Но совсем скоро маленькие электростанции, работающие на силе солнца, воды и ветра, могут появиться в каждом доме. Что же мешает Казахстану отказаться от нефти, газа и опасных АЭС? Разобрался корреспондент медиапортала Caravan.kz.
Будущее уже не то, что прежде
Накануне «Экспо-2017» тема альтернативной энергетики не сходила со страниц газет и журналов, по телевидению ей посвящали сотни передач, а в школе даже первоклашкам рассказывали о плюсах возобновляемых источников энергии. Но после Всемирной выставки альтернативная энергетика как-то забылась, и главной повесткой стало строительство АЭС в Казахстане. От прежних перспективных наработок осталось лишь несколько аттракционов и экспонатов в сфере «Нур Алем», да и те уже не вызывают у посетителей такого интереса, как восемь лет назад. Более того, слишком громкая подача проблематики поспособствовала предвзятому отношению к альтернативной энергетике. Все подавалось довольно утопично, как технологии некоего, очень далекого будущего, когда закроются все АЭС, угольные карьеры, нефтяные месторождения, а человечество станет жить в гармонии с природой. Главной причиной перехода к возобновляемым источникам энергии называли необходимость сокращения углеродного следа, угрожающего всей планете. Проблема эта, действительно, стоит сейчас довольно остро, но, к сожалению, так быстро ее не решить. Существующие на текущий момент технологии добычи энергии из возобновляемых источников не в состоянии полностью заменить дымящие ТЭЦ, атомные электростанции и использование ископаемого топлива. Но это совсем не означает, что у альтернативной энергетики нет будущего. Существует множество факторов, способствующих постепенному отказу от привычных источников энергии.
Противники альтернативной энергетики очень часто ссылаются на концептуальный доклад академика Петра Капицы о том, что альтернативы термоядерному синтезу нет и быть не может. Согласно заключению академика, при рассмотрении любого источника энергии следует руководствоваться двумя параметрами: плотностью энергии и скоростью ее передачи. Произведение этих величин и есть максимальная мощность, которую можно получить с единицы поверхности, используя энергию данного вида. По этой формуле и солнечные батареи, и ветрогенераторы, и гидростанции явно проигрывают атомной электростанции. Но стоит заметить, что это заключение было сделано в 1975 году, 40 лет назад, до Чернобыля и Фукусимы. Кроме того, с тех пор прогресс значительно шагнул вперед. Стоит отметить, что работа Капицы слишком идеалистична. Безусловно, Петр Иванович был гениальным физиком, но не политиком и не экономистом. Гипотеза совсем не учитывает ситуацию в мире.
Ярким примером тому может послужить экспериментальная солнечная электростанция в Крыму. В СССР на нее никаких ставок в обеспечении населения электричеством не делали. Для этих целей на мысе Казантип было развернуто строительство атомной электростанции. Но после распада СССР даже эти скромные киловатты с экспериментальной станции помогли хоть как-то справиться с дефицитом электричества, а в 2014 году, после аннексии, которая привела к нарушению прежних инфраструктурных связей, станция стала едва ли не единственным источником электричества для стратегически важных объектов. Другими словами, концепция использования альтернативных источников энергии в качестве резерва на случай внештатной ситуации кажется вполне жизнеспособной.
Казахстан не слишком зависит от сторонних природных ресурсов, но тем не менее даже у нас случались преценденты, когда резервная альтернативная электростанция оказалась бы очень кстати. Например, авария на ТЭЦ Экибастуза зимой 2022-2023 годов привела к тому, что замерзали целые города, и это в самом сердце казахстанской энергетической промышленности. Паводки весны 2023-го значительно повредили инженерные сети, и ряд поселков, которые не затронули талые воды, остались без электричества, выживая в лучшем случае на дизельных генераторах. К слову, во многих казахстанских аулах генератор — крайне необходимая вещь в хозяйстве даже там, где электричество поступает во всем необходимом объеме. Суровый степной климат — резкие заморозки, метели, проливные дожди — часто приводит к обрыву проводов, и жители поселков на несколько дней остаются без света.
Водородные консервы
Но в этих случаях проблемой становится «консервация» электроэнергии. В отличие от привычных ТЭЦ подача энергии через те же солнечные батареи и ветряки крайне нестабильна. В ветреный день турбины могут выдавать в несколько раз больше киловатт, чем требуется поселку, а в штиль генератор не способен обеспечить и самым необходимым. Лет 15 назад для сохранения излишков использовались свинцовые аккумуляторы. Более неудобного способа хранения электричества из альтернативных источников трудно себе представить. Во-первых, от нерегулярной зарядки аккумуляторы быстро выходили из строя. Это делало, казалось бы, бесплатные киловатты совсем уж золотыми. Во-вторых, отслужившие свое свинцовые аккумуляторы отправлялись на свалку, что рубило на корню концепцию экологичности энергии солнца и ветра. Появление литиевых аккумуляторов и распространение гаджетов, способных работать автономно от сети, немного снизило проблему. Теперь обладатели солнечных батарей могли заряжать излишками электричества ноутбуки, фонарики, музыкальные колонки и пользоваться гаджетами ночью или в полный штиль. Но удобным этот способ точно не назвать.
