Прогнозы и прогнозирование

Учёные не знают, какой будет энергетика будущего

Человечество идёт по пути всё более интенсивной смены энергоисточников. В 19 веке люди едва освоили уголь. А уже с начала 20 века потребление энергии на земном шаре выросло в 11 раз, при этом количество людей увеличилось только в 4 раза. Появились источники на нефти, газе, воде, расщеплении атома. 21 век только начался, а во Франции уже строят первый экспериментальный термоядерный реактор, 20% мировой энергетики переведено на возобновляемые источники. Однако эксперты склонны полагать, что для России новые технологии пока роскошь. Энергетическое будущее страны на ближайший век-два — газ и уголь, а атом, солнце и ветер останутся экзотикой.

Проблемы развития мировой и российской электроэнергетики обсуждались в феврале на публичной лекции Иркутского научного собрания. Главный научный сотрудник Института систем энергетики имени Л.А. Мелентьева (ИСЭМ) СО РАН Лев Беляев считает, что уже сегодня нужно думать о новых источниках энергии. Примерно на 2010 год придётся пик использования нефти, далее же 21 век пройдёт под знаком газа. При консервации ядерной энергетики и жёсткой политике по выбросам СО2 производство электроэнергии станет дороже к концу века примерно в 4 раза. Как отмечают специалисты Иркутского института геохимии им. А.П. Виноградова СО РАН, сегодня около 75-80% электроэнергии производится за счёт нефти и газа. Разведанные запасы нефти будут исчерпаны к 2015 году. При этом около трети прогнозных запасов не подтверждается. На месторождения, равные по объёмам месторождениям Западной Сибири, рассчитывать не приходится. Газа хватит примерно на 80 лет. Далее нужно переходить на уголь или атом или же делать ставку на возобновляемые источники.

Директор ИСЭМ СО РАН, член-корреспондент РАН, профессор Николай Воропай считает, что российская электро-энергетика нуждается в модернизации. Мощности, которые вводились в эксплуатацию в 50-60-х годах, «устарели морально и физически». «Все технологические процессы, которые сегодня в России доведены до производства, были известны более полувека назад, — отмечает учёный. — На Западе всё это время шла интенсивная замена технологий, мы же «вырабатывали» старый ресурс». Экономика России после «коллапса» 90-х годов постепенно начала развиваться, и через несколько лет страна может столкнуться с проблемой электрического голода. Поэтому именно сегодня нужно начать модернизацию источников, более 50% которых устарели, и перевод их на иные виды топлива.

По мнению Николая Воропая, в будущем России придётся задуматься о диверсификации самой энергетической системы (отход от единых крупных станций и комбинирование малых и больших источников), об использовании малых источников с высоким коэффициентом полезного действия. Наиболее вероятный сценарий — создание сети газотурбинных источников, КПД которых не менее 60%. Для сравнения: существующие варианты ТЭЦ — 40%.

Светогенерация

Сегодня в мире только 20% всей энергетики работает на возобновляемых источниках. По отдельным оценкам, к концу 21 века их доля возрастёт до 60 — 90%. В общей сумме мощностей электрогенерации эти источники России составляют только 0,5%, и отечественное будущее солнечных и ветряных источников экспертами ставится под сомнение. Самыми дорого-стоящими сегодня являются фотоэлектрические станции, использующие энергию солнца, самыми дешёвыми — топливные, отмечает Николай Воропай. В середине этой «вилки» — гидрогенерация, ветровые, приливные, геотермальные источники. Учёный отмечает: чем выше стоимость технологии, тем интенсивнее идёт её развитие.

— Сегодня средняя мощность ветряных электроустановок — около 4 мВт, в ближайшие годы вполне достижима цифра в 10 мВт, — прогнозирует Николай Воропай. — В Европе возобновляемые источники уже занимают около 30% мощностей, в России увеличивается число ветроустановок». По прогнозам других экспертов, несмотря на отдельные проекты (к примеру, проект General Electric по постройке ветряной станции в Ленинградской области), доля этих мощностей по-прежнему будет оставаться незначительной. Причина — высокая стоимость и несовершенство технологий.

