В последний год-полтора в околоинтеллектуальных кругах РФ оживились разговоры на тему альтернативной – она же «зелёная» - энергетики. Как обычно, повод к тому сугубо внешний. Я имею в виду технологическую революцию, развернувшуюся сейчас на Западе, а вообще-то во всём мире. Кроме, разумеется, россиянского захолустья. Дорогие россияне играют, как это ни печально, не слишком почётную роль дикарей, обсуждающих дела белых.
Как известно, любые дикари мудры, ироничны и гораздо лучше знают жизнь, чем глупые европейцы. Они сидят вокруг костра, вдыхают ароматы горящего кизяка и объясняют друг другу, почему у белых чудаков ничего не получается и никогда не получится. Иногда дикари даже оказываются правы: белые тоже совершают ошибки. Но в конце концов белые всегда добиваются успеха, а дикари продолжают нюхать кизяк и острить.
Вот например. Россиянские умники совсем ещё недавно «иронизировали» по поводу наполеоновских планов Илона Маска и его космической программы. Сейчас, когда Маск обошёл Роскосмос – можно сказать, старейшее в мире космическое агентство - по числу запусков, они переключились на обсуждение перспектив возобновляемой энергетики. Дикари, как всегда, не верят, что у белых что-то получится.
Впрочем, сменим тон: дикари обидчивы, надо щадить их чувства. Но к вам-то, уважаемый читатель, это всё точно не относится – вы-то ведь не дикарь? Ну конечно же, не дикарь! Поговорим в таком случае более предметно.
В последнее время по русскоязычной сети прошла волна перепостов и ссылок на очень старый – 1975 года – доклад академика Капицы, который, дескать, ещё тогда разгромил и камня на камне не оставил от идей альтернативной энергетики. Этот доклад теперь пересказывают и развивают, бесконечно цитируют, с радостными криками «Капица доказал, что ничего у вас не получился! Солнечная энергия – фуфло! Без уголька-то помрём! Учите физику!» и т.п.
Что ж, давайте разберёмся. Благо, аргументы советского академика просты и вполне логичны, в отличие от криков его неожиданных поклонников.
Для начала Капица вводит представление о плотности потока энергии, измеряемой её количеством в единице объёма. Скажем, для солнечной энергии это будет – сколько ватт можно снять с квадратного метра солнечных батарей. Это зависит от плотности светового потока и от КПД батарей. Плотность светового потока зависит от Солнца (оно даёт около киловатта на квадратный метр) и от атмосферных явлений (атмосфера снижает поток до 100-200 ватт на метр). Далее Капица делает поправку на низкий КПД тогдашних солнечных батарей и делает вывод, что даже для бытовых нужд потребуется несколько десятков квадратов дорогих солнечных батарей. Ну а тяжпром потребует, чтобы весь экватор обернули в солнечные батареи.
Тут можно начинать смеяться над академиком и его последователями: сейчас на Западе стоят целые кварталы домов, крыши которых покрыты фотоэлементами, и которые не только сами снабжают себя энергией, но и продают её. Но не будем. Вопрос-то интересный. Откуда, собственно, такая эффективность?
В значительной мере это связано с повысившимся КПД батарей и возросшей эффективностью ветряков. Но дело не только в этом.
Никому не нужна энергия как таковая. Энергия нужна, чтобы её потребить. Для этого её нужно доставить до места потребления. Это сопряжено с потерями. Например, чтобы доставить электричество от электростанции до потребителя, ток должен пройти через ряд трансформаторов, потом преодолеть немалое расстояние, причём в нескольких сетях – от воздушки ЛЭП до домовой сети. Потери энергии возникают самые разные – начиная от банального сопротивления (закон Ома никто не отменял) и кончая собственным потреблением подстанций, потерь от погодных условий и т.п. Конкретные цифры потерь зависят от обстоятельств, но они весьма заметны. Где-то сияет огнями атомная станция, а где-то тускло светит лампочка над деревенским сортиром… Кроме того, до потребителя энергия доходит нестабильно: напряжение скачет, ток прерывается. И это мы ещё не берём стоимость создания и поддержания всей этой системы. Провода рвутся, вышки падают, трансформаторы горят, и всё это обходится в копеечку.
В случае использования тех же солнечных батарей потерь энергии практически нет. Расстояние от солнечной батареи до аккумулятора измеряется метрами или десятками метров, от аккумулятора до потребителя – тоже. Простота конструкции и отсутствие потерь существенно повышает привлекательность солнечной энергии.
Это далеко не всё. Бытовое потребление электричества носит пиковый характер. Скажем, ток для освещения улиц и квартир не требуется днём, требуется вечером, в пять утра он не нужен почти никому, а вот в семь – очень даже востребован. Однако традиционные генерирующие мощности нельзя отключить или уменьшить выработку: они производят электричество, даже когда оно не нужно. Особенно это касается наиболее мощных источников энергии – таких, как АЭС, например.
Энергетика же альтернативная с самого начала была ориентирована на то, что поток энергии нестабилен (тучка закрыла солнышко, ветер стих - и что тогда?) и её надо запасать. Поэтому настоящий прорыв случился не тогда, когда КПД солнечных батарей подобрался к 25%, а с появлением современных литиевых аккумуляторов. Например, тот же Маск уже предложил аккумуляторы для дома, запасающие хоть «зелёную» энергию, хоть дешёвую ночную (в США «ночное» электричество стоит существенно дешевле «дневного»). Надеюсь, понятно, что снижение потребления традиционных источников энергии позволяет закрывать, скажем, городские ТЭЦ.
