Проблемы энергетики и возможные решения

В современном мире человек, чтобы достичь необходимой  ему степени комфорта, тратит всё  больше и больше энергии. Мы не представляем свою жизнь без холодильников, электронагревательных  приборов (чайников, микроволновых  печей), стиральных и посудомоечных  машин, компьютеров, а летом –  без кондиционеров. Сейчас у энергетиков  уже вместо одного сезонного пика потребления энергии, как это  было лет 20 назад, – два: зимой и  летом. И, кроме разговоров на уровне государства о переходе на энергосберегающие  технологии, в быту мало что меняется. Никто из нас не готов отказаться от ставших уже привычными вещей, которые, чего уж греха таить, делают нашу жизнь удобнее, безопаснее и  комфортней. 

Однако, в связи  с тем, что технологии постоянно  развиваются, производители энергопотребляющих товаров предлагают новые усовершенствованные  приборы, количество людей, пользующихся благами цивилизации, неуклонно  растёт. Как возрастает и потребление  энергоресурсов, прежде всего, электроэнергии. 

Недавние события  в Японии на атомной электростанции в очередной раз заставили  мир задуматься о безопасных способах получения электроэнергии. На долю атомной энергетики в Японии приходится порядка 26% всей вырабатываемой в стране электроэнергии. Неудивительно, что последние события на АЭС вызывают опасения относительно безопасности использования такого рода электростанций не только в Японии, но и в большинстве государств мира.

В настоящее время  мировыми лидерами в производстве ядерной  электроэнергии являются США, Франция, Япония, Россия и Германия. Всего  же в мире действует 441 энергетический ядерный реактор. Сразу после  трагедии в Японии ряд государств, сильно полагающихся на атомную энергетику, уже сообщили, что проведут тщательную проверку своих АЭС.  

Солнечные батареи  и ветряные электростанции должны уменьшить, а в перспективе и вообще свести к нулю, сжигание топлива в теплоэлектростанциях, которые сейчас производят львиную  долю электронергии в мире. К тому же эти источники энергии хороши тем, что их можно — теоретически — использовать везде, значит со временем должна отпасть необходимость в  строительстве мощных магистральных  линий электропередач и трубопроводов. Использование этих источников в  промышленности пока вопрос будущего, но уже есть первые разработки жилых  комплексов с полностью автономным, экологично чистым энергоснабжением. Так, в Баварии, где около 60% электричества производится на атомных электростанциях, было принято решение о постепенном поэтапном отказе от электроэнергии, производимой на атомных электростанциях с тем, чтобы к 2020 году полностью перейти на альтернативные источники. Сейчас основными источниками альтернативной энергетики являются ветроэнергетика и солнечная энергетика. 

Сегодня ветроэнергетика  переживает период бурного роста. Темпы  роста достигают 30 % в год. Но, наравне  с энтузиастами ветроэнергетики, в  последнее время все больше появляется и скептиков. Это и понятно. Ветроэнергетика, обладая такими достоинствами, как  экологическая чистота производства электроэнергии и использование  возобновляемого источника энергии, имеет и ряд существенных недостатков. Это низкое качество производимой энергии, создание всевозможных помех теле- и радиосигналам, негативное воздействие  в звуковом диапазоне на фауну, необходимость  в дополнительных резервных энергогенерирующих мощностях традиционной конструкции  и т.д. Но не смотря на это, как я уже сказал темпы роста составляют 30% в год.  

Сейчас лидером  в области ветроэнергетики стал Китай (42,3 ГВт энергии ветряных электростанций), обогнав США (40,2 ГВт энергии ветряных электростанций). Около 20% всех возобновляемых источников энергии в Китае - это  энергия ветра. Развитие ветроэнергетики  в этой стране идет почти на одном  уровне с уровнем выработки электроэнергии своими ГЭС. Китай в настоящее  время является мировым лидером  в крупномасштабной гидроэнергетике  в размере 21% от мирового производства.

