Европа - лидер по альтернативным источникам энергии

Запасы нефти подходят к концу. Такие безрадостные перспективы подталкивают исследование альтернативных способов получения тепла и света. Европа на этом направлении оказывается самой развитой частью мира.

Европейские компании планируют в ближайшие годы построить в Сахаре \"солнечный город\" - крупнейшую в мире систему солнечных электростанций. Проект, получивший название Desertec, позволит Европе получать более 15 процентов необходимой электроэнергии от Солнца.

Эта новость снова заставляет задуматься о том, что скоро человечеству придётся искать способы обеспечения своих растущих запросов энергией. Прогнозы учёных крайне неутешительны: нефть кончится через 40 лет, остальные используемые ныне источники энергии будут истощены немногим позже.

Разумеется, выход есть - исследование альтернативных способов получения тепла и света идёт полным ходом, новые технологии находят применение в промышленности и повседневной жизни. При этом, как правило, Европа на этом направлении оказывается самой развитой частью мира. Проект Desertec - ещё одно тому подтверждение. Но солнечная энергия - не единственный вариант.

Ветер

Ветроэнергетика является бурно развивающейся отраслью, так в конце 2008 года общая установленная мощность всех ветрогенераторов составила 120 гигаватт, увеличившись вшестеро с 2000 года. В 2007 году в Европе было сконцентрировано 61 % установленных ветряных электростанций. Ветер обеспечивает отдельным европейским странам от 10 до 40 процентов необходимой энергии.

Самым большим недостатком технологии является непредсказуемость ветра. Кроме того, большое внимание уделяется уровню шума. Болевым порогом шума для человеческого уха является цифра в 120дБ. В непосредственной близости от генератора у оси ветроколеса уровень шума достаточно крупной ветроустановки может превышать 100 дБ. Законы, принятые в Великобритании, Германии, Нидерландах и Дании, ограничивают уровень шума от работающей ветряной энергетической установки до 45 дБ в дневное время и до 35 дБ ночью. Минимальное расстояние от установки до жилых домов - 300 м.

Перспективы развития ветряной энергии не могут не радовать апологетов технологии. Запасы энергии ветра более чем в сто раз превышают запасы гидроэнергии всех рек планеты. Международное Энергетическое Агентство International Energy Agency (IEA) прогнозирует, что к 2030 году спрос на ветрогенерацию составит 4800 гигаватт. Европейским Союзом установлена цель: к 2010 году установить 40 тыс. МВт ветрогенераторов, а к 2020 году - 180 тыс. МВт. Германия планирует к 2020 году производить 20 % электроэнергии из энергии ветра. В Испании к 2011 году будет установлено 20 тыс. МВт ветрогенераторов. Великобритания планирует производить из энергии ветра 10 % электроэнергии к 2010 году.

Чтобы не оскорблять слух и глаз общественности, инженеры стремятся перенести ветроустановки выше. Тем более, что мощность высотных потоков ветра (на высотах 7-14 км) примерно в 10-15 раз выше, чем у приземных. Эти потоки обладают постоянством, почти не меняясь в течение года. Возможно использование потоков, расположенных даже над густонаселёнными территориями (например - городами), без ущерба для хозяйственной деятельности.

Один из самых любопытных европейских проектов в данной области предполагает сотрудничество с Россией. Британская компания «Chetwood Associates» предложила соорудить воздушную дамбу над речкой, которая впадает в озеро между двух скал. Идеальное место отыскалось в России на Ладожском озере. По заверению ученых, проект готов, и строительство начнется в ближайшие месяцы. Между двумя скалами будет натянут громадный парус шириной и высотой 75 метров.

Вода

Сегодня энергия воды, в основном, получается с помощью гидроэлектростанций (ГЭС). Реки перекрываются плотинами, вода вращает турбины. Однако, несмотря на кажущуюся экологичность этой технологии, плотины оказывают губительное влияние на экосистемы рек. Поэтому инженеры ищут новые способы поставить течения рек и морей на службу человеку.

Первый такой способ - это получение энергии из волн. Электричество даёт система закреплённых на грунте подводных буёв, работающих от энергии волн. Буи могут быть спрятаны на глубине 40-50 метров, где не помешают судоходству.

По сравнению с ветровой и солнечной энергией энергия волн обладает гораздо большей удельной мощностью. При освоении поверхности океанов не может быть нехватки энергии. Конечно, в механическую и электрическую энергию можно использовать только часть мощности волнения, но для воды коэффициент преобразования выше, чем для воздуха - до 85%.

Кроме энергии волн, люди научились добывать энергию прилива. Приливные электростанции строят на берегах морей, где гравитационные силы Луны и Солнца дважды в сутки изменяют уровень воды.

