Капица се оказа прав да чака революция в алтернативната енергетика безрезултатно
В допълнение към публикацията http://east-eco.com/node/3794 от 1.08.17 Физическите закони забраняват алтернативната енергия. Само въглеводороди или атомни електроцентрали
Какъв беше основният аргумент на Петър Леонидович в неговото скептично отношение към вятърната и слънчевата енергия? И колко се е променило разбирането ни за алтернативната енергия през последните четиридесет и повече години?
КАКВО КАПИЦА ПРЕДСКАЗА
Основният аргумент, който Капица използва в доклада си за възможностите на алтернативната енергия, в никакъв случай не е икономически подход, а съображения от физическо естество. Основното му възражение срещу ширещата се лудост още тогава, преди четиридесет години, с концепциите за „безплатна и чиста алтернативна енергия“ беше очевидно ограничение, което все още не е разрешено до ден днешен: нито един от алтернативните източници на енергия, било то слънчеви панели, вятърни паркове или водородни горивни клетки, никога не е достигнал плътността на енергията и мощността, които се осигуряват от изкопаеми горива като въглища, нефт и газ или ядрена енергия.
За съжаление, този вид ограничение не е политическо, а именно физическо по своята същност - независимо от държавното устройство или идеологията, избрана в страната, всяка икономика трябва да се основава в една или друга степен именно на физическите закони на света около нас. Усилията на учени или инженери могат да ни доближат доста до теоретичната физическа граница на тази или онази технология, но, уви, са абсолютно безполезни в опитите да прескочим този вид ограничител.
Например, граничната константа за слънчевата енергия етака наречената "слънчева константа", която е 1367 вата на квадратен метър в орбитата на нашата Земя. За съжаление този "орбитален киловат" е напълно недостъпен за нас, живеещите на земната повърхност. Много фактори влияят върху количеството слънчева енергия, достигаща земната повърхност: времето, общата прозрачност на атмосферата, облаците и мъглата, височината на Слънцето над хоризонта.
Но най-важното е въртенето на нашата планета около оста си, което веднага намалява наличната енергия на слънчевата константа почти наполовина: през нощта Слънцето е под хоризонта. В резултат на това ние, жителите на Земята, трябва да се задоволяваме с максимум една десета от орбиталната слънчева константа.
Същите проблеми преследват друг крайъгълен камък на възобновяемата енергия - технологията за водородни горивни клетки. Те трябваше да бъдат евтин заместител на тежките, опасни за околната среда и неефективни химически батерии.
Питър Капица пише: „На практика плътността на енергийния поток е много ниска и само 200 W могат да бъдат отстранени от квадратен метър електрод. За 100 мегавата мощност работната площ на електродите достига квадратен километър и няма надежда капиталовите разходи за изграждане на такава електроцентрала да бъдат оправдани от генерираната от нея енергия. Това означава, че горивните клетки могат да се използват само там, където не е необходима висока мощност. Но те са безполезни за макроенергетика.
НИЕ СМЕ НАШИ, НИЕ ЩЕ ГРОДИМ НОВ СВЯТ!
Резултатът от ограниченията на слънчевата енергия беше знание, което беше добре достъпно още през 1975 г.: в действителност не повече от 100–200 вата средна дневна слънчева енергия може да бъде събрана от един метър от земната повърхност. С други думи, за да отговорим дори на настоящите нужди на човечеството, областта на слънчевите електроцентрали,поставен на повърхността на Земята, би бил просто огромен.
Освен това ивица от земната повърхност по екватора би била най-подходяща за поставяне на слънчеви панели – или в пустинни тропически райони, докато повечето консуматори на слънчева енергия се намират в умерената зона на Северното полукълбо. В резултат на това абстрактните "квадрати" от слънчеви панели в Сахара, които толкова обичат да рисуват апологетите на неограничената слънчева енергия, се оказват нищо повече от виртуално предположение.