Итак. Расчёты Капицы не учитывает потери и неравномерность потребления энергии. Грубо говоря, электростанции вынуждены производить её с большим избытком, чтобы хоть что-то досталось потребителю. «Зелёная» энергетика этого недостатка лишена.
А теперь рассмотрим вопрос финансовый. Сколько стоит «зелёная» энергия?
Возьмём солнечные батареи. Они дороги. Однако даже при современных ценах на энергию (не очень значительных) они окупаются очень быстро. Средние цифры срока окупаемости для стран Южной Европы составляют 1,5-2 года, для стран Средней Европы – 2,5-3,5 года, а в России срок окупаемости равен примерно 2-5 годам. При этом срок годности современных панелей составляет более 25 лет, а при правильной эксплуатации они могут служить до полувека. Считайте сами.
И это только банальные солнце и ветер. Сейчас изоберают всё больше маломощных, но оригинальных источников энергии. Например, удалось разработать достаточно дешёвые термоэлектрические материалы, которые способны извлекать энергию (капельки, но иногда очень нужные) даже из тепла человеческого тела. Или заряжать смартфон от сковородки.
На это можно ответить: «альтернативная энергетика» может обслуживать бытовые нужды, но не промышленность. Сколько солнечных батарей могут заменить ангарские каскады, производящие 66 млрд кВт·ч? Которые в значительной мере идут на энергоёмкие производства типа алюминиевого? Как же вообще с промышленностью-то?
Тут придётся углубиться в более принципиальный вопрос. А в чём суть энергетической революции? Чего ХОТЯТ ДОБИТЬСЯ люди, затевая всё это?
Критики «альтернативной энергетики» почему-то думают, что любые новшества в этой сфере должны приводить к росту энерговооружённости, «давать больше киловатт». В то время как цели нынешних перемен могут состоять вовсе не в этом.
Посмотрим вот с какой стороны. В настоящее время, чтобы хоть какое-то электрическое устройство заработало (а других нет), необходим его контакт с генератором электроэнергии. Любой уличный фонарь через систему кабелей связана – прямо – с электростанцией. Если что случится с электростанцией – всё, кранты. Если что-то случится с кабелем – в любом месте, неважно где – то же самое.
Теперь посмотрим на фонарь, который днём заряжает от солнечной батареи аккумулятор, а ночью светит. Он может быть при этом подключён к кабелю, через который ему могут добавить энергии, чтобы светил ярче. Однако даже если с электростанцией или кабелем что случится, фонарь всё равно будет светить ночью. Он в принципе способен функционировать в автономном режиме – причём достаточно долго. В принципе, его можно среди леса поставить, и он там будет гореть несколько лет, пока медведь его не повалит.
То же самое касается, скажем, небольшого поселения с ветряками и солнечными панелями на крышах. К нему не нужно тянуть провода на столбах. На крайний случай достаточно движка и резервного запаса топлива. Поселение в принципе способно функционировать в автономном режиме – не очень долго (людям, кроме энергии, нужна как минимум еда), но достаточно, чтобы в случае чего – а случаи разные бывают - иметь временную фору для поиска выхода.
Возьмём, наконец, производство. Не сталеплавильный завод, конечно, а что-то типа пивоварни или небольшого сборочного предприятия. Оно будет нуждаться в поставках сырья, материалов и большом количестве электричества. Однако «чистая энергия» может помочь, например, корректно завершить все необходимые процедуры без вреда для оборудования.
К чему я веду? К очень простой вещи: увеличению уровня автономности – а значит, надёжности – техносферы как таковой. Что предполагает децентрализацию, новое освоение пространства и совершенно новый уровень комфорта.
Ну например. Сейчас для того, чтобы устроить поселение в сельской местности с достаточным уровнем удобства и комфорта, туда нужно тянуть провода – иначе придётся жить при свечах и умываться из бочки. Кроме того, нужны будут запасы горючки – не на лошади же ездить до ближайшего городка. Всё это стоит дороже самого поселения. Сейчас достаточно – по крайней мере, в местности с нормальным климатом, где зима не десять месяцев – поставить дом. Никаких проводов к дому не нужно – все его потребности, начиная от холодильных камер и кончая фонарём над крыльцом обеспечиваются солнечными батареями. Невдалеке – но чтобы не мешал - стоит ветряк, он же станция покрытия: на местности ловится телефон и интернет. Машина – электрокар, что-нибудь вроде «Теслы». Она заряжается медленно, зато и используется в неделю раз. Так можно жить сколько угодно, или всё демонтировать и уехать.
Это для людей. А теперь представьте себе множество автономных устройств, которые буквально усеивают мир – начиная от столиц и кончая глухоманью. Например, буй или бакен с маленькой турбинкой, который светится и подаёт сигналы. Небольшая автономная видеокамера в глухом вроде бы месте. Датчик на солнечных батареях. Всё маломощное, неприхотливое - и соединённое в единую сеть.
Зачем? Скажем так: это даст людям совершенно иное качество освоения земной поверхности и её ресурсов. Когда человек на любом кусочке суши будет знать о нём буквально всё и «проходить как хозяин» по любому бездорожью. Впрочем, достигнутый уровень контроля будет относиться и к самим людям. Новый мир будет прозрачен. Никто и нигде не будет уверен, что какая-нибудь камера величиной со спичечную головку, работающая от фотолепесточка, не смотрит на вас в данный конкретный момент.
Но честным людям бояться нечего, не так ли?
