Азиатская супермагистраль

11 марта исполнился один год со дня мощного землетрясения магнитудой 9 баллов, которое имело самые печальные последствия для Японии – вызванное землетрясением цунами высотой 40 метров обрушилось на побережье, стёрло с лица земли несколько населённых пунктов, оставило без электроснабжения крупнейшие японские города и разрушило транспортную инфраструктуру. В результате землетрясения восточное побережье японского острова Хонсю сместилось на 2,5 метра на восток.

Ущерб, который нанесло гигантское цунами японской экономике, транспорту и инфраструктуре, не считая затрат, связанных с аварией на АЭС «Фукусима-1», составил около 215 миллиардов долларов.

Обнародованные спустя год после катастрофы данные говорят о более 15,8 тысячи погибших. Около 93% погибших стали жертвами гигантской волны. Пропавшими без вести числятся более 3,5 тысячи человек. Около 380 тысяч домов были уничтожены или получили повреждения. По данным японского министерства по восстановлению, 340 тысяч человек были вынуждены покинуть свои дома и сейчас живут во временных домах, муниципальном жилье или у своих родственников.

Следствием мощного землетрясения стала напугавшая весь мир авария на атомной электростанции «Фукусима-1», где произошла утечка радиации. Последовали несколько взрывов, которые разрушили часть электростанции. Выбросы радиоактивного цезия в атмосферу составили 40 тысяч терабеккерелей, что составляет около 20% от аналогичного показателя объёма выброса, зафиксированного после аварии на Чернобыльской АЭС в 1986 году.

В результате аварии район в радиусе 20 километров от станции стал зоной отчуждения. Власти страны были вынуждены эвакуировать более 140 тысяч человек из окрестных населённых пунктов. Предполагается, что на полную ликвидацию последствий аварии на АЭС уйдёт от 30 до 40 лет.

Спустя год после Великого землетрясения Восточной Японии (так в Японии официально называются события годичной давности) радиоактивные вещества стали обнаруживать в воде, рисе, чае, овощах и других продуктах, которые японцы употребляют в пищу.

И вновь, как и после аварии на Чернобыльской АЭС, спустя четверть века человечество стало задаваться вопросом: так ли необходимо развивать электроэнергетику? Имеется ли сейчас достаточные возможности для перехода на выработку электроэнергии из возобновляемых и экологически чистых источников энергии?

К возобновляемым источникам энергии относятся гидроэнергетика, использование энергии ветра, термальных источников, энергии приливов и гелиоэнергетика (использование энергии солнца). В то время как цены на углеводородное сырьё растут, и, по прогнозам, цена одного барреля нефти в 2013 году может перешагнуть отметку в 300 долларов, цены на солнечные панели, вырабатывающие электричество, наоборот, падают.

Десять крупнейших мировых производителей солнечных элементов, в том числе из Китая, удвоили выпуск этой продукции, в результате чего цены упали чуть более чем в двое – на 51%. Снижение цен на солнечные панели снизило себестоимость вырабатываемой из солнечного света электроэнергии и стимулировало некоторые иностранные государства к активному строительству солнечных электростанций (СЭС).

Только за последние три года (2009-2011 годы) суммарная мощность установленных в мире солнечных станций утроилась (с 13,6 ГВт до 36,3 ГВт).

Лидером в этой «солнечной гонке» является Китай. На территории КНР расположена крупнейшая в мире, по состоянию на сегодняшний момент, солнечная электростанция Huanghe Hydropower Golmud Solar Park (введена в строй 29 октября 2011 года) мощностью 200 МВт. Так же, как и многие другие электростанции такого типа, эта СЭС расположена в пустыне в провинции Цинхай на северо-западе Китая. По проекту в год эта СЭС должна вырабатывать 317 ГВт-часов электроэнергии.

Наряду с солнечной энергией большие надежды возлагаются на ветроэнергетику. Она представляет отрасль электроэнергетики, специализирующуюся на преобразовании кинетической энергии воздушных масс в атмосфере в электроэнергию.

