Строительные исследования

Атомщики не устают повторять, что альтернативы атомной энергетике нет. Однако большинство энергетиков, не зависимых от атомщиков, отвечают на этот вопрос по другому, а именно — необходимо развитие не атомной энергетики, а современной тепловой энергетики и возобновимых источников энергии, и для этого есть все предпосылки.

Чтобы положительный ответ на вопрос «Есть ли альтернативы атомным электростанциям?» не был голословным, кратко рассмотрим состояние и мировые тенденции развития других, — не атомных источников электроэнергии.

3.1. Хватит ли газа, нефти и угля?

Уже лет 15—20 серьезные энергетические сценарии будущего определяли использование природного газа для производства энергии как «газовую паузу», «мост к будущей энергетике», — период интенсивного потребления газа, во время которого будут развиты какие-то экономически и экологически приемлемые технологии производство электроэнергии.

Уже разведанных и существующих запасов газа в России хватит, по крайней мере, на 70—80 лет для удовлетворения не только собственных, но и экспортных потребностей. Теоретически же газа в России хватит более чем на 200 лет интенсивного потребления внутри страны и успешной торговли: у нас находится 35% разведанных мировых запасов газа. Замечу, что всех запасов урана для АЭС (при загрузке в реакторы свежего, а не регенерированного топлива) хватит на значительно меньший срок — не более чем на 90 лет (по некоторым расчетам — на 40—60 лет).

С развитием технологий добычи, переработки и транспортировки газа все чаще в энергетических работах газовая энергетика определяется как «топливо будущего». По многим прогнозам доля газа в производстве энергии увеличится до 20—25% к 2020 г. и до 30% к 2050 г. (Башмаков, 1999).

К этому надо добавить, что одним из важнейших энергетических открытий XX века явилось обнаружение колоссальных запасов метана в виде метан-гидратов, содержащихся в концентрированном виде под ложем океана. По величине запасенной энергии эти метан-гидраты превосходят вдвое все разведанные запасы газа, нефти и угля вместе взятые (Japan..., 1999). Уже одно только это открытие обеспечивает безоблачное энергетическое будущее человечества не только в XXI, но и в XXII в. Освоение ресурсов

метан-гидратов освободит от зависимости от атомной энергетики такие страны как Япония, Южная Корея, Тайвань, а также прибрежные регионы Китая, США, и других стран.

Развитие газовой энергетики в настоящее время стимулируется и значительным прогрессом в создании высокоэффективных и экономичных паро-газовых турбин с невиданным ранее в энергетике КПД свыше 60% (см. далее).

Запасов угля в мире хватит на 150—200 лет (с учетом огромных запасов бурого угля). Несколько десятилетий назад все страны стремились использовать в первую очередь высококачественный уголь вроде антрацита. Современные технологии сжигания угля в так называемом кипящем слое предполагают также использование бурых, низкокалорийных углей. Среди современных технологий переработки угля (Катальников, Кобяков, 1998):

— интегрирование парогазовых установок с агрегатами утилизации оксидов серы и азота;

—дымовых газов в кислоты для производства минеральных удобрений;

— многостадийная переработка в рамках кислородной технологии: термическая очистка угля и получение концентрированных кислых газов, газификация очищенного топлива для производства горючего газа, паро-кислородная газификация для синтеза метанола, уксусного ангидрида и другой химической продукции;

—плазменная газификация и пиролиз, использование промышленных топливных элементов и мембранных технологий, аккумулирование энергии и получение водородного топлива.

Эти технологии позволяют в десятки раз сократить опасные выбросы окислов серы и азота, вызывающие кислотные дожди, а также сократить радиационное загрязнение золоотвалов угольных ТЭЦ. Несмотря на такую экологизацию угольной энергетики, она остается одной из самых экологически грязных, и доля угля в производстве электроэнергии в будущем видимо несколько сократится именно по причине экологической безопасности (при сохранении резервов угля для будущих столетий).

Первая современная тепловая электростанция была построена в России только в 1996 г. До этого у нас не было ни одной паро-газотурбинной или работающей по технологии комбинированной переработки угля или сланцев. Именно такие станции служат приемлемой и экономически эффективной заменой АЭС в США, Германии и других странах. Газовые и парогазовые энергоустановки, производимые корпорациями GE,

«...Более 20российских конверсионных заводов, готовых к выпуску электростанций мощностью от 1 до 30 мВт, бездействуют вследствие отсутствия финансирования...»

(Е. Кривякина. Малая энергетика бросает вызов большим энергосистемам. Финансовые Известия, 20 февраля 1996, №18, с. 4.)

Несмотря на это сопротивление, новые веяния, и в частности, парогазовые установки, кажется, всерьез заинтересовали наших энергострои-

Westingause, Siemens, ABB достигают единичной мощности в парогазовом цикле до 430—480 МВт при КПД выше 60% (Ольховский, 1999). В перспективе еще более эффективные установки (с КПД до 68%) на основе турбин с влажным воздухом (Bahm,1999).

