Главная » 2013 » Июнь » 2 » Ветер вместо атома: скорее мечта, чем перспектива
23:24
Ветер вместо атома: скорее мечта, чем перспектива
Смоленская АЭС
Возможно ли в обозримом будущем заменить атомные электростанции другими источниками энергии? Может ли соперничать с АЭС ставшая столь модной энергетика возобновляемых ресурсов? Ответ на оба вопроса, если, повторю, говорить о близком будущем, может расстроить многих; этот ответ – нет.
Пока тема энергетики не испарилась из памяти постоянных моих читателей, хочу её дополнить и, пожалуй, на данный момент завершить.
Когда я писал о «зелёной» энергетике, то упомянул об одном журнале, в который я думал продать эту тему в виде малой переделки уже написанной и опубликованной статьи. Кстати, я там неправильно назвал этот журнал – моё сотрудничество с ним ограничилось одною этой статьёй, и его название как-то не закрепилось в памяти. Я назвал журнал Business World, а на самом деле он называется World Economic Journal. Тоже неслабо, да?
Так вот. Там был редактор, которые цепко понимал интерес и стиль своего издания. И, несмотря на то, что мы – добрые приятели, он меня изрядно прессовал, и статья получилась совсем другая. Именно поэтому я считаю возможным и полезным разместить её здесь. Тем более, что Антиплагиат показал уникальность 100% – значит, в интернете её нет, читать её вы не могли. И ещё – поисковики наверняка оценят её как оригинальную , а это тоже важно.
Четыре примечания.
1. Выкладывая заказанную и купленную статью, считаю необходимым хотя бы дать активную ссылку на сайт издания, которое заказало и оплатило: http://world-economic.com.
2. Редактора моего зовут Ярослав Пархоменко. Это указать тоже обязательно, так как без него статьи бы не было. Он со мной работал долго, не просто заставлял доделывать и переделывать, а активно помогал по существу и кое-где просто формулировал фрагменты. Показать бы вам нашу переписку, да ещё наши асечные и телефонные переговоры… поняли бы, что такое писать серьёзные статьи для квалифицированного заказчика В ход пошла восьмая редакция, и это – не считая тысячи оперативных правок под телефон или аську.
3. Не особо досадуйте, когда встретите куски текста, знакомые по «Was ist зелёная энергетика». Их сравнительно немного, новой информации – процентов 80, не меньше. Да что там, сама цель, главный объект текста – другой.
4. Статья журнальная, немаленькая. Для блога пришлось поделить на две части. В этот раз не буду растягивать на два дня, помещу обе сегодня. Обратите на это внимание, прочитайте обе.
Кстати, Ярослав, понимая вкусы своей редакции, назвал статью «Безъядерный блеф»; здесь название то, которое предлагал я. Я не буду строго придерживаться отредактированных им подзаголовков. Всё-таки я – автор статьи, и блог – мой… даже что-нибудь допишу там, где сочту нужным.
Всё, начинаем.
Атомная энергетика сегодня
Это 433 реактора в 30 странах мира. В прошлом году они произвели 13,5% всей электроэнергии на планете. Для полутора десятков стран, главным образом европейских, управляемые реакции ядерного распада — источник более чем четвертой части потребляемой ими электроэнергии.
Франция, АЭС «Каттеном». Кстати, на ней в 2012 году было ЧП – неисправность реактора 2-го блока (из четырёх). И ничего, автоматика преспокойно остановила реактор, за дело взялись специалисты…
До фукусимской трагедии АЭС давали Франции 75,8% электроэнергии, Бельгии – 55,1%, Украине – 45,2%, Японии – 36,7%, Германии – 28,3%, США – 18,7%, России – 16% (европейским её регионам – около 30%).
Пока АЭС нормально работает, она является весьма экологически чистым объектом. Проблема радиоактивных отходов, как ни стращают ею масс-культурные журналисты, последовательно решается. Наиболее эффективная на сегодня технология – закачка отходов в глубокозалегающие пласты пористых проницаемых пород, способные удерживать отходы в ограниченных объёмах, сохраняя стабильность в течение миллионов лет.
