Неиссякаемая энергия

Мировая энергетика находится в состоянии беспрецедентной неопределенности, указывают эксперты Международного энергетического агентства (МЭА) в отчете World Energy Outlook 2010. Запасы традиционных энергоресурсов – нефти, газа и угля – стабилизировались, а стоимость их добычи неуклонно растет. Это положило конец энергетической эйфории середины XX века и изменило отношение мира к потреблению энергии: теперь во главу угла поставлены эффективность и рациональность.

Правда, ставка на экономию не вполне себя оправдала, признают эксперты: несмотря на энергосберегающие технологии, потребление ресурсов продолжает расти. К 2035 г. спрос на первичную энергию увеличится более чем на 35% (по сравнению с 2009 г.) до 16,7 млрд т нефтяного эквивалента, подсчитало МЭА. Мир нуждается в более экологичной, безопасной, надежной и устойчивой энергосистеме, пишут эксперты агентства, и главную роль в ее построении могут сыграть возобновляемые источники энергии.

Энергия воды

Некоторые из них уже получили широкое распространение. Например, гидроэнергетика: ее доля в мировом энергобалансе составляет около 16%, свидетельствуют данные МЭА. Лидеры рынка – страны с высоким гидропотенциалом: Китай, Канада, Бразилия, США и Россия. Их совокупная доля превышает 55% от общемировой гидрогенерации. А ГЭС этих стран способны удовлетворять примерно 7% всего мирового спроса на электроэнергию.

Главные причины такой популярности гидроэнергетики – широкая доступность и неограниченность основного ресурса – воды, а также низкая стоимость производимой энергии. В среднем она не превышает $0,05 за 1 кВт ч, подсчитали эксперты МЭА. По оценкам Администрации энергетической информации США, себестоимость 1 кВт ч на новых газовых электростанциях комбинированного цикла – около $0,06.

К 2050 г. на ГЭС будет вырабатываться почти вдвое больше энергии, чем сегодня (до 5749 ТВт ч), прогнозирует МЭА. Правда, доля гидроэнергетики в общем энергобалансе снизится до 14,1%, считают эксперты: постепенно этот источник энергии будет вытесняться другими. Дело в том, что перспективы дальнейшего развития гидроэнергетики ограничены: большинство территорий с высоким гидропотенциалом, где протекают большие реки или водопады, уже сегодня активно эксплуатируются.

Еще один водный источник энергии – мировой океан. Оценить всю его мощь ученые пока не могут, но предварительные расчеты все же есть: по мнению экспертов МЭА, совокупная потенциальная мощность энергии океана превышает 90 000 ТВт ч в год, т. е. в 4 раза больше, чем сегодня потребляет человечество.

Уже сегодня есть ряд технологий, позволяющих вырабатывать электричество, используя энергию волн, приливов, течений и даже разницу температур у поверхности и в глубине океана. Правда, большинство таких разработок находится на самом начальном этапе развития, поэтому говорить об их широком применении пока не приходится. Кроме того, энергия, вырабатываемая с помощью энергии океана, как правило, получается очень дорогой: от $5,6 до $16,8 за 1 кВт ч, подсчитали эксперты МЭА.

Но отдельные разработки все же применяются. Речь идет об энергии приливов и отливов. Пока в мире действует не более 10 приливных электростанций (ПЭС). Крупнейшая – Shihwa (проектная мощность – 254 МВт) запущена в августе 2011 г. в Южной Корее. Работа этой ПЭС позволит стране ежегодно экономить более 860 000 барр. нефти. При этом себестоимость вырабатываемой Shihwa энергии, по словам представителя Korea Energy Economics Institute, невысока: $0,088 за 1 кВт ч.

Энергия ветра

Еще один востребованный сегодня возобновляемый источник энергии – ветер. По данным World Wind Energy Association (WWEA), в 2010 г. суммарные мощности мировой ветряной энергетики составили 196,6 ГВт, увеличившись на 23% по сравнению с предыдущим годом. И это самый низкий показатель прироста за последние шесть лет, отмечается в отчете.

Причина такого стремительного развития – доступность и экономичность. Себестоимость ветряной электроэнергии в среднем составляет $0,09 за 1 кВт ч, пишет WWEA.

Две трети всех работающих сегодня ВЭС расположены в пяти странах – Китае, США, Германии, Испании и Индии. Лидер по установленной мощности – Китай, там сконцентрировано более 22% всех ВЭС. Но в общем энергопотреблении страны доля ветра составляет всего 1,2%. В среднем по миру в 2010 г. этот показатель составил 2,5%.