Эффективные газотурбинные станции можно и нужно строить и в России: разработанные в свое время газотурбинные двигатели для военных самолетов после небольшой переделки способны работать на земле как высокоэффективные газотурбинные электростанции. Они автономны, дешевы, надежны, быстро монтируются, экологически несравнимо менее опасны, чем АЭС.

В настоящее время в России в результате конверсии оборонной промышленности сложилась исключительно благоприятная ситуация для массового производства модульных газотурбинных установок (ГТУ) разной мощности: от небольших (0,8—2,5 мегаватт) до 60—80-мегаваттных. Эти ГТУ могли бы производить предприятия Самары, Москвы, Санкт-Петербурга, Рыбинска, Калуги. Можно было бы выпускать 300—500 газотурбинных двигателей в год с высоким КПД и полностью решить задачу компенсации выводимых мощностей АЭС (Фаворский, цит. по: Галич, 1993). А в течение шести-семи лет при затратах 6—7 млрд долларов можно было бы заменить газотурбинными установками все имеющиеся в России АЭС (Фаворский, 1992). Правда, анализ Всемирного банка дает более высокие затраты: 18 млрд.. долларов (Толмацкий, 1993). Между тем, для доведения всех наших АЭС до западных стандартов безопасности в начале 90-х гг. было нужно затратить 22—25 млрд.. долларов (Barnes et al., 1993). Почему же Правительственная комиссия, созданная после моих обращений по этому вопросу к Б.Н. Ельцину и Е.Т. Гайдару еще летом 1992 г., так ни разу и не собралась для обсуждения этой проблемы? Самый вероятный ответ: потому что это противоречило интересам российского ядерно-промышленного комплекса.

Калужский турбинный завод выпускает Автоматические энергетические комплексы (АЭК) единичной мощностью от 25 кВт до 250 МВт. АЭК-500, например, имеет мощность 500 кВт, стоит 12,5 тыс. долларов, весит 10,5 т, устанавливается в течении года в любом месте, рассчитан на продолжительность работы 40 лет с профилактическим ремонтным обслуживанием один раз в пять лет. Стоимость получаемого при этом электричества составляет 1,1—1,4 цента/ кВт*час.

(Из проспекта научно-производственного объединения «ТУРБО-КОН», 1998, Калуга)

Нет особой нужды беспокоиться и по поводу ресурсов нефти. Несмотря на огромное современное потребление этого топлива, его разведанные запасы не уменьшаются, а только растут. Современная доля нефти в энергопроизводстве (свыше 30%) вероятно сохранится до 2050 г., после чего запасов нефти в мире хватит еще на сотню лет.

Из приведенных выше данных ясно, что постоянно распространяемые атомщиками утверждения о неизбежном ограничении производства энергии на тепловых станциях ограниченностью запасов углеводородного сырья не соответствуют действительности.

Использование углеводородного топлива (угля, нефти и газа) конечно же, не самый лучший способ переработки этих невосполнимых ресурсов. Но очень долго оно не продлится: человечеству нужна эта газово-уголь-ная «пауза» для разработки и внедрения каких-то более эффективных, чем сжигание угля и газа (и менее опасных, чем с помощью АЭС), способов производства электричества. Еще раз замечу, что само развитие атомной энергетики в 50—70-е годы, несомненно, на несколько десятилетий затормозило поиски иных, безопасных и приемлемых, источников энергоснабжения. Сейчас положение, к счастью, заметно меняется.

3.2. Возобновимые источники энергии

Развитие альтернативных (по отношению к атомной энергетике и сжиганию ископаемого органического топлива) источников энергии идет

телей: на следующие 15—20 лет планируется ввод в России более 200 парогазовых блоков с общей мощностью до 80 млн кВт (Особов, Особов, 2000). Эти установки позволят использовать пока неиспользуемые запасы пара в котельных.

«...Руководитель департамента энергетики США Билл Ричардсон рассказал о планах увеличения производства электроэнергии в США от ветроустановок к 2020 году до 5 % от 0,1 % в настоящее время. "Мы считаем ветроэнергетику в настоящее время наиболее перспективной из всех возобновимых источников энергии". Среди других возобновимых источников электроэнергии — солнечная и энергия биомассы (включая отходы сельского хозяйства)».

(M. L. Wald. U.S. Aims to Have 5% of Electricity From Wind by 2020. The New York Times, June 20,1999).

диционными возобновимыми гидроэнергетическими источниками) давали больше электричества, чем все АЭС вместе взятые (в США атомная энергетика дает 22 % всей электроэнергии).

Прямое сравнение стоимости «ветряного» и «атомного» электричества в 1999 г. показало, что в Калифорнии стоимость ветряного (на ветряных прибрежных фермах) на 40% ниже, чем на работающих коммерческих реакторах, и будет вдвое ниже, чем на реакторах на быстрых нейтро-

более быстрыми темпами, чем это предполагалось еще 10 лет назад (обзор см. Ушаков, 1994). Лучше всяких расчетов об этом говорит то, что нефтяной гигант «Шелл» инвестировал в возобновимые источники энергии 500 млн. долларов, а президент этой колмпании Кор Xеркстротер считает, что «через 50 лет «Шелл» будет на 50% нефтяным, а на 50% — возобновимым». В другом энергетическом гиганте — «Бритиш Петролеум» — солнечной эне-гетикой занимаются более 700 человек (When..., 1998). Правда, в 1995 г. все возобновимые источники энегии в мире давали только 6,1% энергии (без гидроэнергетики — 3,7%).