Земная плазма

До 50-60% мирового рынка электро-энергетики могли охватить к 21 веку атомные станции, однако этого не случилось, отмечает Николай Воропай. Причина — серия трагедий, связанных с использованием «мирного атома». Аварии на АЭС, тем не менее, не поставили крест на развитии этого направления. Аналитик ИК «Финам» Семён Бирг отмечает: сегмент атомной энергетики эволюционирует, и сегодня вероятность трагедии, подобной чернобыльской, уменьшается. «Франция, которая озабочена собственной безопасностью, тем не менее использует атомную электроэнергетику», заявил эксперт. Аналогичную точку зрения высказал и главный научный сотрудник ИСЭМ СО РАН Лев Беляев. «Сегодня существуют технологии создания ядерных реакторов на быстрых нейтронах, — рассказал он. — В них возможна переработка и сжигание радиоактивных отходов. Так, в Физико-энергетическом институте Обнинска и Институте ядерной физики РАН проповедуется идея, что методику технически можно довести до такого состояния, что излучение реактора будет равным естественному фону урановых руд».

Впрочем, иркутские геохимики не слишком верят в будущее российского атома — резервы отечественного урана невелики, и если атомная энергетика разовьётся, России придётся покупать сырьё за рубежом — в Средней Азии и Казахстане.

Доктор физико-математических наук, профессор, специалист в области физики плазмы Эдуард Кругляков считает, что проблема поиска топлива для ядерной энергетики в 21 веке потеряет свою актуальность. Потому что российские и зарубежные учёные уже стоят на пороге создания новых источников — термоядерных (получение энергии за счёт слияния ядер химических элементов в разогретой плазме). Пока самое приемлемое «топливо» в такой реакции — водород. За счёт термоядерной реакции «работает», к примеру, Солнце. Создать маленькие «солнца» на Земле учёные крупнейших стран пытаются уже более 50 лет. Но пока не удалось решить главную проблему — как заставить термоядерную реакцию идти непрерывно. Пока же в мире есть только не-сколько экспериментальных установок, на которых «жизнь» плазмы поддерживается от 4,5 минуты до 3,5 часа. Самая большая мощность, которая достигнута на европейской установке JET, — 16 МВт. В июне 2006 года начался первый этап крупного международного проекта, в котором участвует и Россия, — постройка первого в мире экспериментального термоядерного реактора ИТЭР. Он появится в Карадаше во Франции. Если этот эксперимент удастся, то на его базе через 20 лет появится экспериментальная термоядерная электростанция. По мнению Эдуарда Круглякова, уже во второй половине 21 века «вклад термоядерной энергетики в общемировую станет весьма ощутимым».

Прогнозы неблагодарны

Вопрос «На каких источниках будет развиваться энергетика будущего?» слишком узок, считает Николай Воропай. «Энергосистема в целом имеет совсем иные свойства, чем отдельные источники, — убеждён учёный. — Так, после нескольких крупных аварий, которые произошли в США, Канаде, России, стало ясно, что сбои на отдельных участках сетей могут привести к серьёзному кризису всей системы».

Учёный считает, что эпоха крупных централизованных источников, которые «питают» огромные территории, уходит в прошлое. Развитие электроэнергетики будет идти за счёт симбиоза крупных и малых источников. Причём последние становятся всё более конкурентоспособными. Они быстро строятся, имеют краткие сроки окупаемости (1,5-3 года к 8-10 для традиционных ТЭЦ) и избавляют систему от последствий «цепных реакций». По мнению Семёна Бирга, симбиоз малой и большой энергетики, прогнозируемый Николаем Воропаем, вполне возможен. «Малые источники удобны в привязке к конкретным объектам, которые находятся далеко от крупных электростанций. Если же речь идёт о массовых или мощных потребителях, то обойтись сетью малых источников просто невозможно», — отметил аналитик.

Семён Бирг считает, что делить энергетику будущего на отдельные сегменты не стоит. «Развивать необходимо все направления, не фокусируясь на каком-то одном, — говорит он. — Возможно, что часть существующих электроисточников придётся диверсифицировать». Аналитик ИК «Проспект» Роман Габасов уверен, что в будущем «некий уклон» в угольную электроэнергетику неизбежен. «Но отвергать прочие носители я бы не стал, — говорит он. — Чисто технологически перевод всех источников на газ или уголь будет затратен и вряд ли возможен. Если же нас волнует проблема истощения запасов газа, то я не понимаю, почему мы говорим об угле, забывая, что существует вода? Гидроэнергетика сейчас используется только на 20%».

— Говоря об энергетике будущего, надо быть очень осторожным, — отмечает Николай Воропай. — Ещё несколько лет назад термоядерная энергетика была лишь одним из научных направлений. Теперь мы знаем об экспериментальных реакторах. Вполне возможно, что ещё в 21 веке появятся такие технологии, о которых сейчас мы не задумываемся.

Обсудить на форуме | опубликовано: 24.02.07