- Как и на каком сырье будет развиваться энергетика в ближайшие десятилетия, как будет меняться энергетическая картина мира?
- Какие альтернативные источники лучше и реальнее – солнце, ветер, древесина, биогаз?
- Можно ли и, если да, то как решить вопрос энерговооружённости российских регионов за счёт возобновляемых источников?
Игорь Шкрадюк
Эти и другие вопросы мы обсуждаем с Игорем Шкрадюком – физиком, инженером, экономистом, координатором программы экологизации промышленности благотворительного фонда «Центр охраны дикой природы» и и соавтором прогноза развития мировой энергетики до 2050 года.
Если начать с выводов, то самые важные и интересные штрихи картины мировой энергетики, которую он нарисовал в нашем разговоре, выглядят следующим образом:
- В ближайшие 10 лет основные тренды – повышение эффективности газовых теплоэлектростанций за счёт внедрения парогазового цикла параллельно с развитием энергетики на возобновляемых источниках;
- К 2020 году резервы модернизации электростанций, работающих на ископаемых углеводородах, будут исчерпаны. В то же время ветряная энергетика достигнет зрелости и перестанет расти теми же темпами, что и сейчас;
- После 2020 года вероятен расцвет солнечной энергетики. Совершенствование технологий производства солнечных батарей с резким снижением затрат и экологических рисков откроет дорогу солнечной энергетике, использующей самый надёжный и распространенный источник энергии;
- Также после 2020 года возможен интересный поворот энергетического сюжета – конкуренция между «новой атомной» и альтернативной энергетикой; по мнению И.Э. Шкрадюка, атомная энергетика конкуренции не выдержит;
- В целом же панацеи для решения энергетической проблемы нет и быть не может – в каждом случае своё оптимальное сочетание способов получения тепла и энергии.
Модернизация старого или развитие нового?
– Несмотря на развитие альтернативной энергетики, распространена и точка зрения, что это пока несерьёзно. И она подкреплена цифрами – в России и мире примерно две трети энергии производится на ТЭС, использующих ископаемые углеводороды – уголь, газ, нефтепродукты.
– Когда-то «несерьёзными» считали разговоры о телефоне, аэропланах и многом другом. Применительно к альтернативной энергетике – сейчас мощность всех солнечных и ветряных ЭС мира превышает мощность всех ЭС России. Это серьёзно или нет?
Справка
На Россию приходится примерно 5% установленной мощности электростанций и выработки электроэнергии в мире.
Во время кризиса мощности солнечных, ветровых, биогазовых ЭС росли.
А возобновляемая энергетика относится к новому технологическому укладу, для которого кризис – не падение, а расчистка пространства для роста.
Справка
О новом, «неуглеродном» технологическом укладе в энергетике говорят и другие специалисты, прогнозируя переход к нему к середине XXI века – в 2030-2050 гг.
В Испании в прошлом году было уже два дня, когда ветряки давали 40% выработки электроэнергии в стране, хотя это приходилось на праздники.
Здесь, в Подмосковье, довольно трудно окупаются ветряки, но совсем другая ситуация на Курильских островах, в Норильске, на Чукотке.
Дело в том, что адепты «традиционной» углеводородной энергетики рассматривают среднюю ситуацию по стране – «среднюю температуру по больнице», не различая специфику регионов.
– Развитие энергетики вы в большей степени связываете с использованием возобновляемых источников или совершенствованием технологий производства на традиционных электростанциях?
– Стратегическое направление так или иначе – освоение ВИЭ, потому что нельзя бесконечно надеяться на запасы, созданные природой.
А в среднесрочном плане – на ближайшие 10 лет, основной путь, наряду с развитием энергетики на ВИЭ, – модернизация существующих ТЭС и котельных с переводом на парогазовый цикл. Благодаря ему КПД газовых ТЭС сейчас можно очень быстро поднять.
Что представляет собой установка парогазового цикла? Это газовая горелка высокой температуры, газовая турбина, в которой газ крутит лопатки и, отдавая энергию, остывает. Охлаждённый газ имеет температуру более 500 градусов, который выгоднее пустить уже не на турбину, а на производство пара. Вода испаряется, и пар уже совершает работу, крутя лопатки паровой турбины. КПД такого тандема может достигнуть в совокупности 60% по электричеству и более 90% комбинированно по электричеству и теплу, если отработанный пар использовать для отопления домов.
Причём эта парогазовая установка может быть относительно небольшой, т.е. её можно построить в каждом райцентре вместо котельной.
Таким образом мы можем произвести гораздо больше электроэнергии, не потребляя больше газа. В принципе, эти парогазовые установки годятся и для того, чтобы использовать биогаз. Если поставить мембрану, разделяющую метан (СН4) и СО2, то из биогаза можно получить чистый метан.
Тем не менее, это всё равно использование невозобновляемого источника сырья, а для устойчивого развития требуется масштабный переход на возобновляемые источники энергии.