Выходом из ситуации может стать гидролизный способ консервации электричества.
Опыт с получением водорода из обычной воды прост и популярен. Его часто показывают в школе на уроке физики. Двигатели и генераторы тока, работающие на водороде, тоже давно существуют. По мощности они не уступают дизельным, а вместо токсичного выхлопа дают водяной пар. Эта функция очень полезна в больших городах, а для частных домов просто незаменима. В отличие от дизельного водородный генератор можно ставить хоть в жилую комнату, не опасаясь угарного газа. Вот только люди на водород в качестве топлива переходить не спешат. Долгое время этот способ был дорог и бессмыслен. Дело в том, что для гидролиза требовалось много электричества, которое добывалось привычным способом. То есть для получения количества водорода, способного час крутить мотор, требовалось столько дизельного топлива, что хватило бы часа на три работы такого же двигателя. Однако эта формула справедлива лишь для тех видов топлива, которые можно использовать где-то еще. В ветрогенераторах и солнечных батареях излишки электричества все-равно уходят впустую, так почему бы их не использовать для гидролиза? Так даже небольшое крестьянское хозяйство может обеспечить себя необходимым количеством топливного водорода. Хранить его не сложнее, чем пропан в баллонах. Крупные же предприятия вполне могут поставить производство этого экологического вида топлива на поток. На этом фоне недавний концепт автомобиля на солнечных батареях с водородным двигателем кажется особенно привлекательным. Особенно если учесть стремительно растущие цены на ГСМ.
Дорога к солнцу
Солнечные батареи уже давно плотно вошли в нашу жизнь. Еще в 90-е были очень популярны калькуляторы без батареек, способные работать даже от света настольной лампы. Сейчас солнечные батареи используются в пауэрбанках, карманных фонариках, садовых светильниках. Вставки в рюкзаки помогают немного подзарядить гаджет во время прогулки, а во многих городах есть скамейки с USB-входом, который питает большая солнечная панель. Но пока эти полезные вещи зарекомендовали себя как игрушки. Крошечному садовому светильнику приходится заряжаться целый день, чтобы порадовать владельца тусклым огоньком пару часов. Гаджеты разряжаются не только в солнечный день, но и в пасмурную погоду, а также ночью. Это сильно подрывает веру в солнечные панели, а зря. Дело в том, что в быту используется очень дешевые панельки, с небольшим количеством ячеек. От них нельзя ждать большой мощности. Использование же дорогих панелей сильно бы увеличило стоимость копеечного гаджета. Но, как и в любых других технологиях, себестоимость производства панелек с большим количеством ячеек снижается. Уже сейчас за вполне приемлемую цену можно приобрести панель, которые в 70-х годах использовались лишь на орбитальных станциях и стоили миллионы. Кроме того, разрабатываются и новые защитные покрытия, спасающие панели от их главного врага — уличной пыли.
Существует ошибочное мнение, что солнечные электростанции эффективны лишь в очень жарких странах. На самом же деле идеальный климат для панелей характерен для юга Казахстана, побережий Мангыстау и горных районов ВКО. Прежде даже ученые считали, что солнечные электростанции лучше всего строить в Африке, например, в пустыне Сахара. Солнца там, действительно, много, но жара в 50 градусов для Африки не редкость, а постоянный нагрев губителен для панелей. Кроме того, в тех регионах почти нет осадков, а значит, и пыль с панелек не смывается. В наших же краях жара чередуется прохладой, что дает панелям отдохнуть. Солнечные дни сменяются ливнями, отчего с панелей смывается пыль. Но главный плюс солнечных электростанций в наших широтах — экономия на доставке электричества. Казахстанские просторы очень обширны и проводить линию электропередач от райцентра к небольшому аулу очень дорого, а у нас, в стране, где сильно развито животноводство, таких аулов, находящихся в сотнях километров от крупных населенных пунктов, тысячи. Кроме того, солнечные панели помогут решить такой наболевший вопрос, как доступ к Интернету и мобильной связи за пределами городов. Причина, по которой у нас в степи мало вышек сотовой связи, такая же, как и с маленькими аулами. Тащить несколько десятков километров электрические провода для вышки очень дорого. Солнечные панели могли бы значительно сократить эти расходы.
Сейчас, когда в Казахстане разрабатываются новые туристические направления, это крайне важно. Как бы ни любили путешественники дикую природу, быть на связи с близкими и вести стримы из ярких локаций им тоже хочется.
Так или иначе на текущий момент именно солнечные панели стали самым перспективным альтернативным источником энергии. Почти в каждом фермерском хозяйстве Казахстана есть солнечная батарея, помогающая хоть немного сэкономить на дизеле и электроэнергии.
