seoded (seoded) wrote,
seoded
seoded

Да будет свет!

Какова технология получения электроэнергии будущего? Долгое время ученые хвалили атом, как единственную серьезную альтернативу традиционному топливу для электростанций. Но трагедия на Фукусиме напугала весь мир и подставила под сомнение перспективы использования мирного атома. Дошло до того, что правительство Германии решило вовсе отказаться от их использования к 2022 году.

Однако возможно ли удовлетворить мировые потребности в электроэнергии без АЭС? Ведь ученые прогнозируют, что к концу этого века (или даже к середине века) нефтегазовые ресурсы полностью истощатся. А между тем, подавляющее большинство электроэнергии в мире вырабатывается из ископаемого топлива. Чем его можно заменить? Чем можно заменить АЭС во Франции, где на них приходится 80% всего производства энергии?

Если убрать углеводороды и мирный атом, получается ниша до 80-90 % мировой энергетики. И здесь важно понять, что эта ниша освободится лет через 50. И не нужно забывать, что население Земли продолжает расти, а развивающиеся страны — развиваться. Успеют ли технологии за растущими потребностями? Безусловно, ведь в настоящее время одного-два года достаточно, чтобы наша жизнь изменилась кардинальным образом. В таких условиях не стоит бояться, что за полвека ученые не придумают, откуда брать энергию. Но какие именно технологии на сегодняшний день претендуют на роль самых перспективных?

Сразу стоит отсечь гидроэнергетику. Нет, она не исчезнет — наоборот, ГЭС будут активно строить. Ведь эта технология уже обкатана десятилетиями, проверена временем и занимает равные позиции с атомной энергетикой. Плюс отточены инструменты и методы строительства. Несложно понять, что когда руководство энергокомпаний смотрит на отчеты об огромном нереализованном потенциале рек России, США и других стран, у него возникает большое желание инвестировать именно в этот сектор. Но ГЭС, вопреки стереотипу, не экологичны.

Во-первых, из-за того, что строительство плотины вызывает затопление больших территорий. Возможно, земель с хозяйственной ценностью, которые таким образом будут просто утеряны под водой (это уж зависит от каждого конкретного случая). Что очень важно, разлив часто приводит к необходимости вырубки лесов и переселению населения (так в СССР в ходе сооружения Рыбинской ГЭС, начатого в конце 30-х годов прошлого века, под воду ушло 664 населенных пункта, включая печально известный город Молога, где, согласно официальным данным, 294 человека погибли, отказавшись покидать свои дома).

Во-вторых, строительство ГЭС нарушает равновесие в экосистеме: повышается угроза обрушения склонов, нарушается естественный режим рек (и как следствие - изменяются климатические условия). Плотина также преграждает пути миграции рыб: как пример, строительство Асуанской ГЭС, по мнению многих ученых, привело к 80-процентному сокращению популяции сардин на Средиземном море. Попробуйте представить себе, к чему приведет массовая утеря хозяйственных территорий и сокращение популяций рыб в условиях растущего населения планеты (при уже сегодня пугающих нас прогнозах ученых об обострении продовольственной проблемы), если бы все потребности (или хотя бы большую их часть) человечество попыталось покрыть за счет гидроэнергетики!

Не надо забывать о другой острой проблеме: нехватке чистой воды. А гидроэлектростанции значительно снижают проточность рек. Это приводит к цветению воды (ее загрязнению микроскопическими водорослями, активно размножающимися в застойной воде), заражению возбудителями различных заболеваний, а значит она станет опасной для употребления. А еще водоросли недолговечны: они отмирают и в условиях застоя разлагаются, добавляя в атмосферу испарения и усиливая парниковый эффект...

Спасением можно считать использование биотоплива. Но биотопливо — непосредственный конкурент углю, газу и нефти. Что жечь в печи: уголь или биоотходы, природный газ или биометанол? Такой вопрос и встанет перед руководством ТЭС. До тех пор, пока углеводороды доступны, серьезных шагов в этой области ждать не стоит. Тем более что производство биотоплива требует серьезных инвестиций: потребуется строительство фабрик для переработке биологических отходов в топливо. В перспективе без них не обойтись: лучше перерабатывать мусор в топливо, чем оставлять его разлагаться на свалках или бесцельно сжигать на мусоросжигательных заводах. Так действительно будет экологичнее. Но мусора не хватит для покрытия всех потребностей, и, если сделать упор на производство электроэнергии из биотоплива, то придется отдельно выращивать сырье для энергетики. Но не забываем: биотопливо гораздо экологичнее углеводородов, но и его нужно сжигать, а значит, и оно оказывает негативное влияние на атмосферу, так что излишним его производством увлекаться не стоит.

