Эволюция альтернативной энергетики долгое время была основным направлением развития отрасли. Но в последнее время стало ясно, что не все так однозначно с использованием энергии ветра и солнца. То есть, и их следует задействовать для обеспечения энергетического баланса, но делать ставку только на них неразумно. Впрочем, как и на любой другой источник энергии, игнорируя остальные возможности.
На прошедшей с 24 по 26 августа во Франции встрече «Большой семерки» президент США Дональд Трамп удивил общественность своим заявлением о ветрогенерации. Он назвал ветрогенераторы «ветряными мельницами, которые не очень хорошо работают» и высказал сомнение, что развитие альтернативной энергетики способно остановить изменение климата. В полемику с Трампом вступило Министерство энергетики США, заявившее, что используемые ветрогенераторы надежны, а объем ветрогенерации в стране быстро растет и скоро ветряки выйдут в лидеры среди других видов возобновляемых источников энергии. Министерство привело в качестве аргументов достаточно впечатляющую статистику. Например, в 2018 г. в США были установлены ветрогенераторы суммарной мощностью 7588 МВт. Впрочем, утверждение американского президента о том, что переход на альтернативную энергетику не остановит климатические изменения, так и не было опровергнуто.
Тем временем, на протяжении лета 2019 г. в США был отмечен рост потребления природного газа на электростанциях. Это увеличило долю выработки газа в общей выработке электроэнергии до 37% против 34% годом ранее. При этом доля альтернативной энергетики (не смотря на наращивание ветрогенерации) составляет 10%, не изменившись за последний год. Налицо явный застой.
В это же время, в Лос-Анджелесе в августе, против альтернативной генерации выступил местный профсоюз работников электроэнергетики. Речь идет об амбициозном проекте вводе дополнительных 400 МВт солнечной генерации вместе с хранилищем энергии на литий-ионных аккумуляторах, способном выдавать до 200 МВт мощности. Под этот проект департамент воды и энергии Лос-Анджелеса в рамках 25-летнего контракта хотел установить самую низкую в США закупочную стоимость электроэнергии — менее 2 центов (1,3 руб.) за 1 кВтч электроэнергии. Это меньше, чем стоимость электроэнергии, вырабатываемой на электростанциях, использующих в качестве топлива природный газ. В результате до 400 работников ЭС традиционного типа могли лишиться работы. Под давлением профсоюзов контракт пока отозван с утверждения городским советом Лос-Анджелеса.
Возрождение атомной энергетики
После катастроф в Чернобыле, а потом и в Фукусиме, по всему миру стали отказываться от атомной энергетики. Но в 2019 году наметилась тенденция возрождения интереса к данному типу генерации, что наглядно было продемонстрировано в августе.
23 августа атомный энергоблок «Академик Ломоносов» российского производства отправился в первое плавание. Была начата буксировка этой плавучей АЭС к первому месту работы — на Чукотку. Когда писался этот обзор, уже было ясно, что плавание прошло успешно.
«Академик Ломоносов» — первая в мире плавучая АЭС для коммерческого, а не военного применения. Здесь у российских ученых и инженеров имеется мировой приоритет. Хотя в 70-х годах в США существовала плавучая АЭС, которую эксплуатировали в районе Панамского канала, изначально, она создавалась как временное решение и использовалась в интересах американских военных. Также «Академик Ломоносов» — одна из немногих АЭС, которая может использоваться как для выработки электроэнергии, так и для нужд отопления, а при необходимости, и для опреснения воды. В стандартном режиме вырабатываются 60 МВт электроэнергии и 50 Гкал/ч тепла. Уменьшение выработки тепла позволяет поднять выработку электроэнергии до 70 МВт. А, если повысить выработку тепла до 145 Гкал/ч, то выработка электроэнергии уменьшается до 30 МВт. Установка способна опреснить до 240 куб. м воды в сутки.
Возродился интерес к мирному атому и в Великобритании. В начале августа новый премьер-министр Великобритании Борис Джонсон посетил атомное агентство Соединенного Королевства, где познакомился с работами по созданию компактных термоядерных реакторов. Предполагается, что этому источнику энергии принадлежит будущее, в том числе и в деле выработки электроэнергии. Исследования ведутся по всему миру, начиная с 60-х годов XX века. И вот британские ученые (не те, которые являются героями анекдотов, естественно) утверждают, что им удалось приблизиться к решению задачи создания термоядерных реакторов, которые могут массово использоваться на электростанциях. Впрочем, здесь более важен политический аспект — с именем Бориса Джонсона связывают надежды на большие перемены в Великобритании, и он сразу обозначил возможные приоритеты в энергетике.
В США губернатор штата Огайо в августе 2019 г. выделил из местного бюджета дополнительно $150 млн. на развитие атомной энергетики. При этом увеличение ассигнований на альтернативную энергетику составило всего $20 млн. В ближайшее время в штате будут построены две новые атомные электростанции. Одновременно к 2026 году власти штата намерены отменить требования по минимальной доле возобновляемых источников энергии в общей генерации электричества. И, наконец, в Огайо снимаются ограничения на развитие угольной генерации.
Суперконденсаторы будут печатать на 3D-принтере
Все рассказанное выше, не означает, что от альтернативной энергетики собираются отказаться. Наоборот, ведутся исследования, результаты которых должны уменьшить недостатки, свойственные альтернативной энергетике. В частности, разрабатываются новые решения в области хранения энергии. Технология суперконденсаторов является наиболее перспективной для накопления электроэнергии. Однако, пока что они стоят слишком дорого. Но, что если суперконденсатор печатать на 3D-принтере — это позволит снизить его стоимость.
В Манчестерском университете (Великобритания) создали суперконденсаторы нового поколения на базе материала MXene. По своим свойствам вещество аналогично графену, в котором вместо атомов графита используются атомы титана. Материал является двухмерным (2D). Тем не менее, из него можно изготавливать обкладки суперконденсатора, используя технологию 3D-печати.
Следующий шаг, который позволит сделать Mxene уже в ближайшем будущем — создать асимметричные суперконденсаторы с повышенной удельной емкостью. Решение проблемы сглаживания пиков выработки и потребления энергии, проще говоря, накопления энергии в таких количествах, чтобы хватило на всю ночь, станет тем фактором, который позволит альтернативной энергетике занять достойное место.
Выводы
Современная ситуация с альтернативной энергетикой во многом определяется политической борьбой в США в преддверии президентских выборов. Трампу, с одной стороны, нужно опереться на нефтяных и газовых магнатов, традиционно поддерживающих Республиканскую партию США. Но, с другой стороны, он подыгрывает и своим избирателям из американской глубинки, которые не всегда понимают, зачем нужны технологии энергосбережения.
Тем не менее, некоторое охлаждение интереса к альтернативной энергетике имеет и объективные причины. Инвестиции явно опережают реальный уровень развития технологий. Тем не менее, процесс перехода на электротранспорт в США и странах Евросоюза уже запущен, соответственно, энергии требуется все больше и больше. В таких условиях во всем мире обратили взоры к атомной энергетике. Но и она панацеей не является. В общем, нас ждет большое разнообразие видов генерации, а цифровые технологии позволят предоставлять их оптимальную комбинацию в зависимости от конкретных условий и желаний потребителей.