Основой энергетики XXI века будет уголь

15.06.06 О том, как соотносятся альтернативные и традиционные источники энергии, рассказывает профессор Московского государственного университета, доктор геолого-минералогических наук Михаил Голицын.

В Китае завершено строительство самой большой гидроэнергетической плотины. Может ли энергия воды считаться альтернативой традиционным источникам?

Использование гидроэнергии в течение последних ста лет показало, что больше 3% общей потребности в энергии гидростанции дать не могут. Равнинные электростанции губят огромные площади сельскохозяйственных земель. Высота плотин на равнине небольшая - десятки метров, и потому малый съем энергии с каждого метра реки. На горных электростанциях плотины достигают огромной высоты. Например, в Средней Азии плотина знаменитой Нарынской ГЭС имеет высоту 250 метров. А ведь это сейсмически опасный район. Представьте себе, случится землетрясение по силе сравнимое с ашхабадским 1948 года или ташкентским 1966. Если плотина рухнет, то хлынувшая вода просто смоет Самарканд, не говоря уже о мелких поселках и аулах. Это огромный риск. Поэтому в мировом потреблении энергии, как было 3%, так на будущие сто лет и будет 3%. Больше гидроэлектростанции дать не смогут.

А какова ситуация с ископаемыми видами топлива - углем, нефтью и газом?

С ископаемым топливом сейчас в мире достаточно благополучно. 30 лет назад все газеты писали, что нефти хватит на 40 лет. Прошло 30 лет, и если мы сейчас возьмем эти прогнозы, то получается что на 50, а то и на 70 лет нам ископаемого топлива. Разведываются новые месторождения на морском и океанском шельфе, повышается процент нефтеотдачи. Сегодня извлекается не 30% как раньше, а 40, а будет извлекаться 50-60, может быть 70%. Примерно половина запасов нефти мира сосредоточены в тяжелых нефтях, так называемых битуминозных песках. В Канаде в бассейне реки Атабаска, разведано 100 миллиардов тонн нефти. Если учесть, что общие ресурсы разведанной нефти - это 175 миллиардов тонн, то Атабаска - это больше половины. Но нужно иметь ввиду, что с каждым годом добыча нефти дорожает.

Можно ли использовать вместо дорогой нефти, например, силу ветра?

Альтернативные источники энергии постепенно будут по цене приближаться к основным энергоносителям. Сейчас, конечно, они в два-три раза дороже, но ведь еще недавно они были дороже раз в десять. 10-20 лет назад солнечные установки были очень дороги, а ветряки работали гораздо менее эффективно, чем сегодняшние ветроэлектростанции (ВЭС). Установка с лопастями размером 60-80 метров дает пять мегаватт энергии, так что одна ВЭС может обеспечить целый поселок. Но это единичные установки, а, как правило, мощность ветряка составляет до 500 киловатт. Обычно их строят вдоль дорог, вдоль побережья Северного моря в Германии, в Голландии, в Бельгии. Причем сейчас их ставят в море: во-первых, они место не занимают, и, во-вторых, там постоянный ветер.

Конечно, для работы ветровых электростанций необходим постоянный ветер, а он не всегда есть. Параллельно с ветровыми обязательно работают или газовые, или угольные, или мазутные электростанции обязательно. В тех районах, где построены сегодня ветряки, как правило, 90% времени скорость ветра составляет 7-8 метров в секунду, и это - нормально. А вот когда ветер 25-30 метров в секунду он может просто сломать ветряк.

Что можно предложить кроме ветра? Солнечную энергию?

Солнечная энергия получается двумя типами установок. Первый тип - это зеркала, которые фокусируют лучи Солнца на котле с водой или соляным раствором, нагревают этот котел и дальше используется горячую воду или пар. А второй тип, наиболее прогрессивный, который много лет употребляется на космических станциях - это фотоэлементы. В Англии есть дома, которые отапливаются, за счет солнечной энергии. У них стены и крыши оборудованы панелями. В Крыму тоже есть подобные солнечные электростанции, которые отапливают дома.

Но главный недостаток всех альтернативных энергоносителей - ветра, солнца, или той же энергии океана - это непостоянство источника энергии. Что делать ночью, когда нет Солнца или днем, когда оно плотно закрыто облаками? Что делать в безветрие? Что делать, когда на море штиль, какая там энергия? Никакой.