Но това не спря онези, които не усвоиха напълно училищния курс по физика. Проекти за слънчево развитие на Сахара възникнаха и възникват със завидна редовност.
Например европейската компания Desertec, основана през 2003 г., която се опита да осъществи мегапроект за изграждане на слънчеви електроцентрали в Тунис, Либия и Египет за доставка на слънчева електроенергия в Западна Европа, въпреки участието в проекта на такива големи корпорации и банки като Siemens, Bosch, ABB и Deutsche Bank, десет години по-късно, през 2013 г., тихо фалира. Оказа се, че разходите за изграждане и поддръжка на електроцентрали в Сахара и разходите за транспортиране на електроенергия на хиляди километри, дори и при „безплатна“ слънчева константа в Сахара, незасенчена от облаци или мъгла, се оказаха просто непосилни.
Не по-розова е и ситуацията със слънчевата енергетика в самата Западна Европа, в която вече второ десетилетие се отпускат трилиони долари от различни държави и фондове за развитие на слънчевата и вятърната енергия. Въпреки „златния дъжд“, който се изля изобилно върху сектора на възобновяемата енергия (ВЕИ) и пълната политическа подкрепа за възобновяемата енергия (дори чрез насилиезатваряне на атомни електроцентрали и въглищни топлоелектрически централи), „междинният финал“ за възобновяемата енергия към 2016 г. в никакъв случай не е толкова впечатляващ.
Така до 2015 г. Германия и Дания, които инсталираха максималния брой вятърни мелници и слънчеви панели, имаха най-високи цени на електроенергията - 29,5 евроцента и 30,4 евроцента за kWh. В същото време „изостаналите“ по отношение на инсталирането на възобновяеми енергийни източници България и Унгария, в които още по съветско време бяха построени мощни атомни електроцентрали, можеха да се похвалят с напълно различни цени на електроенергията - съответно 9,6 и 11,5 евроцента за kWh.
Днес говорим за това, че амбициозната програма "2020" за възобновяема енергия, която беше приета от Европейския съюз и според която до 2020 г. 20% от електроенергията в страните от ЕС трябва да се произвежда от възобновяеми източници, беше поставена върху плещите на европейските данъкоплатци, които бяха подписани да плащат специално завишена тарифа за електроенергия. Достатъчно е да се каже, че от гледна точка на българските реалности германците и датчаните плащат 20-21 рубли за всеки консумиран киловатчас).
Следователно се оказва, че настоящите успехи на възобновяването на възобновяеми източници не са свързани с икономическите реалности на техните ползи и дори не с впечатляващ напредък в подобряването на ефективността или намаляването на разходите за производство и поддръжка, а преди всичко с протекционистичната политика на страните от ЕС и елиминирането на всякаква конкуренция от топлинната или атомната енергия, която е подложена на допълнителен данъчен натиск (такси за излъчване на кино. Сричката на газа), или дори на пряка забрана (като атомната енергия в Германия ).
За мнението си за бъдещето на възобновяемата енергия, както в световен мащаб, така и в България, Федералната агенция потърси Алексей Хохлов, ръководител на отдел „Електроенергетика“ в Енергийния център, да сподели мнението сиБизнес училище Сколково.
„Според данни на Международната агенция за възобновяема енергия (IRENA) за периода 2013–2015 г. делът на възобновяемите енергийни източници в новите енергийни мощности в света вече е 60%: повече нови възобновяеми енергийни източници са пуснати в експлоатация в света, отколкото традиционните“, каза Алексей Хохлов. „Има очаквания дори преди 2030 г. възобновяемата енергия да измести въглищата на второ място и да стане лидер в баланса на производството на електроенергия в света.“
В същото време под общото понятие ВЕИ се крият много различни източници на енергия, уточни експертът. От една страна, това е голяма хидроенергийна индустрия, която се експлоатира успешно от дълго време, от друга страна, сравнително нови видове енергия, като слънцето, вятъра, биомасата и геотермалната енергия. Делът на хидроенергията в световното производство на електроенергия остава стабилен - той е 18,1% през 1990 г., 16,4% през 2014 г. и същият в прогнозата за 2030 г.
