«Ветер будущего. Тренды альтернативной энергетики»

14.03.2021

Ирина Варламова — сотрудница Сколковского института науки и технологий («Сколтех»), магистр физики и материаловедения, стипендиат правительства РФ за научные достижения. На лекции «Ветер будущего. Тренды альтернативной энергетики» в рамках проекта «Сколтех в Технопарке» она рассказала, как работают ветряки и солнечные панели, как IKEA хочет стать углеродно-нейтральной и есть ли место для альтернативной энергетики в российской энергосистеме.

Как начиналась альтернативная энергетика

Первая ветряная электростанция была построена в 1887 году в Великобритании, но из-за некоторых социальных и экономических факторов эта идея не «зашла» в массы. Спустя три года, в 1890 году, первую электростанцию открыли в Дании. Дания была пионером введения такого вида выработки энергии. На сегодняшний день она покрывает 47% потребности в электроэнергии посредством ветряков.

В России первая ветряная электростанция появилась в Курске, а вторая — в Балаклаве: ее открыли в 1931 году и она снабжала электроэнергией трамвайные пути между Балаклавой и Севастополем. В годы Второй мировой войны она разрушилась, и довольно долго в России в принципе не было ветряных электростанций.

О «погодном факторе» для ВИЭ

Многие государства заинтересованы в сокращении выбросов парниковых и углекислого газов, 60% которых приходятся на производство электроэнергии. Поэтому именно область энергетики нуждается в трансформации и в изменении парадигмы: мы должны перейти от традиционных ископаемых источников энергии к альтернативным, возобновляемым.

Во всей этой красивой картинке альтернативной энергетики есть ложка дегтя. Недавний «флокдаун» (от немецкого Flocke — снежинка) в Германии в конце января 2021 года абсолютно парализовал все виды альтернативных источников энергии. Например, в Германии 26% энергии приходится на ветряки, а они не работали из-за налипшего снега. То же самое произошло и с солнечной энергетикой, и Германия вынуждена была включить свои электростанции, которые работают на угле, на полную мощность.

Прогнозируется, что зависимость от газа, угля и от атомной энергетики будет все-таки актуальна, потому что альтернативная энергетика не обеспечивает на 100% запросы и катастрофически зависит от погодных условий.

Лидеры альтернативной энергетики

IKEA

Ежегодно инвестирует в альтернативную энергетику — 2,5 миллиарда долларов за 10 лет. У компании есть солнечные панели и ветряные электростанции для собственных нужд. В планах к 2025 году продавать такие панели для частного пользования, а к 2030 — стать углеродно нейтральной компанией. Надо сказать, что, несмотря на все инвестиции, пока нет окупаемости непосредственно альтернативной генерации электрического тока, но за счет своей деятельности IKEA продвигает бренд и имеет спрос и доверие покупателей.

Google

За 13 лет смогли перейти к углеродно нейтральной энергии за счет компенсаторов выбросов углекислого газа. К 2030 году планируют полный переход на альтернативные источники и поддержание регионов, в которых находятся их дата-центры. Например, собираются поставлять 5 ГВт энергии ежегодно в ключевые регионы своей деятельности, помогать городам с сокращением выбросов и создать порядка 20 тысяч новых рабочих мест в «зеленой» энергетике.

«Хевел»

Российская компания, которая занимается продажей и изготовлением солнечных панелей на 340 МВт в год. Примерный КПД их батарей — 23,5%.

Чем хороша и плоха водородная энергетика

Водород имеет очень высокую энергоемкость: теплота его сгорания — порядка 120 мегаджоулей на килограмм, тогда как для бензина это всего 25 мегаджоулей на килограмм. При сжигании водорода образуются тепло и вода, эту воду можно даже пить — то есть это абсолютно безвредная переработка водорода и извлечение из него энергии. На основе водорода создаются топливные элементы, химические источники тока. Они хороши тем, что их не нужно заряжать, и они не зависят от внешних погодных условий. Все, что им нужно, это подвод топлива, водорода и кислорода.

Принцип работы топливной ячейки выглядит мегаэкологично и эффективно, если бы не одно «но»: водорода нет в чистом виде.

Есть несколько способов его генерации, один из самых древних — газификация угля, на которую сегодня приходится всего 4% генерируемого водорода. Существует еще электролиз водных растворов щелочей и солей, но основная доля производства сейчас приходится на паровую конверсию метана. При такой паровой конверсии происходит выделение углекислого газа. То есть как бы мы ни пытались сделать максимально экологичным этот процесс выделения энергии, сам процесс получения водорода абсолютно не эко-френдли. Этот вопрос предстоит решить.

О накопителях энергии

Аккумулирование энергии — это пока вообще ахиллесова пята всей «зеленой» энергетики. Дело в том, что как солнечная, так и ветряная энергетика имеют большой минус: электрический ток генерируется только в момент наличия ветра или солнца. Соответственно, нам необходимо накапливать энергию, и развитие аккумуляторов — это одна из основных проблем и один из основных трендов в «зеленой» энергетике, который, в частности, в «Сколтехе» развивается.

Основная задача — создать аккумуляторы с большой емкостью, с большой жизнеспособностью и хорошим соотношением массы и емкости. Кроме того, на производство аккумуляторов сейчас тратится довольно много токсичных материалов, и проблема утилизации пока тоже еще до конца не раскрыта.

Об альтернативной энергетике в России

Что касается альтернативных источников энергии в приложении к России, сейчас у нас, если не считать крупные гидроэлектростанции, они покрывают всего 1% объема электроэнергии. В России используют альтернативные источники энергии, прежде всего ветряки и солнечные батареи — например, в Крыму, Краснодарском крае. И 40% электроэнергии Камчатки приходится на геотермальные электростанции.

Есть локальные решения, хотя погодные условия не везде позволяют. Но Россия — страна не только полезных ископаемых, но и интеллектуального богатства, поэтому развитие альтернативной энергетики в том числе и в наших руках.

Источник: www.chaskor.ru/article/kurs_na_ekologichnost_47077