Развитие данного направления в электроэнергетике привело к тому, что в 2009 году установленная мощность всех ветрогенераторов составила 159,2 ГВт. За тот же год доля электроэнергии, получаемой при помощи ветряных генераторов, дошла до 2% от всей произведённой в мире электрической энергии. С помощью ветрогенераторов было, таким образом, получено 340 тераватт-часов электроэнергии.

Однако на пути широкого внедрения ветрогенераторов имеется ряд проблем: производимый ими шум и вибрация, а также возможное обледенение лопастей установки в холодное время года.

Потенциал ветроэнергетики велик. Мощность высотных ветровых потоков на уровне 7-14 километров от поверхности Земли приблизительно в 10-15 раз выше потоков приземных. Вертикальная удалённость ветрогенераторов от населённых пунктов могла бы снять проблему нерегулярности ветров, шума и вибрации. Но вопрос состоит в том, как поднять, смонтировать и эксплуатировать установки на такой высоте? Как передавать электроэнергию от электростанций на уровне 10 километров и более на поверхность планеты? Неясно и то, сколько энергии потребуется для удержания в воздухе ветроустановок. Всё это ставит вопрос о том, что сперва человечество должно совершить новую технологическую революцию в энергетике, а затем уже оно получит возможность всерьез использовать энергию ветра.

По мере того, как Япония стала понемногу отходить от шока, вызванного Великим землетрясением восточной Японии, идея об использовании возобновляемых источников энергии для производства электричества, как альтернатива атомной энергетики, стала всё решительнее овладевать научным сообществом, специалистами-энергетиками и правительственными чиновниками.

Квинтэссенцией размышлений о будущем энергетики страны стало создание 12 сентября 2011 года Японского фонда возобновляемой энергии (Japan Renewable Energy Foundation, сокращённо - JREF). JREF курирует передовые исследования в области возобновляемой энергии. В канун первой годовщины аварии на АЭС «Фукусима – 1» представители фонда объявили о концепции проекта «Азиатской суперсети» (Asian Supergrid) - создания системы магистральных линий передач сверхвысокого напряжения, связывающих сетью подземных и подводных кабелей страны Азиатского континента для эффективного управления электроснабжением в регионе. Предполагается, что потоки электроэнергии, полученной от использования возобновляемых источников России, Китая, Монголии, Южной Кореи и Японии будут соединены в одну сеть, и, предположительно, избавят Японию от наличия ядерной энергетики.

Линии электропередач сверхвысокого напряжения с напряжением 800кВ и более, позволяют передавать электроэнергию в больших количествах практически без каких-либо потерь.

Эта технология уже используется в Китае, который планирует иметь шесть линий сверхвысокого напряжения к 2015 году. Однако строители подобных линий в Японии сталкивались до недавнего времени с мощным противодействием рыболовной отрасли страны.

В мире возник новый рынок подводных силовых кабелей в связи с тем, что ветровые турбины и другие источники возобновляемой энергии переместились с суши на море и потребовались подводные линии высокого или сверхвысокого напряжения для транспортировки энергии на существующие наземные сети передачи электроэнергии.

Однако, существует достаточно высокий барьер для новых игроков на рынке, поскольку для производства больших длин высоковольтных кабелей для подводных систем передачи электроэнергии и систем линий связи требуется высокий уровень технологии.

Представители Японского фонда возобновляемой энергии объявили о начале работ по проекту «Азиатской суперсети» 10 марта. JREF будет работать в партнёрстве с Desertec Foundation, немецкой некоммерческой организацией по продвижению возобновляемых источников энергии и устойчивого развития (Desertec Foundation реализует проект строительства крупнейшей в мире системы солнечных электростанций в пустыне Сахара с участием испанского концерна SOLAR RAS, стоимостью 400 миллиардов евро).

По мнению экспертов, в идеологию данного проекта закрался один крупный изъян: планы Китая по созданию низкоуглеродных электростанций в значительной мере полагаются на новые АЭС. Китай может построить 100 новых ядерных реакторов к 2030 году - это почти четверть от общего числа коммерческих реакторов, действующих в современном мире.

Будет ли новая высоковольтная линия электропередач каким-то образом дифференцировать электричество АЭС от электроэнергии, вырабатываемой с помощью ветра или солнечных электростанций, а также препятствовать использованию первой? Эта кажется маловероятным или слишком затратным.