Но есть ещё один фактор: аварии, угрожающие масштабными экологическими катастрофами. Такие события редки, но получают огромный общественный резонанс, и протесты против использования ядерной энергии давно стали козырем в политических играх.
Последняя крупная авария на японской АЭС «Фукусима-1» вызвала новую бурю негодования, и, в частности, привела к изменению политической ситуации в Германии. Забытый было план отказа от АЭС к 2022 году актуализирован, более того, срок его реализации сокращён на 2 года.
Чем же страна компенсирует отказ от источника 28% используемой ею электроэнергии?
Возможно ли вообще в обозримом будущем заменить АЭС электростанциями других типов?
Кроме атомных станций, сегодня применяются тепловые (ТЭС), гидроэлектростанции (ГЭС); несколько типов солнечных (СЭС); ветровые (ВЭС); геотермальные (ГеоТЭС); приливные (ПЭС); и нескольких других видов, которые пока можно отнести к экзотическим.
Что у нас с «классикой жанра»?
ТЭС, сжигающие углеводородное топливо, в качестве перспективных рассматривать нельзя: мешают их недостатки. С одной стороны, экономические: количественно ограниченное и постоянно растущее в цене топливо делает бессмысленным прогнозирование стоимости «теплового» киловатт-часа. С другой – экологические: угольная ТЭС мощностью 1 ГВт (миллион киловатт) потребляет в год 8 млн тонн кислорода, а выбрасывает 200 тыс. т. твёрдых и 10 млн т. газообразных отходов!
ГЭС «Тукуруи» в Бразилии
ГЭС – превосходный способ генерации, по самой своей идее подходящий для выработки «хорошо упакованного», удобного в употреблении электричества; впрочем, как и ТЭС. Стоимость его сильно варьируется, но, как правило, невысока: некоторые ГЭС рентабельнее, чем АЭС. И именно поэтому на развитие сети ГЭС уже сложно рассчитывать: в Германии, Франции и Италии степень освоения гидроресурсов достигает 95%, в Великобритании – 90%, в Японии – 84%, в США – 82%.
Впрочем, когда говорят о «зелёной» энергетике, имеют в виду не ГЭС, а прежде всего «великолепную четвёрку» источников: ветер, солнце, приливы и геотермальные зоны.
Приятная добавка
Начнём с последних. Самая крупная из построенных на сегодня ГеоТЭС – Heber в США – имеет мощность 50 МВт. Российская Мутновская ГеоЭС по проекту должна выдавать 80 МВТ, но пока до этой цифры далеко.
Мутновская ГеоЭС
То есть для ГеоТЭС характерна сравнительно небольшая мощность энергоузлов. Для сравнения: знаменитая ДнепроГЭС, полностью введённая в строй в далёком 1932 году, уже тогда имела мощность 560 МВт, а сегодня – 600 МВт. Но ДнепроГЭС – маленькая станция; а большая, например, Саяно-Шушенская, выдаёт 6400 МВт!
А если учесть ещё, что геотермальные зоны сравнительно редки и весьма прихотливо распределены по земному шару, то становится ясно: геотермальными станциями заместить АЭС нельзя. Да, в Исландии они вырабатывают 30% всего электричества страны, а на Филиппинах – 24%. Но, например, суммарная установленная мощность 77 таких станций в США составляет около 3,1 ГВт – это лишь 0,3% от всех генерирующих мощностей страны. В то время как 63 американских АЭС с их 104 энергоблоками имеют общую мощность около 100 ГВт – 10% общей мощности американской энергетики; при этом, за счёт исключительно стабильной генерации, они обеспечивают порядка 20% совокупного электропотребления.
Самая большая приливная электростанция в мире – французская «Ля Ранс» с плотиной длиной 800 м – имеет мощность 240 МВт. Утверждают, что стоимость её энергии в полтора раза ниже, чем у той, что поставляется французскими АЭС. Но «Ла Ранс» находится в исключительно благоприятных условиях: приливы здесь в среднем 8 м высотой. Таких мест в мире совсем немного, поэтому ПЭС могут служить хорошей «прибавкой» к энергопроизводству, но не могут быть его основой.
«Ля Ранс»
ГеоЭС и ПЭС, как и ГЭС, хотя бы доказали свою способность вырабатывать конкурентоспособное электричество – удобное в использовании, сравнительно недорогое и экологически приемлемое. Чего нельзя сказать о двух других типах «альтернативных» установок.
