Влад Василенко
7
All posts from Влад Василенко
Влад Василенко in Свежий взгляд,

Солнце, ветер и вода

С середины прошлого года Германия регулярно платит потребителям за использование электроэнергии. Ценник там выставляется динамически в зависимости от производства и потребления. Когда происходит перепроизводство электроэнергии, цена выставляется с отрицательным знаком. Перепроизводство происходит благодаря возобновляемым источникам, которых в общем энергетическом миксе около 33%. Учитывая, что цель у немцев — 100%, то отрицательная цена за электричество будет выставляться все чаще и чаще. Конечно, если не найдут, что делать с такими объёмами лишней электроэнергии, но об этом позже. Больше всего энергии дают ветрогенераторы и, собственно, главный прирост в будущем будет происходить благодаря новым турбинам. Солнечная энергетика тоже развивается, но по географическим причинам существенно отстаёт, проигрывая биомассе.

В Дании регулярное перепроизводство началось пару лет назад, поэтому электричество стали продавать соседним странам. Все это исключительно благодаря ветрякам. Солнечная энергия там занимает 2% от общего производства – меньше, чем энергия от переработки мусора. Цены в Дании тоже динамически выставляются и отрицательный ценник может держаться 50–120 часов и больше, если нет спроса у соседних стран. То есть бывает, что почти целую неделю можно пользоваться электричеством бесплатно.

Перепроизводство электроэнергии в таких объёмах – феномен нового времени. Старые источники (уголь, газ, атом) давали электричества столько, сколько нужно, по соответствующей цене, разумеется. Солнце и ветер не позволяют делать такой контроль производства. Решений тут несколько. Самое простое – отдавать лишнее электричество соседним странам. Например, для Дании это пока работает, хотя Германия начала отказываться из-за собственного перепроизводства, а очень крупные партии ветряков ставят уже даже финны. Второй вариант – хранить электричество в огромных аккумуляторах. Проблема только в том, что таких аккумуляторов просто нет. Технология производства высокоэнергетических долговременных батарей, конечно, есть. Но применяются такие батареи очень ограниченно из-за их цены и токсичности. Из-за токсичности, кстати, производство подобных батарей во многих странах просто запрещено. Нужно сказать, что решение проблемы хранения давно откладывается. Много лет назад предполагали, что хранить энергию надо будет только на рубеже 30—40% от общего производства. Когда этот рубеж был преодолён, решили сбрасывать электричество другим странам либо в пустоту, так как новых, чистых, безопасных технологий хранения до сих пор нет. Сейчас говорят о рубеже в 60%. Третье решение – пускать лишнее электричество в дело, требующее больших объёмов электроэнергии… типа майнинга. Но майнинг... что-то не прижился в Дании и Германии, поэтому сейчас идёт мозговой штурм…

Посмотрим, как дело обстоит в США. Кстати, успехи Германии в этой области были оценены высоко, поэтому Америка выписала немца Мартина Келлера и сделала его директором Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии. Он там не один такой. На благо Брата Джонатана трудится много немцев. Департамент Энергетики США в августе сего года предоставил последний отчёт по ветроэнергетике. Согласно этому отчёту, популярность ветряков в США уже перекрывает популярность солнечных батарей. Вот почему: 1) Технологическая эволюция турбин (больше 40% американского рынка занимает датская Vestas, с ней борется Дженерал Электрик, но пока проигрывает датскому качеству). С каждым годом увеличивается высота положения ступицы и диаметра ротора, что позволяет отнимать всё больше кинетической энергии у ветра. 2) Новые технологии производства турбин и массовость продукта снижает цену ветряков. 3) Совершенствуется вся конструкция ветряка, материалы и его сборка. За шесть лет стоимость установки сократилась в 2 раза.

Поэтому теперь электроэнергия, получаемая из ветра, стала самой дешёвой из существующих на рынке. В 2009 году один мегаватт-час стоил 70 долларов, теперь он стоит около 15-10 долларов и ниже, например, в Техасе. Конечно, между разными штатами пока есть различия, но благодаря новым высоким ветрякам, они будут сглаживаться. Мартин Келлер видит дальнейшее снижение стоимости турбин и установки благодаря сборке ветрогенераторов на месте. Что-то подобное пытаются делать китайцы, но там все как-то выглядит кустарно. Что касается американского правительства, то, без сомнения, они берут пример с Германии и Дании.