Скорее всего, «Азиатская суперсеть» будет смешивать все вышеперечисленные варианты, в том числе большой объём электричества ядерного происхождения.

Япония могла бы продолжить свою программу отключения АЭС - в настоящее время почти все 54 ядерных реактора, которые ранее поставляли 30 процентов электроэнергии страны, отключены - при импорте электричества ядерного происхождения из Китая.

По словам Томаса Кабергера, исполнительного председателя совета директоров JREF, создание «Азиатской суперсети» будет сложным предприятием и потребует высокого уровня международного сотрудничества.

Первым шагом на пути создания «Азиатской суперсети» стал проект строительства комплекса из ветроэлектростанции и солнечной электростанции в монгольской пустыне Гоби, который будут совместно реализовывать японская корпорация Softbank, монгольская инвестиционная компания Newcom Group и корейская Korea Electric Power Corporation.

Сегодня конечная стоимость «под ключ» 1 Вт в крупной солнечной станции составляет 2,5-2,8 евро/Вт, к 2020 году ожидается её снижение до 0,9-1,5 евро/Вт, а к 2030 году – до 0,7 евро/Вт. При этом стоимость вырабатываемой такой станцией электроэнергии сегодня составляет 0,15 — 0,29 евро/кВт-час, к 2020 году может снизиться до 0,07 – 0,17 евро/кВт-час, к 2030 году – до 0,04 евро/кВт-час.

2011 год принёс революционные изменения в стоимости солнечной энергетики. Установившиеся к концу этого года цены на 1 Вт в модуле в диапазоне 1-1,1 долларов демонстрируют практически 40%-ное снижение цен по сравнению с уровнем в 1,8 доллара в первом квартале 2011 года. Это означает, что реальная динамика снижения стоимости солнечной энергии превзойдёт приведённые прогнозы. Уже в 2012 году стоимость «солнечного» и «традиционного» киловатта электроэнергии в некоторых районах мира сравняются.

Согласно различными сценариям предполагается, что к 2020 году в мире будет установлено 350-600 ГВт «солнечных» мощностей, которые будут вырабатывать 100-400 миллиардов кВт-час электроэнергии, а к 2030 году – 1080–1800 ГВт, которые будут вырабатывать 200-1400 млрд кВт-час электроэнергии. Таким образом, доля «солнечного» электричества в общемировой выработке электроэнергии уже к 2020 году составит 4-7%, а в Европе 12%.

Все прогнозы основываются на технологиях, которые сегодня реально существуют. Это освоенные в промышленности солнечные элементы на базе кремния, CdTe (теллурид кадмия), GaAs/Ge (арсенид галлия/германий), существующие аккумуляторы, инверторы (преобразователи напряжения) и прочее. Безусловно, технический прогресс будет так же стремительно продолжаться, но нет необходимости ждать появления новых, невиданных сегодня решений.

Таким образом, «простые вещи» уже сегодня формируют завтрашнюю энергетику и открывают «окна возможностей». Уже сейчас понятно, что солнечная энергетика способна в принципе стать основой мировой энергетики.

Становится уместным в связи с этим вопрос: а что же Россия? Не случится ли так, что мы попросту не сумеем воспользоваться в ближайшие 10-15 лет открывшимся новым «окном возможностей» для осуществления технологического рывка, если не сказать большего – прорыва?

На смену одному технологическому укладу, основанному на конкретном энергоносителе, неизменно приходит другой, качественно новый. «Экономика угля» сменилась «экономикой углеводородов». Долго нынешний «углеводородный век» длиться не сможет. Да, миру пока нужны российские нефть и газ. Но с реализацией политики энергоэффективности в развитых странах Европы, потребность в российских углеводородах будет с каждым годом снижаться. В недрах текущего технологического уклада уже вызревает новый, основанный на принципиально иных энергоносителях.

Переход на новые энергоносители не случится в одночасье. Но шансов перевести отечественную экономику, так долго лежавшую под «нефтегазовой капельницей», на новые рельсы, одновременно с развитыми странами (и даже с некоторыми развивающимися) может не быть. В таком случае, произойдёт наихудшее – отставание России от остального мира станет безнадёжным.