А каким образом извлекается энергия из океана?

Например, делают поплавок, который ходит по штоку - по специальному стержню, как в автомобиле цилиндр ходит, и волны то поднимают, то опускают поплавок, и он производит энергию. Сегодня есть проекты, которые предлагают на крупных течениях, например на Гольфстриме, поставить подводные пропеллеры, с лопастями по 80 метров, которые будут вращаться медленно, но силой будут обладать огромной. Есть очень интересные проекты установок для тропических районов. На дне океана на глубине тысячу - полторы тысячи метров температура воды составляет 8 градусов, а на поверхности - 30-40 градусов. Снизу подают холодную воду, она сжижает фреон, который циркулирует в замкнутом контуре, а теплая вода с поверхности испаряет фреон, он расширяется и крутит турбину. И снова поступает в холодную воду и так далее по кругу.

Можно использовать и тепло Земли?

В Ленинграде собирались пробурить скважину в гранитах на глубину около двух или трех тысяч метров - там температура больше ста градусов, и, в принципе, можно получать горячую воду. Сейчас состояние этого проекта я не знаю. Но тепло Земли используется по-разному. Это и низкотемпературное порядка 60-80 градусов для теплоснабжения домов, оранжерей, теплиц на Кавказе, и высокотемпературное тепло на Камчатке, где на геотермальном тепле работают электростанции. Они используют перегретый пар, который поднимается из скважин. Но вместе с горячей водой и паром выделяются вредные газы и поэтому строить недалеко от городов такие электростанции нельзя.

Каковы на сегодня перспективы использования альтернативных и традиционных источников энергии?

Еще много лет в основе мировой энергетики будут три кита - уголь, нефть и газ. Причем газ - это в основном природный газ, который добывается в газовых месторождениях. Но сейчас в качестве источника газа используются и угольные пласты. В одной тонне угля содержится 20-30 кубометров метана. Пористость угля составляет от 10% до 30%, и там сосредоточены громадные запасы газа, которые сопоставимы с запасами природного газа. Кроме того, если мы будем из этих пластов откачивать газ, мы повысим безопасность работы шахтеров. Но основным источником энергии и сегодня и на перспективу является уголь.

Чтобы использовать уголь, необходимо соблюдать строгую культуру производства. В потреблении угля культура заключается в обогащении, то есть отнимании из него зольной части, чтобы зольность угля была не выше 5-10%. Тогда его можно жечь без особого ущерба для экологии. На электростанциях устанавливают золоулавливающие и газоулавливающие установки. Добавляют известь, чтобы связать серу, и получить гипс. Культура использования угля во всех странах мира очень быстро развивается. И в России тоже поняли, что надо этим заниматься. И в Кузбассе строят современные обогатительные фабрики. Но главная проблема в России - это то, что во всем мире газ дороже угля, а у нас газ - дешевле. Поэтому мы сжигаем на электростанциях газ, вместо того чтобы обогащать уголь.

Можно привести американские данные об источниках энергии, которые охватывают весь прошлый век и дают прогноз до 2100 года. В 1900 году 60% энергии человечество получало за счет сжигания дров. Потом начала развиваться угледобыча, а потом пришла нефть. К 1980 году 40% энергии давала нефть, газ - 20%, а уголь - 25%. Согласно прогнозу до 2020 года, доля угля в мировом энергопотреблении вырастет до 30-32%, газ останется на уровне 18%, а нефть с 40% понизится до 20%. Гидроэнергия останется на уровне 3%. Что касается атомной энергии, то ее доля растет с сегодняшних 8% до 12%.

Американцы предложили прогноз на сто лет вперед и, по-моему, сделали фантастический вывод, что половина энергии придется на альтернативные источники. Но это очень маловероятно. Хотя, безусловно, есть быстрый рост мощности альтернативных источников энергии. Например, в Японии в 1999 году за счет энергии ветра вырабатывалось 20 мегаватт, 2002 - 340 мегаватт, а в 2010 уже планируется достигнуть мощности 3000 мегаватт. Но все-таки главный недостаток альтернативной энергии - это непостоянство действия и необходимость держать запасной энергоноситель, этот недостаток пока не устраним. Так что энергетика будет базироваться на угле, нефти и газе, а на альтернативные источники придется 10-20%, даже в долгосрочной перспективе.