Еще одна загвоздка: что, где и как выращивать? Напомню об острой проблеме нехватки пропитания в будущем. В этом свете, тратить драгоценную плодородную землю на сырье для биотоплива выглядит дурной идеей. Впрочем, с биотопливом не все так плохо. Вполне возможно создать такую систему очистки, которая не будет выпускать никаких отходов с электростанций. Топливо же можно производить из микроскопических водорослей, не занимая при этом сельскохозяйственные земли.

Большие надежды возлагаются на ветряные, солнечные и геотермальные электростанции. Однако они очень сильно зависят от природных условий. Кроме того, на данный момент сложно сказать о крупномасштабном производстве энергии подобным образом. На сегодняшний день такие электростанции очень слабые. А вот где они точно завоюют себе популярность, так это на небольших объектах, требующих точечного снабжения электричеством. Небольшие солнечные панели и ветряные генераторы можно устанавливать на светофоры и небольшие строения, не требующие серьезного и/или постоянного энергоснабжения (сторожевые будки на складах, дом лесника, объекты, удаленные от электросетей, тянуть электричество к которым было бы накладно). Можно устанавливать солнечные панели на жилые дома в рамках энергосберегающих технологий (но, вероятнее всего, лишь для снижения потребления электричества из центральных сетей - для полного самообеспечения дома этого вряд ли хватит).

А вот ветряные генераторы могут наносить вред птицам, которые сталкиваются с их лопастями, так что обзаводиться таким пропеллером в каждом дворе не стоило бы. Что же касается геотермальных электростанций, то их применение ограничено зонами повышенной сейсмической активности и также затрудняется малой мощностью. Наиболее вероятная перспектива — снабжение электроэнергией маленьких населенных пунктов в таких регионах, как Камчатка.

Как же на этом фоне выглядит атомная энергетика? Как бы ни хотелось европейцам уйти от нее, более перспективного направления пока не существует. Каковы плюсы?

Во-первых, АЭС — уже освоенный и распространенный метод производства электричества: порядка 14% всего производства электроэнергии приходится на мирный атом (примерно столько же, сколько на гидроэнергетику). В США на атомную энергетику приходится 20%, во Франции — 80% (!) от общего энергопроизводства, так что не возникнет трудностей ни с технической поддержкой, ни с общим бизнес-планом, ни с перспективами как отдельных проектов, так и развития отрасли в целом.

Во-вторых, эффективность: атомные электростанции обладают огромной мощностью, потребляют небольшое количество топлива за длительный промежуток времени и способны производить более дешевую электроэнергию, чем другие распространенные виды электростанций.

В-третьих, экологичность. Да-да, радиоактивное загрязнение звучит страшнее, чем что-либо еще, но правда такова, что устройство АЭС исключает это самое загрязнение. Все замеры около таких станций показывают, что радиоактивный фон практически не превышает нормы. "Практически — значит, все же превышает?" - скажете вы. Да, но это превышение настолько незначительно, что страхи на эту тему — просто результат спекуляций и человеческого непонимания всего предмета. Даже в районах, где АЭС нет, радиоактивный фон скачет, частенько превышая норму. Так что уровень радиации в районе атомных электростанций безопасен для человека. К тому же, посреди города, под окнами жилых домов их не строят.

По всем показателям АЭС отличаются высоким уровнем экологичности. Вся опасность для экологии в данном случае заключается именно в угрозе крупной аварии, как в Чернобыле или на Фукусиме. Но это старые реакторы, сделанные по старым технологиям. Графитовые стержни, причина взрыва чернобыльского реактора, на электростанциях современной постройки не используются, а АЭС в Фукусиме очень стара и, как показало расследование, была в ужасном состоянии. Требования по принятию срочных мер и реконструкции системы были в свое время замяты и проигнорированы. И только сейчас стала доступной информация о том, каково было состояние электростанции. Однако же, человеческая халатность способна и из автомобиля сделать оружие массового поражения. Из-за нее нельзя отказаться от необходимых технологий. Единственный способ решить эту проблему — это продолжить движение вперед, технологиями сводя человеческий фактор к минимуму, и повышая параллельно с этим дисциплину и ответственность персонала.