Планы на ветер
А вот ветряные генераторы пока обманули ожидания. Это, наверное, самый эффектный вид альтернативной энергетики. Гигантские белоснежные лопасти приковывают внимание во многих городах Казахстана. Их можно встретить по дороге из аэропорта Актау, на трассе Западная Европа- Западный Китай и в других уголках страны, где они хорошо вписываются в пейзаж. К тому же в наших краях ветры дуют постоянно, поэтому и работать генераторы должны бесперебойно, обеспечивая города дешевой энергией.
На самом же деле пока все не так радужно. Ветряные установки далеки от идеала в плане экологии. Лопасти опасны для птиц, шум пугает животных, вынужденных покидать привычный ареал обитания, а производство и последующая утилизация пришедших в негодность лопастей требует много ресурсов, сводя на нет крохотный эффект сокращения углеродного следа. Но даже если отбросить в сторону экологические вопросы, то использование ветряных генераторов очень нерентабельно. Они работают в лучшем случае на 20-30 % от заявленной мощности и не способны за срок эксплуатации окупить сами себя. Но речь идет только о нынче существующих моделях, которые морально устарели еще лет 30 назад. Сейчас ведутся работы по созданию генераторов, где лопасти будут располагаться не вертикально, а горизонтально. Это увеличит срок их эксплуатации и повысит мощность. Однако будущее за ветряными генераторами с принципиально другой формой лопастей. Они больше напоминают шнек мясорубки, чем вентилятор. Сплошная спираль чувствительнее отдельных лопастей к ветру, а значит, способна производить больше энергии. Кроме того, такой тип более долговечен и издает меньше шума.
Говоря о гидроэлектростанциях, мы чаще вспоминаем таких монстров, как ДнепроГЭС и Саяно-Шушенская ГРЭС, поэтому для казахстанских реалий такое кажется невозможным. Дело даже не в том, что подобные проекты слишком дороги. У нас нет больших рек, где можно было бы возвести ГЭС, не рискуя оставить без воды целые области. Зато у нас много маленьких и быстрых горных речушек. Достаточно установить там несколько турбин, и ближайшие аулы будут обеспечены бесплатным электричеством. Это особенно актуально для горных деревень, куда очень сложно тянуть линии электропередач. Конечно, пара десятков киловатт, которые дадут эти турбины, не способны питать огромный завод, как тот же ДнепроГЭС, но обеспечить электричеством несколько домов, турбазу или ферму им по силам.
Предупрежден – значит вооружен
Пока альтернативные источники энергии не получили широкого распространения отнюдь не из-за неразвитых технологий. Многие экспериментальные образцы уже успешно показали себя на испытаниях, но до ввода в массовое производство им еще далеко. То, что мы имеем сейчас, повсеместно введено в эксплуатацию лишь благодаря стараниям экологов, либо субсидиям государства, причем довольно убыточным для бюджета. Радикально пересматривать несовершенную, но привычную систему традиционных видов получения энергии еще никто не решается. К тому же в экономическом плане в этом пока нет необходимости. Нефть, как и другие ископаемые, дешевеет, рынок ими перенасыщен, а экология, к сожалению, не является приоритетной задачей большинства государств. Из-за этого инвестиции в довольно перспективные проекты привлечь невозможно. Но так не может продолжаться вечно. В истории есть масса примеров, когда политическая ситуация резко повлияла на пересмотр технологий производства энергии. Самый яркий пример, который могут помнить казахстанцы, это переход на попутный газ в конце 90-х. О том, что при добыче нефти сжигать потенциально полезное топливо слишком расточительно, говорили еще в 60-х. Но этот вопрос все время откладывали на потом. После обретения независимости западные регионы Казахстана, по иронии судьбы самые богатые пропаном, стали сильно зависеть от дорогого российского газа, что сильно било по карману как простых жителей, так и крупные предприятия. Зато проблему, о которой говорили почти 30 лет, удалось решить за считанные месяцы. Прежде расточительно сжигаемый попутный газ, отправили в жилые дома, и стоимость этого вида топлива стала одной из самых низких среди стран СНГ.
В Европе после начала вооружённого конфликта в Украине и последовавших за ними перебоев с поставками российских газа и нефти вспомнили давно забытую технологию добычи сланцевого топлива и спешно наладили разработку месторождений, где в нефти отмечалась большая примесь парафина. Прежде добывать сланцевый газ и делать бензин из нефти с большой примесью парафина было слишком хлопотню и дорого, хотя технологии существовали давно. В 1972 году, во время нефтяного кризиса, в США капитально поменялась вся промышленность, начиная с того, что вместо больших, мощных автомобилей заводы наладили выпуск экономных малолитражек, до перехода швейных фабрик с шелковых платьев и сорочек на толстые свитера, позволяющие не тратить лишнего на отопление домов и офисов.
Если же топливный кризис когда-нибудь придет в наши степи, то потенциально Казахстан к нему готов. Тут есть и солнечные регионы, идеальные для солярных панелей, и простор для ветрогенераторов, и маленькие речушки, готовые питать мини-ГЭС. Главное, чтобы все ценные наработки по добыче альтернативных источников энергии у нас были бы не только музейным экспонатом.