В России тоже есть избыток электроэнергии, правда, не из-за солнечных и ветряных ферм, а по причине продолжающейся деиндустриализации, свёртывания производств и, соответственно, деэлектрификации. Потенциал возобновляемой энергетики в России не используется совсем. Согласно последнему отчёту парижской REN21, даже гидроэнергетика отстаёт от мировых трендов. Существующие в России электростанции и электросети эксплуатируются с 60-х годов, и большинство из них находятся в аварийном состоянии. В случае перехода на новую энергетику, уровня Германии или США, или минимальной индустриализации, для которой необходим качественно иной уровень энергообеспечения и энергогенерирования, старые электросети просто не выдержат. То есть при любом раскладе, придётся работать.

А вообще, зачем России новая энергетика? Нефть, газ, уголь вроде есть. Их хватит для своих нужд. Правда, тут не совсем ясно сколько есть газа, нефти и угля. Хотя, угля точно в России полно, очень дрянного качества. Осталось дело за малым – добыть его и довезти. А вот с газом и нефтью есть вопросы. По всем официальный и неофициальным оценкам неразведанных запасов нефти и газа не так много. Видимо, поэтому Международное Энергетическое Агентство и предрекает России спад начиная с 2020 года. Проблема ещё и в том, что их нужно как-то отыскать, добыть, разогреть, доставить и так далее. Учитывая, что себестоимость добычи нефти со старых месторождений (которые близки к исчерпанию, поэтому-то и бьют сейчас рекорды по добыче, как в классическом примере с уменьшающейся популяцией промысловой рыбы) в России не самая дешёвая в мире, финальная цена нефти из новых месторождений будет ещё выше. Можно предположить, что покупать нефть окажется дешевле, чем искать её по всей Сибири. А так как на экспорт нефти своей не будет, то и покупать её будет не на что. Останется только уголь. АвтоВАЗ начнёт выпускать паромобили, а Сухой – самолёты Можайского. Тогда в отдельно взятой стране будет построено первое трудовое общество победившего стимпанка.

Выскажу банальные слова. Прежде всего, смысл перехода на новую энергетику заключается в том, чтобы получать электроэнергию из дармовых источников – из ветра, солнца, воды, да хоть воздуха, если получится. Все это доступно в любой точке на карте почти в любое время, почти в нужном количестве. Но, главное, новая энергетика не самоцель, это только ступенька перед более крупным технологическим прорывом. А для создания этого прорыва, необходимо перманентное поступательное технологическое развитие. Без развития происходит деградация, отставание и падение в яму безвременья.

Согласно ещё старому отчёту World Bank за 2005 год, вся электроэнергия, получаемая сегодня в РФ, может быть получена целиком из ветра. Больше всего, предполагалось тогда, ветряные фермы дадут энергии на Кубани (вдоль Волги и Дона, например) и в Калмыкии. Учитывая, какие изменения произошли в этой энергетике за десять лет, можно легко говорить о потенциале перепроизводства электричества. То, что нам нужно.
С солнечной энергетикой дело обстоит похуже, точнее, на большей части России – совсем никак. Но Кубань и Калмыкия тоже отлично подходят.


Теперь вернёмся к вопросу о том, куда девать излишки электричества, пока нет толковых батарей. Г-н Келлер предлагает направить их на получение водорода. Водород можно получать из газа, нефти, угля и т. д. Это так называемый коричневый или чёрный водород. Смысла в чём, разумеется, нет. А вот экологически чистый способ – через электролиз – вполне подходит. Электричества как раз надо много. Учёные, несмотря на успехи с солнцем и ветром, постоянно бьются над улучшением катализатора для проведения электролиза. Каждый год происходит улучшение технологии. Главный прорыв был сделан в 2014 году, когда вместо дорогих платины и иридия стали использовать обычное дешёвое железо и никель. В прошлом году и в этом тоже был прогресс. Можно констатировать, что катализаторы теперь не являются проблемой, они становятся дешевле, долговечнее, и – главное – благодаря последним достижениям, новые катализаторы требуют меньшего электричества для запуска реакции. То есть можно производить много дешёвого водорода.

