Выпуски бюллетеня

ТомНомер
13 1
12 1 2 3 4 5 6
11 1 2 3 4 5 6
10 1 2 3 4 5
9 1 2 3 4 5
8 1 2 3 4 5
7 1
6 1 2 3 4
5 1 2 3 4 5 6
4 1 2 3 4 5 6
3 1 2 3 4 5 6
2 1 2 3 4 5
1 1 2
0 0

Тематический указатель

Не пора ли взять на прицел Солнце?

2005, Tом 2, выпуск 5
Тематика: Финансирование и рынок

Энергетическая проблема приблизилась к человечеству вплотную. Политики озабочены не только растущей стоимостью ископаемого топлива, но и в не меньшей степени поиском более чистых источников энергии. Сегодня человечество непрерывно потребляет в эквиваленте 13 ТВт мощности, и 85% из них производится из органического топлива с выделением CO2. Сбор углекислого газа с промышленных предприятий в подземные хранилища обещает реальную выгоду. Но крупномасштабная демонстрация начата только недавно и пока не подтверждает, что СО2 будет без утечек оставаться под землей в течение сотен или тысяч лет. Чтобы сдержать накопление вредных газов в атмосфере, человечеству необходимо ввести в пользование безуглеродное топливо с существенной, а лучше полной заменой нынешнего. Геологи предупреждают, что мировая добыча нефти, вероятно, достигнет пика между нынешним и 2040 годом при неуклонном росте его стоимости. Однако, критичным для климата будет не период максимума добычи нефти, а общая продолжительность ее добычи. При потреблении энергии на уровне 1998 года по оценкам нефти хватит примерно на полстолетия, на два столетия – природного газа и на необъятность двух тысячелетий – запасов угля. А развязка наступит, когда возникнут серьезные климатические проблемы, ещё задолго до исчерпания ископаемых запасов топли-ва. С другой стороны, по оценкам экспертов, рост популяции и развитие экономики заставит изыскивать дополнительно 30 ТВт к 2050 году.

С целью экономии энергии технически развитые страны активно приступили к разработкам сверхпроводниковой технологии в электроэнергетике в надежде избежать потерь от передачи электроэнергии по резистивным проводам. Но какое электричество будет передаваться по этим безупречным проводникам? Какие альтернативные чистые источники энергии в запасе у человечества и какие проблемы необходимо решить для их освоения?

Атомные электростанции. Производство 10 ТВт энергии – одной трети от проектных ориентиров на 2050 год – потребовало бы 10000 атомных электростанций (каждая производительностью на уровне

1 ГВт), а это означает пуск одного ядерного реактора ежедневно в течение последующих 50 лет. Заботы о высоких начальных капитальных вложениях, о переработке ядерных отходов, о корпоративной ответственности, связанной с возможным терроризмом, делают невероятными существенные изменения здесь в скором времени.

Термоядерный синтез. Реакторы на ядерном синтезе обладают теоретическим потенциалом получить огромное количество дешевой энергии, но не скоро. Прототип термоядерной электростанции (проектная стоимость 5 млрд. долл.) будет построен к 2020 году во Франции усилиями международной коллаборации (Европейский Союз, Китай, Россия, США, Южная Корея, Япония). Но даже если проект оправдает самые большие ожидания участников, то проектируемое время поддержания реакции синтеза - 500 секунд, слишком небольшое в сравнении с непрерывной работой, необходимой для получения большого количества энергии. Будет ли он работать, достоверно сказать нельзя, но это стоит вложений.

Возобновляемые источники энергии.

Прежде всего – это ветер, который уже сегодня поставляет энергию по стоимости 0,05 долл./кВт·час, что уступает только электростанциям, работающим на газе или угле. Но здесь проблема – в масштабах. Если бы «ветряки» были установлены в районах с устойчивыми и сильными ветрами, они могли бы выдавать лишь от 2 до 6 ТВт (к слову, есть новая оценка от исследователей Стэнфордского университета – 72 ТВт, обусловленная большей скоростью ветра на высоте 80 метров над землей). Ясно, что энергия ветра - это крайне необходимый ресурс, которым будут заниматься. Но если точны прежние предсказания его потенциала, то это – не панацея.

Биомасса, тепло недр и энергия океанских волн – тоже имеют свой потенциал. В случае биомассы он ограничивается аграрными странами, где производятся растительные продукты. Потенциал геотермальной энергии ограничивается высокой стоимостью бурения скважин.

