Водородная и термоядерная энергетика

Вместе с тем в центр внимания выдвигается про­блема освоения не только уже известных источни­ков энергии, но и действительно новых - водорода и термоядерной реакции, которые уже рассматрива­ются как реальные элементы неуглеродной энергетики будущего. Обладая всего одним протоном и одним элек­троном, водород является простейшим и наибо­лее распространенным химическим элементом и энергоносителем во Вселенной и на Земле. "За­манчивость водорода в этом качестве состоит в наличии экологически чистых способов получения и прямого преобразования энергии его окисления в электрическую и тепловую энергию с достаточно высоким кпд. В сфере транспорта оно реализуется через установку на автомобилях топливных элементов с КПД 60% против 20-30% -для двигателей внутреннего сгорания. Это прин­ципиально новое топливо уже применяется в экспериментальном порядке на общественном транспорте девяти крупных городов ЕС. Пока для его производства требуется больше энергии, чем оно само выделяет. К тому же сеть специали­зированных заправок для такого транспорта гро­зит стать очень дорогой. Однако уже с 2010 г. во­дород появляется как самостоятельная строка в энергетических прогнозах ЕС (0.2 млн. т н.э. в 2020г.)

Вопреки первоначальным ожиданиям термо­ядерная энергия сможет выйти на коммерческий рынок не ранее середины века, хотя для ее освое­ния уже строится экспериментальная установка в г. Кадараш (Франция). Обсуждаются по крайней мере еще пять концептуальных проектов термо­ядерных энергетических реакторов мощностью 1500 МВт каждый. Но пока атомная энергетика в ЕС основывается главным образом на реакции деления урана. Уже сейчас в электроэнергетике Евросоюза АЭС дают 30% энергии против 55% по газу и углю, 10% - по ГЭС и всего 5% по возобновляемым источникам энергии.

Наконец, стоит упомянуть и химические ис­точники тока, которые пока используются в ЕС в форме аккумуляторных батарей, хотя и имеют свой обширный рынок в информатике, медицине и на транспорте. Здесь имеются большие надежды на новые аккумуляторные батареи, созданные с помощью нанотехнологий. Такие батареи имеют небольшой вес и время на подзарядку сокращается в десятки раз

За ускоренным развитием ВИЭ стоит не толь­ко технический прогресс, но и нехватка обычной энергии. По политическим соображениям они по­лучают мощную бюджетную и административную поддержку в рамках "Новой энергетической поли­тики ЕС". Однако не менее важно и то, что в возоб­новляемые источники начал верить бизнес - и в Ев­ропе, и в мире уже складывается обширный рынок соответствующего оборудования и услуг.

С 2005 г. в странах Евросоюза конечное по­требление энергии из возобновляемых источ­ников выросло с 87 млн. т н.э. до более чем 100 млн.т. н. э. Структура ее производства в 2007 г. представ­лена в табл. 2.4.

По оценке Сгееnpeace, инвестиции в развитие возобновляемых энергоносителей в ЕС выросли в 2007 г. почти до 70 млрд. долл. против 15 млрд. в 2004 г. Лишь сфера преобразования ветровой энергии ныне обеспечивает работой 180 тыс. че­ловек, биотоплива - 150 тыс., малая гидроэнерге­тика - еще 20 тыс. человек. Только на одной уста­новке по выработке солнечной тепловой энергии на 100 МВт могут быть использованы 400 человек и еще 630 - в порядке межотраслевых связей и т.д.

2.4. Структура производства энергии из

возоб­новляемых источников в ЕС-27

Годовой объем европейского рынка оборудова­ния и услуг для малой гидроэнергетики оценивается в 120-180 млн. евро, рынка фотопреобразователей солнечной энергии - в 14 млрд., ветроэнергетическо­го оборудования - в 25 млрд. евро. А объем всего рынка "чистой" энерготехнологии в 2007 г. составил 148 млрд. долл. (в 2004 г. - 20 млрд.).

Наряду с ростом внутреннего спроса возраста­ют и экспортные продажи, например, ограничи­ваемые в самом Евросоюзе продажи атомного энергетического оборудования. В настоящее вре­мя в мире строятся 29 атомных энергетических реакторов, готовятся к сооружению - 40 и плани­руются еще 70. Объем мирового рынка гелиоэлектрических установок уже превысил продажи полупроводниковых приборов. По прогнозам, к 2025 г. он достигнет 250 млрд. евро.

