С.М. Зелёный
Перспективы энергосистем
«Вы интеллигент?»
«Ну, что Вы, у меня профессия есть...»
Н.С. Гумилёв
Тёмная сторона «зелёной» энергетики
        Возобновляемые источники энергии (ВИЭ) весьма популярны у многих крупных потребителей энергии и прежде всего в США. По данным Института Гэллапа, около 70% американцев отдают предпочтение энергии ветра и 80% – солнечной энергии. О том, как на таких предпочтениях спекулируют власть имущие, говорит известный американский эксперт в области энергетики Роберт Брайс в своём докладе «Not in our backyard», опубликованном на портале аналитического центра Center of the American Experiment (штат Миннесота, США). Власти создают множество программ и предписаний, которые поощряют потребление энергии ветра и солнца. Более 170 городов, более десятка округов и 8 штатов в США хотят обеспечить население «на 100% чистой возобновляемой энергией». В огромном потоке академических исследований, которые и создали эту популярность, утверждается, что США могут питать большую часть своей экономики, даже всю свою экономику из возобновляемых источников энергии.
        Брайс называет несколько причин, по которым не только полный, но и частичный переход США на ВИЭ невозможен. Ссылаясь на исследования британских учёных из лондонского Музея естественной истории, Брайс пишет: «Чтобы полностью перевести на «чистую энергию» американскую экономику, потребуется гигантское количество металлов и редкоземельных элементов, которые придётся добывать для производства огромного числа солнечных панелей и ветряных турбин». Чтобы полностью перевести автомобильное движение одной только Великобритании с ДВС на электромобили, только в автостроении потребуется расходовать вдвое больше нынешней мировой добычи кобальта; почти всю мировую добычу неодима; три четверти мировой добычи лития; не менее половины мировой добычи меди. И это при 20-кратном (!) увеличении потребления электроэнергии.
        Для аккумуляторов ветряков и солнечных батарей требуются те же редкоземельные металлы, что и для электромобилей. Одно это делает невозможным перевод на ВИЭ даже небольшой Великобритании, не говоря уже о США. Зелёная энергетика потребует огромных земельных площадей, необходимых для размещения объектов ветровой и солнечной генерации. Перевод США на ВИЭ предполагает установку по всей стране «500 миллионов солнечных панелей, 8 миллионов солнечных крыш, коммунальных солнечных энергетических систем и 60 тысяч ветряных турбин», которые покроют площадь в 228 тысяч кв. миль, равную площади штатов Калифорния и Вашингтон, вместе взятых. Ветровые и солнечные генераторы строятся в сельской местности, поэтому для передачи вырабатываемой ими электроэнергии в города нужно построить, по данным National Renewable Energy Laboratory, около 240 тысяч миль высоковольтных ЛЭП. Это в 10 раз превышает периметр Земли.
        В расчёте на единицу полезного результата солнечные панели получили в США дотаций в 253 раза, а ветряки в 158 раз больше, чем атомная энергетика. Опираясь на анализ более 200 экспертных источников, Брайс делает вывод, что перевод всей энергетики на «зелёные» рельсы «будет стоить триллионы долларов, уничтожит облик страны, уничтожит птиц и летучих мышей, подорвёт здоровье американцев и обречёт их на нищету». Но самое главное, что ВИЭ нерентабельны. Не случайно в годовых балансах General Electric за два последних года ветроэлектростанции проходят по статье «убытки» ($791 млн. и $715 млн. соответственно). Дочерняя компания концерна Сименс, Siemens Gamesa, которая специализируется на ветряках, закончила 2020 финансовый год с убытком свыше 1 миллиарда долларов, и это устойчивая тенденция.
        Роберт Брайс в своей критике «зелёной» энергетики совсем не одинок – с ним не согласны только гуманитары с крайне завышенной самооценкой. Однако зачастую именно такие всезнайки благодаря своему апломбу делают успешную карьеру во властных и информационных структурах. Поэтому всё более популярной в демагогических кругах становится тема водородной энергетики. Разумеется, прежде всего лозунг: все виды топлива везде и всюду заменить водородом! Попутно к великой радости «потеплистов» решается и проблема углекислого газа – водородное топливо производит только воду! Но всё столь прекрасно только в головах упомянутых гуманитаров. Таковы перспективы «зелёной»энергетики в США, не лучше и в России.
        В Минэнерго оценили возможные перспективы перехода России на использование ВИЭ, в частности, на солнечные панели. В ведомстве обсуждается достижение показателя мощности микрогенерации до 1 ГВт к 2030 году. Почти для 100 тысяч домовладений предлагают использовать энергию солнца в качестве «наиболее гибкого и при этом простого при установке решения». В Ассоциации предприятий солнечной энергетики посчитали, что к концу 2021 года показатель мощности микрогенерации может достичь 23 МВт – в 40 раз меньше планов Минэнерго. Согласно подсчётам аналитиков, оборудование 100 тысяч домов обойдется в 30–35 млрд руб. Эксперты указали на особенности нашего климата: «граждане будут вынуждены идти на большие траты, которые не окупятся, либо это потребует больших трат из бюджета», – заявил зампредседателя научно-экспертного совета рабочей группы Совфеда В. Озорин.