Солнечная энергетика. Многие ученые считают, что главным направлением поиска должна стать солнечная энергетика - от новых фотоэлементов до систем, генерирующих химическое топливо с помощью энергии солнца. В США финансирование фундаментальных исследований в области солнечной энергетики повысили от нынешних 10-13 до 50 млн. долл. в год.

Панели фотоэлектрических элементов превращают сегодня солнечный свет в 3 ГВт электричества. Бизнес растет на 40% в год, а промышленность уже достигла объема 7,5 млрд. долл. Наше Солнце каждый час испускает энергию в 3,8х1023 кВт∙часов. Из этого на поверхность Земли ежемоментно попадает 170000 ТВт, около трети из них отражается обратно в космос. Таким образом за час поверхность Земли получает от Солнца больше энергии, чем человечество использует за год. Но не так легко собрать хотя бы малую долю этой энергии. Чтобы «взять» 20 ТВт солнечными панелями, имеющими эффективность преобразования 10% (предел современной технологии), нужно покрыть ими около 0,16% зем-ной суши. Если покрыть все 70 млн. особняков в США солнечными батареями, получили бы только 0,25 ТВт электроэнергии, 1/10 электрической мощности, израсходованной в США в 2000 году.

Глобальная солнечная энергетическая сеть поставит и новые задачи, главные из которых – транспортировка и хранение энергии. Если обширные солнечные фермы раскинутся где-нибудь в центре пустыни или других слабозаселенных зонах, то придется создавать электрическую инфраструктуру для транспортировки мощности в заселенные центры. Это, конечно, реализуемо, но дорого.

Более жесткое обстоятельство – хранение энергии Солнца, которую придется преобразовать в другой вид потенциальной энергии, как, например, электрохимическую энергию батареи или кинетическую энергию маховика. Глобальный характер задачи исключает оба этих варианта. Есть еще вариант закачки воды в резервуары, расположенные на высоте, с последующим обратным преобразованием. Можно также вырабатывать с помощью электриче-ства водород или другие химические виды топлива, транспортируемые по трубопроводам к местам потребления. Однако, для всего этого нужна новая дорогая инфраструктура сверх самой солнечной энергетики, тоже не очень дешевой.

Стоимость, сама по себе, может оказаться для солнечной энергии главным препятствием. Даже без дополнительной инфраструктуры сбор и накопление мощности излучения Солнца остается одной из наиболее дорогих возобновляемых технологий на рынке. Стоимость электричества от солнечных батарей типично от 0,25 до 0,5 долл./кВт·час. Для сравнения в тех же единицах стоимость «ветряной» мощности 0,05-0,07, из природного газа - 0,025-0,05, из угля – 0,01-0,04. Солнечная энергия должна стать в 50 раз дешевле, чем получаемая с помощью ископаемого топлива, чтобы выйти на конкурентоспособный уровень.

Остается большой разрыв между потенциалом солнечной энергии и тем, что необходимо вложить для выхода её на массовый практический уровень. Уменьшить этот разрыв можно, например, использованием пластиковых солнечных элементов или достижений нанотехнологии. С многообразием новых технологий наступает новое время и для прорыва в исследовании солнечной энергии. Ряд идей может сейчас получить умеренное финансирование, достаточное для поддержки небольших лабораторий. Если темп исследований не будет резко увеличен, современная энергетическая головоломка не будет разрешена и к 2020 году. Это означает, что фундаментальные прорывы, дающие эту возмож-ность, должны быть сделаны уже сейчас.

Конечно, главная проблема - в деньгах. Идея применения солнечной энергии имеет и практический смысл, и несет в себе элементы открытия. Если не случится ни то, ни другое, то не ясно, что принесет эта альтернатива.

  1. Science 2005, 309, 548
Главная | Новости | Бюллетень | Конференции | Поиск публикаций в базе данных | Новое в базе данных
Российские организации | Энциклопедия | Цели сайта | Контакты | Полезные ссылки | Карта сайта | Помощь

© Copyright 2006-2012. Использование материалов сайта возможно только с обязательной ссылкой на сайт.
Свои замечания и пожелания вы можете направлять по адресу perst@isssph.kiae.ru
Техническая поддержка Alexey, дизайн Teodor.