Колебания уровня воды у берега могут достигать 13 метров. Приливные электростанции создаются, как правило, в узких местах, где высота приливов достигает хотя бы 10 метров.

Энергия воды может стать очень выгодным вариантом для многих стран. Страны с большой протяженностью побережья и постоянными сильными ветрами, такие как Великобритания и Ирландия, могут генерировать до 5 % требуемой электроэнергии за счет энергии волн. На сегодняшний день использование энергии морских волн не особо распространено из-за ряда сложностей, возникающих при создании установок. Пока эта сфера находится только на стадии экспериментальных исследований. Значительно большей популярностью пользуется энергия приливов. В устье французской реки Ранс стоит крупнейшая в мире приливная электростанция (ПЭС) - её длина составляет 800 метров. В 2008 г. в ирландском местечке Стрэнгфорд Лоф заработала станция мощностью в 1,8МВт - она может обеспечивать электричеством до тысячи домов.

Нужно отметить, что Россия могла бы стать в арьергарде новой энергии. В советское время были разработаны проекты строительства ПЭС в Мезенской губе (мощность 11 000 МВт) на Белом море, Пенжинской губе и Тугурском заливе (мощностью 8000 МВт) на Охотском море. В настоящее время статус этих проектов неизвестен, за исключением Мезенской ПЭС, включённой в инвестпроект РАО «ЕЭС». Пенжинская ПЭС могла бы стать самой мощной электростанцией в мире - проектная мощность 87 ГВт.

Солнце

Обращаемся к теме, с которой началась наша статья. Вопреки распространенному мнению, получать электричество из потока солнечных фотонов не слишком выгодно. Каждая кремниевая панель способна обработать максимум 25% солнечной энергии, а окупается она несколько лет. Впрочем, в мире успешно действуют многие гелиоэлектростанции. Так, в Португалии построили самую подобную станцию в мире: на площади 60 гектаров были размещены 52 тысячи солнечных батарей. Станция обеспечивает светом 8 тысяч домов.

Значительно с большим успехом солнечная энергия используется для нагрева воды. КПД в этом случае получается в 2-3 раза выше, чем у солнечных батарей. Нагретая вода может идти в водопроводные трубы, а может превращаться в пар и вращать турбины для получения электричества.

Лидером применения этой технологии является солнечная Испания. Год за годом она бьёт собственные же рекорды. Испанские гелиоэлектростанции поражают своим размахом. Станция PS10 - это 40-этажная стела, вокруг которой расставлено 600 зеркал площадью 120 кв. метров. Solar Tres, преемник американской Solar Two - 2493 зеркала на площади 96 кв. метров - вместо воды использует раствор соли. Станция сможет запасать нагретый раствор и обеспечивать потребителей электричеством даже в ночное время.

Очередная испанская крупнейшая в мире гелиоэлектростанция заработала в апреле 2009 г.. Станция Abengoa мощностью 20 мегаватт способна обеспечить электричеством более 10 тысяч домов. Она представляет собой башню высотой почти 170 метров, на которую направляют свет более 1200 специальных зеркал.

Ученые швейцарского центра CSEM придумали настоящий остров-гелиоконцентратор: громадный диск уставлен круглыми зеркалами, направленными на трубы с водой. Идея в том, что солнечный остров удобно поворачивать с помощью винтовых электродвигателей вслед движению солнца. В наземных установках приходится вращать каждое зеркало индивидуально.

У солнечных батарей есть один большой минус - от звездного света и в туманные дни работать они не способны. Однако российские ученые нашли выход и создали гетероэлектрик на основе наночастиц золота и серебра. Уникальный элемент работает с солнечным светом, «плавающим» в широком спектральном диапазоне. Презентация проекта состоялась в 2006 году в подмосковной Дубне.
Гетероэлектрик переводит в электричество 54% видимого света (более чем вдвое обгоняет традиционные солнечные батареи) и 31% инфракрасного спектра излучения. Стоимость такой батарейки ниже, чем у кремниевых панелей. Быть может, скоро в Сибири появятся солнечные электростанции, ничем не уступающие аналогам в жарких странах.

Что будет завтра?

Альтернативные источники энергии развиваются медленными темпами, благодаря усилиям компаний, работающим в секторе источников традиционных, а также ретроградов, которые вставляют палки в колёса новым технологиям. Тем не менее, успешный опыт реализации новаторских проектов получения энергии обязательно убедит человечество, что именно в этом направлении следует двигаться. Конечно, человеческая природа такова, что упорство скептиков даст трещину скорее поздно, чем рано, но инстинкт самосохранения свою роль сыграет.