Безальтернативная энергетика

Ветряки и солнечные батареи не спасут планету

Несколько слов об энергетических альтернативах.

Панический доклад о грядущем дефиците нефти — а значит, катастрофическом её подорожании — подкрепили грустные замечания экспертов: мол, альтернативные технологии — вроде солнечных батарей или битуминозных песков — пока нерентабельны и нефть не заменят.

Многие из этих технологий отработаны в незапамятные времена, пригодны к немедленному — и выгодному! — применению. Сдерживает инвесторов неопределённость положения на рынке: нефть неизменно дешевеет лет через десять после очередного всплеска, и вложения, выгодные при нынешней конъюнктуре, могут при спаде нефтерынка стать нерентабельны.

Но кое в чём можно верить даже экспертам. Рецепты, коим обычно сулят самое блестящее будущее — например, ветряные электростанции, — действительно не окупаются. И не окупятся, пожалуй, никогда.

С точки зрения профессиональных экологистов альтернативные энерготехнологии — только те, что опираются на возобновляемые источники энергии. Но любой источник энергии рано или поздно исчерпается.

То, что считают неисчерпаемым экологисты, фактически подпитывается из конечного источника — Солнца. Угаснет оно лишь через миллиарды лет. На наш век хватит. Но мощность Солнца ограничена.

Энергии, выработанной нашим светилом в считанные секунды, человечеству хватило бы на многие века. Но до Солнца полтораста миллионов километров. Его излучение расходится во все стороны равномерно. На уровне земной орбиты на каждый квадратный метр приходит всего 1400 ватт.

Это немало. Искусственные спутники Земли, как правило, питают всю свою разнообразную аппаратуру от солнечных батарей. Пусть те превращают в электричество всего седьмую или даже восьмую часть падающего на них света — нужна лишь батарея побольше.

Но спутники — вершина современной технологии. Да и мощность у них скромна. Не зря для приёма сигнала даже с самых совершенных телеретрансляторов нужны антенны площадью порядка квадратного метра и хитрые многоступенчатые усилители — пусть даже успехи полупроводниковых технологий и позволяют упаковать все эти ступени в компактные микросхемы.

До поверхности Земли доходит всего 1100 ватт на квадратный метр поперечного сечения планеты: атмосфера поглощает часть энергии — знаменитый парниковый эффект несколько охлаждает планету. Общая мощность — примерно 55 триллионов киловатт при ловле энергии в космосе и 44 на поверхности. Нынешнее энергопотребление человечества — порядка десяти миллиардов киловатт — в тысячи раз меньше. Даже с учётом ожидаемого роста — примерно в два с половиной раза в ближайшую четверть века — резерв колоссален.

Увы, по меньшей мере девять десятых солнечной энергии требуется на неэлектрические нужды: от обычного освещения до фотосинтеза в растениях (в том числе океанских одноклеточных водорослях, вырабатывающих основную часть столь нужного нам кислорода). Да и коэффициент полезного действия всех существующих способов переработки света в электричество весьма далёк от единицы. Даже теоретически мы сможем использовать примерно сотую долю солнечной энергии.

Это тоже на порядок больше, чем нам нужно. Но…

Солнечная батарея площадью один квадратный метр даёт 100–150 ватт в идеальных условиях — когда повёрнута перпендикулярно свету при чистом небе. Среднесуточная её мощность даже на экваторе вдвое меньше. Цена же при нынешних технологиях — примерно 500 долларов. То есть 8-10 долларов за среднесуточный ватт. Обычные же энергоустановки — примерно доллар за ватт. Какая уж тут рентабельность!

Световой поток так неплотен, что для его промышленного использования нужны очень громоздкие установки. Или громадные посевные площади — если (как сейчас модно) перерабатывать на топливо кукурузу и рапс.

Ископаемые топлива — концентрат солнечной энергии, падавшей на Землю миллионы лет. Плотность извлекаемой из них мощности на многие порядки выше плотности солнечного света. Соответственно для её переработки нужны системы несравненно компактнее сопоставимых по мощности солнечных.

Есть и естественные концентраторы солнечной энергии. Но самые удобные из них — реки, собирающие её со многих тысяч квадратных километров — уже используются почти на пределе допустимого: дальше нужны затопление громадных плодородных просторов, строительство в вечной мерзлоте и прочие не менее разорительные затеи.

Нагляднейший пример бесперспективности экологичной энергетики — ветроэлектростанции. Их лопасти должны охватывать огромную площадь для сбора приемлемой мощности даже при слабом ветре. Чтобы при таком размере выдержать напор сильного ветра, их приходится делать из самых прочных материалов по сложной технологии. Между тем основную часть времени ветряк вертится слабо. В итоге энергозатраты на его изготовление зачастую превышают энергию, которую он выработает за весь срок службы.

Порой рентабельностью приходится пренебречь. В космосе не обойтись без солнечных батарей, на уединённых маяках и полярных станциях — без ветряков. Но в качестве массовой замены классической энергетики экологически чистые альтернативы обречены остаться пиаровским инструментом в межотраслевой конкурентной борьбе да инструментом распила казённых бюджетов.

Научное противоядие