обнадеживающим.
Так, солнечную энергию нереально получать на поверхности Земли круглые сутки в хоть какое время года (в особенности в умеренных широтах). Достаточной силы ветра для ветрогенератора также может длительно не быть. Подразумевается, что в данном случае будут применены батареи. Определим их число для подогрева обыденного дома площадью 100 м2. Согласно нормам, при температуре внешнего воздуха -20°С для этого нужна мощность 16,6 кВт. Означает, за день мы израсходуем 398,4 кВт/ч электроэнергии. Авто аккумулятор в 60 А/ч с напряжением 12 В после полной зарядки способен дать 0,72 кВт/ч. Получаем 553 аккума, либо около 10 т аккумов на день! А для полного энергоснабжения их нужно в пару раз больше, и к тому же придется подменять их каждые пару лет. Молвят, что энергоемкость серийных аккумов мала, но отличные тоже стоят много. При этом конкретно поэтому, что на их затрачено много труда, а означает — энергии. Например, литий-ионный аккумулятор мобильника за срок собственной службы способен дать электроэнергии на сумму во много раз наименьшую, чем его стоимость.
Итак, 1-ый тезис: суммарные издержки на создание энергии при помощи других возобновляемых источников часто превосходят количество приобретенной от их энергии. Новые технологии позволяют значительно уменьшить расходы на внедрение других установок, но экономического прорыва все они еще не обеспечили.
Точки роста
Не всегда учитываются утраты при преобразованиях энергии. Они делают прибыльным применение других установок, конкретно использующих механическую энергию (насосы, мельницы и т.д.). Не считая того, хотя малая энергетика, обычно, выдает более дорогую энергию, чем большая, но близость к по¬требителям отчасти оправдывает издержки. Скажем, для отопления маленького дома площадью 50—60 м2 и изготовления еды требуется 3,5—5 м3 биогаза в час. Из 1 т биомассы его можно получить 80—100 м3. В конечном итоге необходимо 8—10 т сырья в неделю. Так что в ограниченных масштабах конкретно на фермах и предприятиях по переработке сельхозпродукции, с учетом цены обычных энергоресурсов и их транспортировки, внедрение биогаза полностью правильно.
С удорожанием водянистых и газообразных углеводородов планируется обширное применение малорентабельных пока горючих сланцев либо торфа, припасы которого в Беларуси значительны, также «возобновляемой» древесной породы. Вероятное получение водянистого горючего синтина из их пока менее прибыльно, чем из угля. Потому остается спаливать их в приспособленных для этого энергоустановках, мирясь с завышенным загрязнением среды. Но, если учитывать цена переделки имеющихся котлов с газа и водянистого сырья на жесткое горючее (пусть даже приспособленное, типа топливных гранул из древесной породы), также более маленький КПД комбинированных энергоустановок по сопоставлению с газовыми, то опять имеем недостающий «баланс в энергорублях». Комбинированные котлы целенаправлено использовать для отопления личных домов, но не для масштабного получения электроэнергии.
Про воспроизводство древесной породы стоит сказать раздельно. Естественно, ее применение возрастет, в том числе как сырья для хим индустрии. Но неудача в том, что дерево в наших широтах вырастает медлительно (в Рф — приблизительно 4 м3 в год на человека). Может быть, поможет обещаемое потепление климата?
Упомянем очередной способ преобразования солнечной энергии — парогенераторы с зеркалами. В СССР была схожая электрическая станция на 5 МВт. Как досадно бы это не звучало, солнечные ЭС с концентраторами в разы проигрывали угольным по экономическим характеристикам.
Несколько «равномернее» солнечных батарей и обыденных ветряков работают ветровые циклонные электростанции. Но их недочеты те же: сравнимо маленькая мощность и высочайшая цена монтажа.
Геотермальная энергетика известна издавна. Но ее толика в глобальных масштабах остается малой — далековато не всюду можно сравнимо дешево и просто (как в Исландии) сделать добычу подземного тепла.
Электростанции на энергии приливов и отливов, как и морских течений, из-за ненадежности массивного оборудования и трудности работы в зимний период пока вероятны только в качестве экспериментальных. Генераторы промышленных масштабов тут должны быть больших размеров из-за низких скоростей воды. При всем этом они будут работать в брутальной морской среде, что прирастит цена эксплуатации.
Сформулируем 2-ой тезис: по мере исчерпания обычных энергоэлементов и роста цены их добычи рентабельность приобретенной из их энергии безизбежно будет падать. А переделка обыденных энергоустановок под наименее действенное горючее (как и применение новых технологий для роста КПД) только отсрочит будущий кризис.