Среди крупных корпораций лидером здесь вы­ступает Вritish Реtrolеum, которая в 2007 г. произ­вела 763 млн. галлонов биоэтанола и готовится к вводу мощностей еще на 420 млн. л в год. Она же строит в Испании гелиоэлектростанции на 14 МВт с перспективой роста мощности еще на 700 МВт, сооружает водородную энергоустанов­ку в Абу-Даби на 420 МВт, имеет заказы на вет­роэнергетическое оборудование в размере 340 МВт. Корпорация уже вложила в НИОКР в этой области 1.5 млрд. долл. и собирается вло­жить еще 8 млрд. в следующие десять лет 21. Ин­терес к альтернативной энергетике проявляют и нидерландские компании, которые в 2020 г. наме­рены вырабатывать на базе ВИЭ 30% тепла и 20% электроэнергии. Американский нефтяной гигант ExxonMobil готовится к росту спроса на солнечную и ветровую энергию. Ожидается, что в период до 2030 г. спрос на них будет увеличиваться век и еще 630 - в порядке межотраслевых связей и т.д.

Постепенно снижаются издержки производства альтернативной энергии, хотя пока они все еще намного выше, чем издержки традиционной (за исключением энергии ГЭС и АЭС). Так, стоимость электроэнергии, снимаемой с фотопреобразователей, снизилась с 0,55 – 1.1 долл./кВт-ч в 1990 г. до 0.22-0.44 долл. 2008 г. В перспективе ожидается ее дальнейшее падение до 0.11-0.12 долл. в 2020 г. и 0.13 долл./кВт-ч в 2030 г. Сократились сроки окупаемости бытовых тепловых насосов – в ФРГ, Швеции и Австрии они доведены до трех лет. КПД сгорания древесных гранул ныне достигает 85-95%. Только в ФРГ работает миллион котлов и печей, в которых в 2006 г. было сожжено 4 млн. т таких гранул. Установка солнечных панелей на крышах ряда домов в Кельне и 3игене(ФРГ) увеличила квартплату на 1.25-2 евро за кв. м, но дала экономию расходов на энергию в 50-70 евро. И таких примеров достаточно.

Иногда к снижению издержек ведет и рост единичных мощностей новых энергоустановок. В частности, в ФРГ мощность новых заводов производству древесных гранул доведен 1 млн. т в год, что привело к снижению их розничной цены - в настоящее время она составляет 290 евро за тонну. Гелиоэнергостанция под Лейпцигом состоит из 93 тыс. модулей и имеет мощность 40 МВт, крупнейшая станция в Португалии– из 52 тыс. при мощности - 11 МВт и т.д.

Табл.2 .5. Производство энергии из возобновляемых источников, млн. т н.э.

Сценарии: I - консервативный, при цене нефти 61 долл. за 1 барр.; 11 - тот же, при цене нефти 100 долл. за 1 барр.; 111 - оптимистический, при полной реализации мер "Новой энергетической политики" ЕС и цене нефти 61 долл. за 1 барр.; 1У - тот же, при цене нефти 100 долл. за 1 барр.

Более развернутые прогнозы на этот счет дает Европейский совет по возобновляемой энергии. По оптимистич­ным прогнозам доля ВИЭ в электропотреблении ЕС может составить 19.7% в 2010 г. и 33-40% в 2020 г. против 16% в 2006 г. Конечно, это еще не решение всех энергопроблем и не грядущая не­углеродная (малоуглеродная) революция в энер­гетике, но, безусловно, подспорье в их решении и перспективное направление технологического поиска.

Во-первых, "возобновляемые" еще не означа­ет бескрайние или неисчерпаемые. Свои преде­лы имеют гид­роресурсы, запасы уранового сырья ресурсы биомассы. Подчас ис­пользование какого-либо ресурса в сфере энерге­тики лишает возможности применения его в дру­гих отраслях. В частности, использование био­массы для снижения энергозависимости ЕС на пять процентных пунктов потребовало бы отве­дения под ее целевое выращивание до 20% агроплощадей .