Зелёные упования – присмотримся?
Совсем недавно, в марте сего года, в пустыне, в 120 км от Абу-Даби, запущена самая мощная в мире солнечная электростанция – «Шамс-1». Её мощность 100 МВт; пишут, что она занимает площадь 285 футбольных полей.
Желая определиться поточнее, посмотрел в интернете разметку футбольного поля. Нашёл: рекомендуемая длина 105 м, ширина 68 м. Если взять эти значения, то площадь, занимаемая «Шамсом», составляет 2034900 кв. м, или, округляя, 205 гектаров. То есть более 2 кв. км.
«Шамс-1»
«Шамс-1» – станция так называемого башенного типа: зеркала собирают солнечную энергию на большой площади и направляют её на башни-котлы, в которых греется и испаряется вода. Дальше – понятно: турбины, генераторы, трансформаторы, сеть.
Есть солнечные станции и других типов. Например, испанская компания собиралась открыть в 2011 году в Аризоне СЭС мощностью не то 250, не то 280 МВТ – в разных источниках пишут по-разному; случись это, она стала бы рекордной. У этой станции теплоноситель циркулирует не в башнях, а по трубам, смонтированным в фокусе зеркал. Но я так и не нашёл сообщений – запущена ли она, и, если запущена, то на полную ли мощность. Так что не будем про Аризону, равно как и про 500-мегаваттную станцию в пустыне Мохаве, которая ещё точно не запущена. На март этого года «Шамс-1» была самой мощной.
Ещё тип, который, пожалуй, первым приходит в голову, когда говорят о солнечной энергетике – фотовольтаические установки, или, проще говоря, солнечные батареи.
До 2012 года крупнейшей такой станцией в мире была СЭС в Сарнии (Канада), заработавшая в октябре 2010 года. В мае же 2012-го, сообщают, в Индии была запущена такая станция на 600 МВт… Тут какая-то неразбериха: если станция в Индии действительно запущена в мае 2012-го, то почему 100-мегаваттная абу-дабийская, запущенная в марте 2013-го, повсеместно называется самой мощной в мире среди всех типов? Ещё таковой же называют 100-мегаваттную крымскую станцию «Перово», вроде как построенную австрийцами в 2011-м…
Не буду я в этом разбираться, потому что – не суть. Разница в год-другой вряд даёт принципиальное преимущество в технологии. Поэтому буду оперировать канадской. Тем более что она лишь чуть-чуть слабее «Шарма» – её мощность равна 97 МВт. Станцию составляют 1,3 млн солнечных панелей, занимающих площадь 385 га, или около 4 кв. км.
СЭС в Сарнии
Кстати, энергию, производимую этой станцией, в течение 20 лет обязалось покупать правительство провинции Онтарио, которое и инициировало её постройку. Очевидно, цена этого электричества слишком велика для свободного рынка.
Для Европы перспективы развития СЭС куда туманнее, чем для Канады и тем более Эмиратов: в облачную погоду мощность солнечного излучения здесь может не достигать и 100 Вт на кв. м. Массовые типы солнечных батарей имеют КПД от 9 до 24%. При таких условиях цена 1 кВт•ч составит свыше $0,2. По прогнозам экспертов, стоимость «солнечной» электроэнергии к 2020 году должна снизиться примерно вдвое.
Но европейские АЭС уже сегодня производят киловатт-часы стоимостью всего $0,02!
Мне представляется, что для Европы фотовольтаические станции перспективнее. Я думаю, что для эффективной работы зеркал башенной СЭС нужна очень высокая интенсивность солнечного излучения – проще говоря, откровенная жара: чем жарче, тем лучше. Понятно, почему рекордную башенную станцию построили в аравийской пустыне.
А вот солнечная батарея будет что-то давать и при низкой интенсивности облучения – работают же батареи у космических аппаратов, садящихся на Марс, долетающих до Юпитера и далее. Так что, если говорить о «центрах сосредоточения» мировой цивилизации, то им больше подойдут солнечные батареи.
Таково моё мнение; может быть, я ошибаюсь – поправьте.