        Большие надежды «зелёные» возлагают на электрификацию транспорта. По данным аналитического агентства «Автостат» на начало 2020 года общее количество автомобилей с ДВС в России составило 52,9 миллионов единиц. Если их все перевести на электроэнергию, то каждый час их эксплуатации в сутки в предположении, что мощность каждого электрокара равна 75 кВт, потребует в год около ~ 1450 млрд кВт-ч. Это оценка снизу, на самом деле потребление будет существенно больше. Между тем, по данным МЭ РФ общая выработка э/энергии в России в 2019 году составила 1080,6 млрд кВт-ч. Иначе говоря, российские автомобили, перейдя на электропитание, способны «съесть» около полутора годовых выработок э/энергии РФ, а ведь предполагается «всё на электричестве», от промышленности до отопления и прочих бытовых нужд. Неплохо бы «зелёным» хоть иногда считать...
Водородная энергетика
        Однако, нападки «зелёных» на современную систему энергообеспечения не лишены оснований. Причём важны не столько выбросы углекислоты тепловыми электростанциями (здесь с вулканами не нам тягаться), сколько их низкий кпд, то есть выброс в атмосферу недоиспользованного тепла. Это касается всех ныне действующих источников энергии, от тепловых и атомных электростанций до солнечных батарей и ветряков. Водородная энергетика, конечно, ликвидирует выбросы СО2, но не выброс тепла. На деле много неучитываемых «мелочей», которые «обнуляют» плюсы водорода. Прежде всего, это его транспортировка и хранение.
        Рассмотрим эти «мелочи» подробнее. Мощные стационарные электростанции можно питать «трубным» водородом, используя для этого уже существующие трубопроводы. Иное дело обеспечение водородом транспорта, одного из основных потребителей энергии. Запасать водород в сжиженном виде крайне неэффективно из-за его температуры кипения. Остаётся ещё два способа: один из них в виде сжатого газа. Современные баллоны высокого давления, позволяющие хранить водород при 800 атм., содержат 5 – 7 весовых процентов водорода по отношению к общей массе заправленного баллона. К тому же такое давление просто взрывоопасно.
        Второй способ – использовать химические соединения, например, гидриды лёгких элементов. Решение вполне приемлемое при достаточном количестве и дешевизне такого «сорбента». Самым распространённым на Земле «сорбентом» водорода является углерод, его гидрид – метан, но метан тоже сравнительно легкокипящий газ. Другое химическое соединение, распространённое и достаточно богатое водородом, но жидкое при нормальных условиях – метанол. Разумеется, хранить метанол гораздо проще, чем водород, поскольку нет необходимости поддерживать высокое давление или низкую температуру, так как метанол при атмосферном давлении и температуре ниже 64°C – жидкость. Более того, при одинаковых массо-габаритных параметрах бак с метанолом «богаче» водородом, чем водородный баллон высокого давления. «Водородный» эквивалент Нэ  (массовый процент водорода в общей с ёмкостью массе) для бака с метанолом равен ~13 %, для титанового баллона со сжатым водородом ~7%.
        Метанол широко производится и используется. По прогнозам, к 2025 году его мировое производство возрастёт до 122 млн тонн (с 49 млн в 2010-м и 76 млн в 2017-м). Но главное достоинство метанола – его пригодность для топливных элементов, то есть для прямого преобразования химической энергии в электрическую с КПД до 80%, решающего главную проблему – тепловой выброс!
Энергетика прямого преобразования химической энергии
Метанол применим для получения электроэнергии в «расплавленных карбонатных топливных элементах».
Электролит – высокотемпературные соединения карбонатов натрия или магния. Их никелевые электроды стоят недорого в сравнении с платиной в иных ТЭ. КПД – от 60 до 80%, рабочая температура – около 6500C. Уже работают энергоблоки мощностью до 2 МВт, есть проекты блоков мощностью до 100 МВт.
        Метанольные топливные элементы могут решить и транспортную проблему, причём не требуя больших капитальных затрат: существующие АЗС просто переходят на заправку транспорта метанолом вместо бензина. К сожалению, метанол ядовит, его использование в топливных элементах для бытовой техники может быть опасным, поэтому для бытовых приборов целесообразно использовать в ТЭ этанол (Нэ   ~11,5%) или пропан.
        Существуют также топливные элементы, которые используют в качестве электролита твёрдое керамическое соединение оксидов металлов (например, кальция или циркония). Их КПД составляет около 60 %, а рабочая температура – около 10000C. Выходная мощность – до 100 кВт. Такие элементы удобны для использования в теплоэлектроцентралях (ТЭЦ), в которых отработанное тепло может быть использовано в быту, обеспечивая почти 100% КПД.
В оглавление