Поглядим через призму энергорублевого баланса на водородные и ядерные источники энергии. Получение водорода просит больших энергозатрат, а смесь его с кислородом взрывоопасна. В СССР были освоены водородные технологии для ракетных и самолетных движков. Но спустимся с небес на землю. Львиную долю энергии потребляет индустрия, и в особенности наземный транспорт. На него в США тратится более 70% ввозимой нефти. А для автомобилей водород как горючее существенно уступает обычному бензину. Конкретно из экономических суждений пока обширно не выпускаются обещанные модели водородных движков, цель которых — понижение выброса «парниковых» газов. Но лаборатория заморочек энергетики и среды Массачусетского технологического института обосновывает: хотя такие движки сравнимо «чистые», выбросы заводов, которые будут создавать их и водородное горючее для их, «компенсируют» всю экологическую выгоду. По воззрению профессионалов, движки на водороде оказываются не лучше гибридных силовых установок (дизель + электромотор). В ряде источников высказывается мировоззрение, что водород — только вероятный аккумулятор энергии, при этом не самый успешный. Более перспективен синтез аналогов синтина либо спирта. Все же правительство США ассигновало млрд баксов на разработку водородных источников энергии, а наикрупнейшие авто компании продолжают работы по применению водорода в химических генераторах (топливных элементах) для электропривода машин. В данном случае КПД оказывается выше, но снова же не учитываются затраты энергии для получения водородных топливных частей (надсистемные по отношению к транспорту).
Поближе к звездам
Как лицезреем, на Земле пока не выходит добывать АЭВИ без вреда для среды. Может быть, выйти в космос? В 3-ий раз повернемся к Солнцу. По неким оценкам, из других источников только наше светило на теоретическом уровне способно покрыть все потребности населения земли. Но люди еще не научились по-настоящему отлично «снимать» солнечную энергию. При подходящем развитии технологий может быть внедрение галлактических солнечных батарей и отражателей с передачей энергии на Землю концентрированным лучом с длиной волны 10—12 см. Беря во внимание опыты Николы Теслы по беспроводной передаче энергии, это не так уж и фантастично. Нобелевский лауреат Николай Семенов гласил о том, что конкретно на Луне заработает 1-ая инопланетная электрическая станция, которая закроет солнечными батареями лик нашего спутника. С того времени КПД полупроводников значительно вырос, и уже не требуются панели в 10-ки миллионов квадратных км. По подготовительным расчетам, современные антенны для приема «энергосигнала» с Луны в Техасе могут иметь форму эллипса 8 х 10 км.
Но обеспечивать растущие аппетиты населения земли нужно прямо на данный момент. И, как уже говорилось, для массовой энергетики нужно, чтоб выход энергии хотя бы в пару раз, а не на проценты, превосходил издержки. В итоге мы безизбежно приходим к атомной теме. Толика АЭС в мировой энергетической корзине составляет на данный момент порядка нескольких процентов. В то же время в промышленно продвинутых странах (ФРГ, Франции и др.) она существенно выше. Наша родина также исходит из того, что единственной реальной подменой углеводородам является атом. По всераспространенному воззрению, ядерное горючее — более экологически незапятнанное (если исключить возможность терактов и техногенных катастроф типа чернобыльской).
Какие еще перспективы проглядывают в дальнейшем? Оптимизм внушают кандидатуры в рамках самой ядерной энергетики. Они связаны с новыми технологиями и видами горючего для АЭС. Идет речь об освоении термоядерного синтеза и об «идеальном термоядерном топливе» гелии-3, отысканном на Луне.
В первый раз мысль термоядерного ТОКАМАКа была высказана в СССР еще посреди 1950-х. На данный момент считается, что конкретно термояд вырвет цивилизацию из лап энергетического голода. А наилучшее горючее для него — гелий-3. На Земле его фактически нет, потому и приходится работать с «неудобным» дейтерием. А на Луне гелий можно разрабатывать практически с поверхности. «Быть может, самый многообещающий путь решения глобальной энергетической задачи связан с внедрением гелия-3 в термоядерном синтезе, с его добычей и доставкой с Луны, — гласил директор Института геохимии и аналитической химии РАН Эрик Галимов. — Уже сейчас этот метод был бы экономически более прибыльным, чем внедрение горючих ископаемых либо урана, если б была готова разработка термоядерного синтеза и соответственная инфраструктура».
Над установкой для термояда ученые бьются издавна. Интернациональный проект ИТЭР подошел к стадии определения площадки для строительства. Правда, пуск системы обещают только к 2030 г., и это навряд ли будет прибор для промышленной генерации энергии. Но США, самый мощнейший участник, вышли из проекта ИТЭР. Похоже, они считают, что построят собственный реактор резвее — за 15—20 лет. Кстати, тот же срок бытует в южноамериканском проекте «Возвращение на Луну», оцениваемом в гигантскую сумму — 98 миллиардов долл.
При всем этом Соединенные Штаты пошли ва-банк не только лишь из-за опасности энергетического кризиса. До 2020 г. на Луну не считая их собрались ЕС, Япония, Наша родина и Китай (одной из основных задач лунных миссий также будет исследование гелия-3). К «космической гонке» подключаются все новые игроки, и ее новый виток, похоже, неизбежен.
Итак, сформулируем 3-ий тезис: катигоричные решения энергетической задачи требуют выхода за границы Земли. В итоге «замершее» было в конце XX в. освоение космоса вновь получает мощнейший импульс к развитию. Это все таки лучше, чем растрачивать миллионы баксов в денек на войны типа иракской за нефтеносные регионы планетки…