Другое дело – это не произойдёт одномоментно, на это потребуются десятилетия. Энергетика – очень консервативная область, сейчас ещё работают турбины, построенные 40-50 лет назад, такого же возраста и ЛЭП.
Также очень важен вопрос аккумулирования энергии. Пока энергетики признают, по сути, только один способ – гидроаккумуляцию. Между тем есть множество способов аккумулирования, позволяющие накопить энергию, когда дует ветер или светит солнце, и использовать её потом. Это аккумуляция тепла в подземных хранилищах, нагрев грунта, расплавление солей с нагревом воды в больших ёмкостях, это запасание энергии в супермаховиках, в сверхпроводящей катушке.
А Институт катализа СО РАН в Новосибирске ещё в советское время разрабатывал способы аккумулирования химической тепловой энергии. Например, под действием высокой температуры – 5000C метан (СН4) с водяным паром превращаются в угарный газ (СО) и водород (Н2). Затем, если без доступа кислорода пустить обратный процесс, образуется горячий газ (смесь метана и водяного пара), который будет крутить турбину.
Первоначально задача ставилась Минсредмашем, вопрос был, куда девать атомную энергию в период низкой нагрузки. А опытные работы проводились в солнечной печи, где можно нагреть материалы до 17000С.
Директор института за эти работы в прошлом году получил Государственную премию. Но энергетики эту возможность пока не заметили.
– Чего ждать в долгосрочном плане, после 2020 года?
– К этому времени не только господствующие ныне технологии исчерпают резерв повышения эффективности, но и ветряная энергетика достигнет зрелости и не будет уже развиваться такими же темпами, как сейчас. И наступит время развития солнечной энергетики.
Говорят также о «ядерном ренессансе» в перспективе. Сейчас атомная энергетика на спаде. Производство электроэнергии на АЭС прошло пик в 2006 году, а вскоре нам придётся останавливать реакторы, введённые в эксплуатацию до Чернобыля.
Старые реакторы теряют конкурентоспособность. Стоимость строительства АЭС и солнечной ЭС сопоставимы (в пересчёте на единицу мощности), но эксплуатационные затраты АЭС на порядки выше. Кроме того, очень высокие затраты и риски связаны с ядерными отходами.
Сейчас в мире ведутся работы по созданию новых типов ядерных реакторов на чисто металлическом теплоносителе и других конструкций, но всё это будет после 2020 года. Потому что к 2020 году в лучшем случае будут построены опытные образцы. Но, как говорит Александр Бычков (директор НИИ атомных реакторов, с 2011 года назначенный зам. генерального директора МАГАТЭ), новые ядерные реакторы будут конкурировать не со старыми, а с новой энергетикой. Он, как патриот своей технологии, надеется, что новые ядерные реакторы смогут выдержать конкуренцию. Но я полагаю, что не смогут.
Солнечная энергетика
– Вы говорите о перспективах солнечной энергетики, но есть ведь серьёзные экологические проблемы, связанные с производством солнечных батарей?
– Экологические проблемы заключаются в следующем.
Кремний для производства батарей получается из обычного песка – SiO2. Чтобы отобрать у кремния кислород, используется углерод. SiO2 + С = СО2 +Si. Для получения кремния мы вынуждены использовать огромное количество углерода и выбрасывать в атмосферу СО2.
При этом мы получаем так называемый металлургический кремний, в котором есть примеси. Чтобы получить чистый кремний, есть несколько способов. Самый распространённый – с помощью трихлорсилана (НCl3), при котором кремний осаждается с выделением хлора и хлороводорода (НCl).
Поскольку это производство нуждается в хранилищах Cl и НCl, всё относительно благополучно лишь до тех пор, пока нет утечек и тем более пожаров. Если же ёмкость с хлором рванёт, никому мало не покажется.
В прошлом году РУСАЛ попытался построить завод по производству солнечного кремния в Абакане. При этом «скромно» умолчали, сколько хлора потребуется и что будет при чрезвычайной ситуации. Естественно, что жители города выступили против.
Есть и другой вариант. «Ренова» и «Роснано» в Чебоксарах строят завод по производству кремния по другой технологии – тонких плёнок. Это требует уже в сотни раз меньше кремния, и производство гораздо более чистое.
Я уж не говорю о принципиально новых материалах. И как только появятся некремниевые солнечные батареи, прорыв в стоимости может быть колоссальным. Впереди у нас – солнечные батареи на углероде. Пока идут интенсивные опыты, рано говорить о результатах, но они будут. Будут и пластиковые солнечные батареи.
– Но пластик – это же нефть?
– Я не спорю, но пластик пластику рознь – и по качеству, и по цене. Кроме того, это новое направление, где затраты быстро снижаются.