Во-вторых, сам процесс получения энергии из этих источников нестабилен, что делает необхо­димым подсоединение к генерирующим установ­кам еще и резервных и накопительных мощно­стей. Иными словами, такая энергия (энергия ветра, Солнца, геотермальных вод), как правило, не годится для прямой передачи в стационарные сети электро- и теплоснабжения даже с целью по­крытия пиковых нагрузок. Крайне разнородно и само исходное энергосырье. Например, даже по таким относительно гомогенным изделиям, как древесные гранулы, стандарты по размерам, плотности, влажности, зольности, теплоте сгора­ния, насыпной массе и пылевидности в Германии, Австрии и Швеции значительно различаются.

В-третьих, именно поэтому энергоустановки на возобновляемых источниках хороши пока лишь для ограниченного, локального энергоснаб­жения и с трудом поддаются кольцеванию или включению в стационарные энергосети. Есть у них свои пределы и по единичным установлен­ным мощностям и коэффициентам загрузки. К примеру, Румыния имеет в малой гидроэнергети­ке мощности в 6.3 МВт, но они складываются из 1900 отдельных малых плотин и агрегатов. В Финляндии действуют 56 таких малых плотин, в Хорватии - 29. Строго локализованы и геотер­мальные установки, а биомассу вообще проще утилизировать на местах, чем транспортировать на крупные ТЭЦ.

В-четвертых, энергия из возобновляемых ис­точников не имеет универсального применения - она заведомо адресна. Возобновляемые источники годятся в основном для получения либо электроэнергии (малая гид­роэнергетика, приливы, волны, АЭС, ветер), ли­бо тепла (геотермальная), либо энергии движе­ния (водород).

В-пятых, сказанное о различиях в сфере при­менения справедливо и в отношении географии использования, которая охватывает не всю тер­риторию ЕС, а, как правило, небольшую группу стран. Так, ветровые установки используются главным образом в Германии, Испании, Нидер­ландах, Дании, гелиоэнергетические - в Герма­нии, Испании, Португалии, Греции. Приливные ГЭС эксплуатируются только во Франции, гео­термальные источники - в Италии, Франции и Исландии, а непищевую биомассу сжигают в ос­новном Центральная и Восточная Европа.

В-шестых, вектор стоимости энергии из возоб­новляемых источников вовсе не направлен одно­значно на ее снижение. Необходимость выращи­вания пищевой биомассы не на плодородных зем­лях, а на пустошах и неудобьях, конечно же, повышает издержки ее производства. Чем мень­ше дебит и напор воды, тем дороже малая гидро­энергетика. Например, в 2007 г. в Испании гелиоэлектроэнергия подорожала с установок мощностью менее 10 МВт - до 0.44 долл./кВт/ч. мощностью 10 МВт - до 0.42 долл./кВт/ч и свыше 10 МВт - до 0.23 долл./кВт/ч.

В-седьмых, энергоустановки для выработки альтернативной энергии пока еще имеют пилот­ный характер, поэтому в инвестициях непропор­ционально высокую долю занимает первона­чальный монтаж. Например, в цене гелиоэлектрического модуля его собственная стоимость составляет только 75%, а 25% - затраты на установку.

В ЕС возобновляемые носители и получаемая с них энергия пока еще не стали предметом международной торговли. Не­смотря на высокую энергозависимость, Евросо­юз ограничивает импорт такой энергии. Слабы и ее перетоки внут­ри единого европейского рынка. По-видимому, это объясняется все тем же локальным характе­ром использования альтернативной энергии, осо­бенно тепла, а также ее нестандартным каче­ством и известными проблемами с ограниченно­стью мощностей по трансграничной передаче электроэнергии. Защищая внутреннего произво­дителя и собственную энергобезопасность, ЕС существенно ограничивает, например, ввоз чужого топлива. За исключением сферы термоядерных исследований здесь слабо развивается и научно-техническое сотрудничество с третьими стра­нами.

Традиционные углеводородные источники энергии не собираются сдавать своих позиций. Совершенствуются технологии ввода в хозяйственный оборот тяжелых видов нефти, битуминозных песчаников и газогидратов. Их запасы в мире примерно равны газонефтяным запасам. Модифицируются технологии "чистой" газификации угля, регенерации ядерного топлива, улавливания и повторного использования углерода и т.д. Главное же, впечатляющих успехов повсеместно достигает экономия энергии и именно она, а не возобновляемые источники, служит ныне главным компенсаторным фактором в энергобалансе.