Энергия ветра неисчерпаема. Ее резервы более чем в 100 раз превышают запасы гидроэнергии всех рек планеты. Но есть и недостатки: выработка ВЭС напрямую зависит от силы ветра – фактора непостоянного. А значит, гарантировать стабильность работы энергосистемы ветроэнергетика не может. Это основное препятствие для увеличения доли энергии ветра в национальных энергосистемах.

Еще один сдерживающий фактор – экология: в непосредственной близости шум от работы ветрогенератора сопоставим с шумом отбойного молотка (около 95–100 дБ). В совокупности с низкочастотными колебаниями (их вызывает вращение лопастей) это оказывает негативное влияние на локальные экосистемы.

Энергия солнца

Количество солнечной энергии, поступающей на Землю за неделю, превышает энергию всех мировых запасов нефти, газа и угля, вместе взятых. По прогнозам МЭА, уже к 2060 г. фотогальванические и работающие на базе солнечной энергии электростанции будут обеспечивать половину мировой потребности в электричестве. Технологии развиваются стремительно: только в 2010 г. установленные мощности солнечных станций увеличились на 72,6% (до 40 ГВт), говорится в докладе ВР. Лидер роста – Евросоюз (82% до 29,6 ГВт). В США рост составил 53% до 2,5 ГВт.

Самая большая на сегодняшний день солнечная электростанция – Sarnia мощностью 97 МВт находится в Канаде. Энергию для нее помогают аккумулировать более 1 млн зеркал. Но есть и намного более амбициозные проекты. Крупнейший из них – Desertec стоимостью в 400 млрд евро предполагает строительство в пустыне Сахара солнечных электростанций мощностью около 100 ГВт.

Но, несмотря на высокие темпы роста и амбициозные планы, пока что солнечная энергетика не может конкурировать с традиционными источниками ни по эффективности, ни по экономике проектов: коэффициент преобразования солнечной энергии в электрическую не превышает 12–16%, а стоимость вырабатываемой при этом электроэнергии значительно выше, чем у тепловых станций. По подсчетам Администрации энергетической информации США, себестоимость 1 кВт ч солнечной станции сейчас примерно $0,21. В Европе, по оценкам Европейской ассоциации фотогальванической промышленности (EPIA), еще выше – $0,23–0,5 за 1 кВт ч. Правда, крупнейший мировой производитель солнечной электроэнергии – First Solar недавно сообщила, что к 2014 г. может довести цену 1 кВт ч до $0,1–0,12, что сравнимо с показателями газовых станций в пиковые часы.

Еще один сдерживающий фактор – сложность в диспетчеризации такого вида энергии. Так же как и ветроэнергетика, энергия солнца нерегулируема и непостоянна: она зависит от погоды, времени суток и года. А значит, получаемую в ясную погоду энергию надо уметь аккумулировать и распределять по системе в течение суток. Но современные технологии пока не позволяют человечеству эффективно (и экономически оправданно) накапливать и хранить большие объемы энергии. Поэтому доля солнечной энергии в общей генерации ничтожно мала – 0,1%, гласят данные ВР.

Энергия земли

Общий выход тепла из недр на земную поверхность оценивается в 30 ТВт, отмечается в отчете Research.TechArt. Это почти в 6 раз превосходит мощность всех действующих сегодня энергоустановок. Технологии, позволяющие использовать этот потенциал, не стоят на месте: за последние 10 лет мощность геотермальных станций почти удвоилась и составляет сегодня около 13 ГВт. Сейчас работает 215 геотермальных проектов в 24 странах мира.

Главными достоинствами геотермальной энергии являются неиссякаемость ресурсов и полная независимость от условий окружающей среды, времени суток и года. Но использование подобных технологий сегодня экономически оправдано только в районах с высокой вулканической активностью, таких как Филиппины или Исландия. Там геогенерация уже обеспечивает около трети потребности в электроэнергии. Благодаря «природной предрасположенности» стоимость ее невелика – всего $0,03–0,08 за 1 кВт ч (по оценкам МЭА). В регионах, где вулканическая активность не так велика, развитие геотермальной энергетики еще долго будет сдерживаться высоким уровнем капитальных затрат на подобные проекты и дороговизной вырабатываемой энергии.