Полвека мы пользуемся солнечными батареями на кремнии, которые также были установлены на спутниках. За это время цена 1 кВтч солнечной энергии снизилась во много раз, можно вместо миллиметрового слоя кремния использовать микронный, можно очищать кремний без применения хлора, т.е. с гораздо меньшим загрязнением среды и потреблением энергии.
Пока построить солнечную станцию так же дорого, как и АЭС, но эксплуатационные затраты в десятки раз меньше и намного меньше проблем с рекультивацией. Солнечная станция не работает ночью, зато её можно сделать абсолютно любой мощности – от ватт до гигаватт.
Посмотрим, что будет ещё через десять лет, с появлением новых материалов для солнечных батарей.
Энергетические решения для средней России
– Есть определённые природные зоны, где ветряную, солнечную, геотермальную энергетику выгодно развивать. Но в сердце страны, в средней полосе России – провал.
Нет стабильных и сильных ветров, недостаточно солнечной энергии, гидроэнергетический потенциал не очень велик, залежей ископаемых углеводородов тоже нет. Что можно предложить?
– Первое. Выгоднее всего не тратить ресурсы зря. Есть резервы для снижения затрат энергии. Например, котельные не дают электроэнергию, а ГРЭС не дают тепло, но тепло и энергию можно когенерировать.
Также надо повышать КПД теплоэлектростанций, переводя их на парогазовый цикл, о чём мы говорили ниже.
Второе. Нельзя искать панацею сразу от всех болезней. Пример: вечером ветер сильнее, чем днём, зимой – сильнее, чем летом – ветряки удачно дополняют солнце.
Есть также биогаз. Если говорить о Москве, то за счёт органических отходов города можно обеспечить его энергопотребление всего на 0,1%, что, конечно, мало.
Но в случае с животноводческой фермой, начиная со 100 голов скота, она может обеспечивать себя теплом за счёт собственных отходов.
При этом технология получения биогаза позволяет получать на выходе и метан, и удобрение, причём оно выходит в более удобном виде для использования на полях – стерильное, без запаха, при этом необходимые растениям микроэлементы сохраняются.
Таким образом, локальные решения для небольших населённых пунктов и хозяйств возможны, но остаются мегаполисы. Вообще, с точки зрения энергообеспечения и энергоэффективности лучше жить рассредоточенно, в небольших городах.
Но, если говорить об обеспечении мегаполисов энергией за счёт ВИЭ, то остаётся главным образом солнышко. И энергию всё равно придётся транспортировать. В Западной Европе солнца столько же, сколько у нас, поэтому они рассматривают возможность строительства солнечных станций в Сахаре.
Европейская же часть России почти полностью обеспечивается энергией за счёт Сибири. Но почему нельзя построить ЛЭП не только от сибирских ГЭС, но и от астраханских степей, и гнать солнечную энергию на север из южных краёв и ветровую – с побережий вглубь континента?
– Что вы думаете о древесных пеллетах?
– Нужно рассмотреть их с двух точек зрения – технико-экономической и экологической.
С технико-экономической точки зрения пеллеты имеют преимущества перед обычными дровами и даже углём – это стабильное горение (близкое к газу), низкая зольность (1,5%-2% против 10%-40% у угля), удобство транспортировки и подачи и возможность её автоматизации. Теплотворная способность пеллет – 4-5 тыс. ккал/кг – такая же, как у необогащённого угля.
Сейчас в России несколько десятков производств пеллет, в основном на экспорт, больше всего – в Германию. Немцы оценили возможность заменить пеллетами уголь. Одна из причин – решается проблема утилизации золы. Что касается стоимости, то они готовы платить и по 100 евро за тонну.
Для наших потребителей это пока дорого. Так, в Вологодской области сложилась парадоксальная ситуация. Они хотели перевести свои котельные с угля на древесное топливо, но оказалось, что уголь из Воркуты дешевле своих дров. Вероятно, дело в возможности концентрированной добычи угля.
Кроме того, относиться к лесу как возобновляемому источнику надо осторожно.
3 млрд тонн угля, потребляемых в мире ежегодно в настоящее время, нельзя заменить 3 млрд тонн пеллет.
Есть, с одной стороны, выход в виде создания плантаций быстрорастущих деревьев. Это, например, ива на севере и бамбук – на юге. Но тут в силу вступают экологические факторы – монокультура не выполняет функции биорегуляции. Вероятно, самый яркий пример – пыльные бури на целине в 1950-е. Это относится и к древесным растениям.
Ещё один пример – плантации голубых елей в Германии, высаженные в середине XIX века. Всё было хорошо, но через 100 лет началось массовое заболевание деревьев. Поскольку ели не были дополнены другими компонентами экосистемы, не так шло обогащение почвы и другие процессы. Так что здесь может потребоваться сто лет, чтобы понять, каковы будут последствия.
Поэтому к пеллетам я отношусь хорошо, но при их ограниченном использовании. Точно так же и с торфом.
Источник: http://www.rgo.ru/2011/02/energoscenarii-2050/
|