Двигателят на бързия растеж на възобновяемата енергия през последните 25 години станаха именно „новите“ видове енергия, включително слънчевата и вятърната. Техният дял нараства от 1,5% през 1990 г. на 6,3% през 2014 г. и се очаква да изпревари водноелектрическата енергия през 2030 г., достигайки 16,3%. Но това все още е много малко.
Експерт от бизнес училището Сколково очерта перспективите за подпомагане на "енергийната революция" в България. По думите му основният механизъм за подпомагане на възобновяемата енергия в България е стартирането от Министерството на енергетиката на процес за избор на инвестиционни проекти за изграждане на нови мощности за вятърна и слънчева енергия, както и малки водноелектрически централи. В същото време важно условие за избора на такива проекти беше локализирането на основното и спомагателното оборудване за възобновяема енергия, включително с цел по-нататъшния й износ.
Така до 2024 г. се предвижда да се подкрепят нови проекти за възобновяема енергия в Българияобща инсталирана мощност от около 5,5 GW. Към днешна дата по тази програма са избрани проекти с общ капацитет от малко над 4,2 GW, повече от половината от които (57%) са вятърни, 40% са слънчеви, а останалите 3% са малки водни проекти. За сравнение, в края на 2015 г. инсталираната мощност на „нови“ видове възобновяеми енергийни източници (с изключение на хидроенергията) в Китай беше 199 GW, а в Индия - 36 GW.
Капица се оказа прав: чакането на революция в алтернативната енергия е безполезно flickr.com / CC BY-SA 3.0
ИМА ЛИ СВЕТОВНО БЪДЕЩЕ ЗА ВЕИ?
Разбира се, самата концепция за ВЕИ е жизненоважна и навременна - запасите от евтини изкопаеми горива (нефт, газ, въглища) и дори уран на планетата Земя не са неограничени, поради което търсенето на алтернативни източници на енергия ще расте. Традиционната енергия рано или късно ще се сблъска с недостиг на достъпни, евтини горива и увеличаване на разходите за производство на електроенергия.
Освен това, разбира се, никой не възразява срещу разумното използване на слънчевата и вятърната енергия. На много места по света то може да се превърне в незаменима опция за отдалечаване от традиционното поколение. По този начин изглежда много разумно да се използва вятърна и слънчева енергия в крайбрежните, особено островни, тропически райони, където е трудно да се осигури транспортирането на традиционни енергийни носители (нефт и газ) или използването им е опасно за околната среда (въглища).
Трябва обаче да се има предвид, че настоящата версия на алтернативната енергия, която поставя само слънчевата и вятърната енергия на преден план, винаги ще страда от нередовността на тяхното производство, отдалечеността на печелившите райони за вятърни и слънчеви електроцентрали от възможнипотребителите и несъответствието на мащаба на слънчевите и вятърните електроцентрали дори с настоящите нужди на човечеството за производство на електроенергия, да не говорим за цялата първична енергия.
Днес „чистата“ електроенергия (в чийто сектор е концентрирано цялото производство на енергия от ВЕИ) съставлява едва 9% от световното производство на първична енергия. Останалите 91% от първичната енергия се консумират под други форми - под формата на енергия от въглища, нефт, газ и дори биомаса. И, което е интересно, през 2016 г. целият свят е консумирал дори повече конвенционални "дърва за огрев" (биомаса), отколкото "чиста" електроенергия - цели 11% от общия баланс. В същото време "чистата" електроенергия се оказа почти навсякъде по света 3-4 пъти по-скъпа дори от висококачествената първична енергия (нефт, газ, въглища) по отношение на kWh, да не говорим за енергията от биомаса.
На първата снимка: съотношението на енергийните източници в България. Алтернативна енергия - не повече от процент и половина. ТЕЦ - 68,7%, водноелектрически централи - 15,9%, атомни електроцентрали - 13,5%.