По решению Европейского Союза возобновимые источники должны давать не менее 12% электроэнергии в странах Союза к 2010 г (Martin,1998).

3.2.1 Ветроэнергетика

Велики резервы ветроэнергетики, способной, при оптимистическом развитии событий, давать миру не менее 10 % электроэнергии уже к 2020 г., то есть более 1200 млн. МВт или около 3000 ТВт*час в год (Wind.. .1999). На Рис. 9 хорошо видна эта общая тенденция. К 2030 г. по прогнозам ветроэнергетика будет производить только в странах Европейского сообщества 100 ГВт (Безрученко, Быков, 1998).

Уже в 1992 г. в США альтернативные источники энергии (вместе с тра-

10000

1980

Годы

Рис. 8. Мировой объем выработки (1) и (2) — тенденция уменьшения цены электроэнергии от ветроустановок (Vital Signs, 1999—2000; Goldemberg, 1996)

нах — бридерах (Trends..., 1999).

Во Франции, например, электричество, получаемое на ряде крупных ветровых станций (созданных, кстати, атомной промышленностью!), поступает в единую энергетическую систему страны по цене 0,36 франка за кВт*час, что вполне сопоставимо с ценой электричества от других производителей (Bonduelle, 1999). В Великобритании цена «ветрового» электричества сравнялась в 1998 г. со средней ценой обычного электричества — 3,52 и 3,53 пенса (5,6 цента) за кВт*час (When..., 1998). Средняя цена «ветрового» электричества в Европе составила в 1998 г. 5 центов/кВт*час (Flavin, 1996) и сравнялась с ценой «угольного» электричества (Рис. 8). В ряде районов мира, как и на Украине, цена электроэнергии на лучших ветровых станциях (2,3 цента/кВт*час) оказывается ниже, чем средняя стоимость производства электричества по стране (2,8 цента /кВт*час; Power for Change, 1997). И это далеко не предел — она сокращается ежегодно в среднем на 10% (Spurgeon, 1999).

По прогнозам, основанным на уже осуществляемых или принятых пла-

нах строительства ветроэнергетических установок в мире, к 2005 г. их мощность троекратно увеличится и достигнет 18 500 МВт, в том числе: 2730 МВт в США, 2500 МВт в Индии, 1300 МВт в Китае, 1300 МВт в Германии и 1275 МВт в Испании (Davidson, 1996). 18 500 МВт—это половина мощности всех 48 АЭС, сооружаемых в разных странах мира в 1996 году.

Предполагается, что только в 2000 г. на развитие ветроэнергетики будет потрачено в мире более 3 млрд.. долларов, а в 2020 г. — около 78 млрд. долларов ( инвестиции во всю энергетику в 1999 г. составили 170—200 млрд долларов; Wind., 1999).

Резервы ветроэнергетики огромны. Так, например, ветровой потенциал только германского побережья Балтики составляет 237 ТВт*ч, и если использовать только 10% от этого потенциала, то ветер смог бы генерировать 5% энергетического баланса этой страны (Безрученко, Быков, 1998). Она может давать энергию не только тогда, когда дует ветер. Компрессор и труба диаметром около метра и длиной 100 м (аккумулирующая емкость) может аккумулировать около 400 кВт*час энергии с помощью компрессора, сжимающего воздух, когда турбина производит избыточную энергию

(Куркин, 1989, с. 64).

К сожалению, в России пока ветроэнергетика развита слабо. Как обнадеживающий пример можно привести Санкт-Петербургский НИИ «Электроприбор», выпускающий небольшие ветроэлектрические установки, дающие 500 Вт мощности при скорости ветра 10 м/сек (Цыганкова, 2000). Иное положение в бедной нефтью и газом Украине. В 1997 г. правительство Украины поставило цель увеличить производство ветроэнергии до 5 % общего производства электроэнергии в стране к 2010 году (Power for Change, 1997! При этом стоимость электричества на лучших ветроус-тановках на Украине заметно ниже, чем средняя стоимость электричества по стране: 2,3 цента/кВт*час против 2,8 центов/кВт*час (Power for Change,

1997).

Сейчас развитие ветроэнергетики идет двумя путями: создание все более совершенных и эффективных малых ветроустановок и создание колоссальных (с диаметром ротора до 50 м) «ветряных ферм» в основном в районах морских побережий или даже на мелководьях, мощностью до 5

МВт.

Еще одним достоинством ветроэнергетики является сравнительно небольшое количество земли, которое изымается под ветроэнергетические установки сравнительно с другими энергетическими технологиями (Без-рученко, Быков, 1998)