От старых реакторов, безусловно, придется отказаться и начать конструировать на их основе новые. А уж новые электростанции радуют высочайшим уровнем безопасности, исключающим возникновение экологической катастрофы. А вот над чем еще предстоит поработать ученым, так это над утилизацией отходов: просто складировать отработанное топливо — не вариант. Однако в последнее время проявился еще один минус атомной энергетики: уже сегодня спрос на уран превышает предложение, а ведь этого металла не так уж и много на Земле, хоть АЭС и отличаются экономичностью. А значит, в будущем и уран может стать дефицитным и дорогим.

Но если мы все же говорим о будущем, то надо отметить, что на самом деле оно не за ядерной, а за ТЕРМОядерной энергетикой. На данный момент это лишь проект: в мире не действует не одной термоядерной электростанции, но у него огромнейшие перспективы и вероятность реализации. Что за зверь этот термоядерный реактор?

В обычных атомных реакторах используется энергия распада ядер: уран распадается на элементы меньшей массы, а высвобождающаяся в процессе энергия нагревает воду, которая из-за большого давления движется по трубам и вращает турбины, генерирующие электроэнергию. Термоядерные электростанции будут работать по сходному принципу, но топливо в реакторе будет не распадаться, а наоборот, соединяться в более тяжелые элементы: атомы водорода, соединяясь, будут превращаться в атомы гелия.

Именно это происходит на Солнце: этот огромный водородный шар и есть первый прообраз термоядерного реактора, который ученые пытаются создать. Плюсы термоядерного реактора: не будет дефицита топлива (водород можно производить из морской воды), абсолютная безопасность и экологичность (радиоактивное топливо не используется, выход радиоактивных продуктов низкий, неуправляемый термоядерный синтез не возможен, в случае аварии то небольшое количество радиоактивных отходов, производимое реактором, можно ликвидировать в пределах энергоблока, не создавая угрозу экологии и спокойствию местного населения). Но есть и существенные минусы.

Первый — это, безусловно, то, что проект пока лишь на стадии исследований и первый реактор появится лишь лет через 30. Второй: поскольку сия манна небесная находится в разработке, нет никакой уверенности в рентабельности технологии. Нейтронное излучение в термоядерном реакторе гораздо сильнее, и пусть оно не выйдет наружу, само оборудование получит от него большой урон и, кроме того, это излучение будет "воровать" часть энергии. Таким образом, на техническое обслуживание могут уходить слишком крупные средства.

Есть выход: вместо реакции водород-водород использовать другое топливо. Наиболее перспективен гелий-3, но на Земле его практически нет, и промышленно он не производится. Зато этого элемента полно на Луне, так что, может быть, к концу столетия мы все-таки получим идеальный источник энергии.

Итак, какой будет электроэнергетика середины XXI века?

Нефть и газ сойдут на нет. Остатки скорее всего будут перерабатываться в пластмассы и другие подобные материалы для производства товаров массового потребления. Основу производства энергии будут составлять атомные электростанции современной конструкции, если удастся преодолеть нехватку ядерного топлива. За ними расположится использование биотоплива, и если урановый дефицит обойти не удастся, тогда именно оно получит пальму первенства.

Далее — гидроэнергетика. Солнечные и ветряные электростанции будут активно использоваться в проектах энергосберегающих домов, станет гораздо больше крупных электростанций, но так или иначе, корону огромной энергетической империи они не получат. Геотермальные электростанции займут свою маленькую нишу в неспокойных уголках планеты. И примерно в это время появятся первые термоядерные электростанции. Таково будущее мирового производства электроэнергии: условное, неясное, непредсказуемое, оно есть, но это будущее наполнено оговорками "но" и "если". И действительно сложно предсказать, не откроется ли завтра технология, которая перевернет весь сектор.
Tags: на подумать, технологии
Subscribe
  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

  • 2 comments