Я уже сказал о высокой цене киловатт-часа у СЭС. Для фотовольтаической установки она имеет две основных причины.
Первая: солнечная батарея вырабатывает постоянный ток. И, чтобы от неё работали привычные приборы, оборудование и машины, ток надо преобразовывать в переменный, стандартной частоты. А для передачи на большие расстояния нужно ещё и многократное увеличение напряжения.
Почему?
Главная причина потерь электроэнергии в линии – переход её в тепло на сопротивлении проводов. А эти потери пропорциональны току. А мощность пропорциональна току и напряжению. Значит, для передачи большой мощности с малыми потерями надо увеличивать напряжение, а ток увеличивать не надо. Поэтому в магистральных линиях электропередачи фигурируют напряжения в сотни тысяч вольт.
Вот для этого и нужны преобразователи.
Вторая причина очевидна: ночью солнечная станция вообще ничего не генерирует, а в ненастье генерирует мало. Значит, нужны или эффективные хранилища электроэнергии, или постоянно готовая к работе альтернатива этому альтернативному источнику :)
Поэтому вся современная солнечная энергетика очень дотационна и ещё долго такой останется.
Ещё один немаловажный аспект. Мощность самой крупной в Европе Запорожской АЭС – 5,7 ГВт. Нетрудно подсчитать, что солнечная станция такой же мощности, построенная по новейшим «башенным» технологиям, займёт площадь 117 кв. А по более вероятным для Европы фотовольтаическим технологиям, если брать уровень совершенства Сарнии, – вообще 226 кв. км! Где вы найдёте в Европе такие свободные площади?
Один из лидеров в создании сети ветроэлектростанций – Германия. Уже в 2030 году немецкие ВЭС должны вырабатывать электричества больше, чем сегодня АЭС. В производстве оборудования для ВЭС также лидируют немецкие компании. Несколько лет назад фирма Repower стала строить установки мощностью 5 МВт; это в 3–10 раз больше мощности агрегатов, выпускаемых массово.
Но это меньше мощности одного-единственного электровоза!
И при этом такая станция представляет собой башню высотой 183 м, на вершине которой расположен агрегатный блок весом 400 т с ротором диаметром 126 м!
Вспомним ту же Запорожскую АЭС – для её замены потребуется 1140 таких ветряков. Крупнейшая в мире ВЭС в Техасе — это 627 турбин установленной мощностью 780 МВт, занимающие 400 кв. км. Но 780 МВт – это лишь 13,6% мощности Запорожской АЭС, площадь территории которой составляет лишь 16 кв. км. Конечно, территория под ветростанцией не является совсем потерянной; но, согласимся, варианты её использования довольно-таки ограничены.
Даже сам не ожидал, что варианты использования ограничены настолько… Ну, что здесь можно разместить? Гаражный кооператив?
Напряжение, снимаемое с ветряного генератора, крайне нестабильно по амплитуде и частоте – из-за того, что нестабилен сам ветер, – значит, его надо преобразовывать и стабилизировать. Этим на ветростанции занимается конвертор, стоимость которого может составлять до 50% стоимости всего агрегата. Еще порядка четверти стоимости приходится на аккумулятор, необходимый на случай слабого ветра.
Получается, что три четверти затрат на ветрогенератор не связаны с генерирующим оборудованием. Неудивительно, что себестоимость электроэнергии, сделанной из ветра, относительно высока: для европейских ветропарков она составляет $0,035 –$0,070 за 1 кВт•ч.
И правительству Германии приходится щедро платить за «озеленение» энергетики страны: программа создания и эксплуатации инфраструктуры ветроэнергетики подразумевает ежегодное выделение на 20 млрд евро в течение 20 лет.
Если вы считаете, что данный текст или изображения нарушают ваши авторские и/или смежные права,
сообщите об этом администрации сайта через Гостевую книгу или на e-mail vemsev@gmail.com для принятия мер по устранению нарушения.
Ещё кому интересно можно почитать про 100 гигаватную Пенжинскую ПЭС которую возможно построить в Охотском море. http://ru.wikipedia.org/wiki/%CF%E5%ED%E6%E8%ED%F1%EA%E0%FF_%CF%DD%D1
, а это тоже важно. 