Развитие ветроэнергетики  в Европе тоже не стоит на месте. Страны Евросоюза все вместе установили дополнительные 9,3 ГВт ветроэлектростанций  в 2010 году, доведя их общую мощность до 84,1 ГВт. Это должно, в обычный  год со средними показателями скорости ветра, производить до 5,3% от общего потребления электроэнергии в ЕС. 

Солнечная энергетика относится к сфере высоких технологий и ее развитие способствует увеличению научного потенциала государства, созданию рабочих мест в передовой отрасли.

Действующие в настоящее  время модели солнечных электростанций делятся на два типа. Более всего  распространены фотовольтаические (photo voltaic, PV) станции, в которых происходит непосредственное преобразование солнечного излучения в электро энергию с помощью множества отдельных фотобатарей (модулей). Крупнейшая в мире СЭС этого типа — Finsterwalde Solar Park, находящаяся в Германии на границе с Польшей, была введена в строй в 2010 г. Мощность всех трех очередей достигает 80.7 МВт. Оттесненная на второе место Sarnia Solar Facility, расположенная в канадской провинции Онтарио, имеет максимальную мощность 80 МВт и генерирует около 120 тыс МВтч э/э в год с помощью более миллиона отдельных модулей. Еще более крупный проект разрабатывается в американском штате Огайо, где местная администрация рассматривает вопрос о передаче более 1 кв км отвалов заброшенной шахты под модульную СЭС, которая, как предполагается, будет ежегодно вырабатывать свыше 250 тыс МВтч э/э. Основное преимущество модульных СЭС заключается в сравнительной простоте и отработанности их конструкции. Для солнечных батарей используется сверхчистый полупроводниковый кремний, производство которого уже налажено во многих странах.  

Второй тип  современных солнечных электростанций использует концентрированную солнечную  энергию (concentrated solar power, CSP). В установках этого типа солнечный свет собирается с помощью зеркал-отражателей и концентрируется на приемнике с теплоносителем. В ясный солнечный день его температура может достигать 500-700 градусов, что позволяет использовать в системе стандартные турбины, устанавливаемые на ТЭС. Теоретически, можно построить CSP-станцию практически любой мощности. Немецкая компания Solar Millennium, в частности, уже приступила в Китае к сооружению СЭС (точнее, комплекса отдельных станций), совокупную мощность которой планируется довести до 1000 МВт.  

По мнению экспертов, перспективы имеет и первый, и  второй тип солнечных электростанций. В некоторых проектах предусматривается  одновременная установка как  фотобатарей, так и концентраторов солнечной энергии.  

Поэтому энергетики, особенно конструкторы и проектировщики, утверждают примерно следующее: мы делаем всё, чтобы наши электростанции были самыми экологически безопасными. Мы делаем это в соответствии с нынешним развитием науки и технологии в этой области. Но потребности человечества в энергии растут быстрее, чем  развитие экологически чистых технологий производства электричества. 
Понятно, что добыча энергии с помощью силы ветра, солнечных лучей и тепла земли более экологически чистая, чем энергия, добываемая на тепловых и атомных электростанциях. Однако, она и более дорогая, а в то же время, менее устойчивая. Если рассмотреть ту же Баварию, то там сложно найти места с сильными постоянными ветрами, как, например, в Голландии, солнечных дней в году гораздо меньше, чем на Кипре, а на поверхность не выходит никаких геотермальных источников. Таким образом, параллельно с переходом на альтернативную энергетику, человечеству необходимо искать способы обеспечивать свои потребности с помощью энергоэффективных технологий. Так, простая замена люминесцентного освещения на светодиодное позволяет экономить от 50 до 90% электроэнергии, затрачиваемой на освещение. Плюс полностью уходят затраты на утилизацию ртутьсодержащих люминесцентных ламп. Но качественные светодиодные светильники сейчас настолько дороги, что при нынешней цене за электроэнергию срок окупаемости их достаточно долгий. 

Конечно, заменив  лампочку, простой обыватель не сэкономит  много. Но грамотная политика государства, в том числе, и в формировании экономического механизма стимулирования внедрения энергосберегающих технологий в быту и на производстве, позволит сократить потребности нашего общества в электроэнергии и, соответственно, продвинуться хотя бы на шаг к более  чистой окружающей среде.