Про водород и водородную энергетику в России написано много книг. Водородная энергетика – мощнейшая из доступных нам в данный момент. Неисчерпаемая, экологически чистая, с высокой надёжностью энергоснабжения и т. д. и т. п. Водород может удовлетворить любые потребности как авиапрома и автомобилестроения, так и космонавтики. Сфер применения водорода – уйма. Сам г-н Келлер предлагает водород вот по какой причине. Развитые страны столкнулись с проблемой полной электрификации транспорта. Например, транспорт, предназначенный для больших расстояний — самолёты, сухогрузы, крупные грузовые автомобили и т. д. — плохо поддаётся электрификации. Для такого транспорта подойдёт водород или нечто с водородом в основе. Во-вторых, произведённый водород сам становится эффективной батареей, благодаря последним разработкам нанотехнологий, поэтому излишки не скидываются в пустоту. Конечно, в процессе электролиза происходит некоторая потеря, но это лучшем, чем ничего.

При всех очевидных плюсах машины с электродвигателем, у водородной есть ряд преимуществ: 1. Заправляется быстрей. 2. Едет дальше с одной заправки. 3. Производство водорода может быть на месте, что решает все проблемы с логистикой. 4. Если сравнивать с литиевой батареей, водородная держит «заряд» дольше, не обнуляется со временем. 5. Существенно лучше ведёт себя в холодном климате. Потери нулевые. В холодном климате обычные батареи придётся менять чаще. 6. Не нужны дорогие кобальт и литий, а только графит для создания матриц из нанотрубок. На данный момент — это единственный способ удержания водорода. Будет, наконец, чем Роснано заняться, а не чёрт знает чем. Кстати, есть исследования, согласно которым, лития и, тем более, кобальта на планете мало. 7. Нет необходимости рециклинга литиевых батарей. Эта процедура очень дорогая. Пока даже нет представления, как утилизировать большие батареи в индустриальных масштабах. 8. Машина на водороде весит меньше, чем электрокар с батареей. Например, водородная Хонда весит 1600 кг, а Тесла 2025 кг в самой лёгкой комплектации. Поэтому у Теслы все выходит дороже: тормоза, подвеска, шасси, колёса, шины. 9. Заправки на водороде стоят дешевле электрозаправок из-за большего потока машин. Итак, Россия является отстающей в этом технологическом марафоне. Есть соблазн срезать часть дистанции, пока большинство передовых стран заняты производством переизбытка электроэнергии и играми в электрокары, грубо говоря, разумеется. Куда можно бросить силы? Из моего текста понято, что нужны новые технологии батарей, которые могли бы заменить старые технологии долговременного хранения электроэнергии... Но самое важное - нужно разработать отечественные двигатели/автомобили (даже если это будет корыто) на водороде с последующей адаптацией под крупный транспорт. Здесь, правда, придётся конкурировать с Японией. Министерство экономики, торговли и промышленности Японии ставит ставку на водород и водородную экономику. Все главные разработки сейчас идут там. Германия и США пока притормаживают. Китай, кстати, тоже. Поэтому японцы пытаются сработать на опережение.

Хотя, как притормаживают. В Германии 40% железных дорог не электрифицировано. В марте этого года они запустили первый поезд на водороде, и тесты показали, что судя по всему, будет выгодней не заниматься доэлектрификацией, а сразу заменить все поезда на водородные. Идея эта неновая, первым предложил водородную экономику/энергетику один немецкий инженер, бывший нацист, в 1968 году, основываясь на соответствующем опыте. Но заказов на эти новые водородные поезда пока мало – около 60 штук. В США Шевроле разработал внедорожник для военных тоже на водороде. Смысл в том, что такая машинка не видна в тепловизорном прицеле… Это, кстати, к вопросу о безопасности машин на «взрывоопасном» водороде.

Но вернёмся в Россию. Разумеется, смысла в подобных разработках нет, если нет прочной внутренней базы новый энергетики, как в Германии и США. Поэтому России необходимо перепроизводство электричества, совмещая ветроэнергетику, солнечную энергетику и, на случай неудачной погоды, гидроэнергетику (Волга, Дон, Маныч, Сал, Кума, Егорлык). Кстати, до бума ветряков немецкое правительство заказало исследование о потенциале гидроэнергетики с учетом последних технологических наработок. Это исследование выявило больше 15 тысяч неиспользованных точек для развития. Думается, что в России цифры будут на порядок больше. При строительстве новых проектов типа советской «Большой Волги», будут нужны современные гидротурбины, которые не только вырабатывают больше электричества, но и не губят рыбу и увеличивают концентрацию растворенного кислорода, таким образом, на выходе из хранилища вода становится чистой от сероводорода, аммиака, металлов. Но это отдельная история...

Источник