Опутывание мира энергетическими сетями для многих стало синонимом развития энергетики, а значит и синонимом экономического прогресса и роста благосостояния. С приходом энергетических сетей перестало существовать автономное энергоснабжение, очевидно, уже безвозвратно. Чем большие территории покрываются паутиной сетей, тем шире возможности предлагающей стороны, вне зависимости от того, идет ли речь о предложении электроэнергии, газа, воды и тепловой энергии или о продаже нефти и угля. Объединения электросетей считаются наиболее приемлемой формой современного энергоснабжения. Поэтому техника для получения электроэнергии оценивается и выбирается согласно тому, насколько она подходит к использованию в имеющихся сетях. Как следствие этого, технологии для получения электроэнергии из возобновляемых источников развиваются с точки зрения возможностей их включения в существующие цепи.
Независимые от сетей солнечные технологии воспринимаются как атавизм или ребячество, или, в лучшем случае, как временное или локальное средство, пригодное разве что для отсталых районов стран третьего мира. Энергетически вечно голодное общество расценивает проекты перехода к солнечным источникам энергии как идеалистические или же приписывает им политический подтекст. К примеру, в 70-е годы в США, следуя идеалам свободы движения борцов за гражданские права, пропагандировали жизнь в энергетически независимых домах с множеством энергетически независимых электроприборов, в том числе и автомобилями с солнечным двигателем. Но такие проекты уже давно всерьез никто не воспринимает. Именно поэтому из всех солнечных технологий забыты именно те, которые были ориентированы на бессетевое снабжение электроэнергией, за исключением фотоэлектрических установок для деревень в странах третьего мира, которые еще не присоединены к сетям.
В действительности же только с помощью возобновляемых источников энергии можно разорвать паутину глобальных энергетических сетей. Какие конкретные технические варианты существуют для этого, будет описано ниже.
Задавайте вопросы нашему консультанту, он ждет вас внизу экрана и всегда онлайн специально для Вас. Не стесняемся, мы работаем совершенно бесплатно!!!
Также оказываем консультации по телефону: 8 (800) 600-76-83, звонок по России бесплатный!
Независимые от сетей фотоэлектрические технологии можно увидеть повсюду. Началось это с карманных калькуляторов, солнечных часов, радиоприемников, маленьких огородных водяных насосов или светящихся знаков, которые работают, питаясь от встроенных фотоэлементов. Число таких приборов постоянно увеличивается, и большинство из них можно заказать по соответствующим каталогам. Наиболее значительные продавцы — это Real Goods (Калифорния) и Further Solartechnik-Versandhaus GWU (Германия). Спектр независимых от сетей технологических решений простирается от потребляющих энергию интегрированных фотоэлектрических модулей подсвеченных дорожных знаков, парковочных автоматов, пастбищных электро изгородей, электробритв, фотоаппаратов, ручных дрелей, дверных механизмов в гаражах до механизмов экстренного вызова, солнечных ламп, газонокосилок, ручных пылесосов, вентиляторов, мониторов для аварийной сигнализации, фонарей, автомобильных кондиционеров, получающих энергию от фотоэлементов, расположенных на крышах. Этими приборами список далеко не исчерпан. В 80-е годы при Фраунхоферовском институте солнечных энергосистем во Фрайбурге существовала инициированная и поддерживаемая Федеральным министерством науки программа исследований в области малых приборов под руководством Адольфа Гетцбергера и Юргена Шмидта, которая, однако, позднее была в значительной степени свернута.
При этом автономное солнечное питание давно уже применяется и в технически более сложных приборах: зарядных устройствах для аккумуляторов и мобильных телефонов; в мобильных телефонах или ноутбуках напрямую (встроенные фотоэлементы); маяках и установках питания активных антенн. На лодках и грузовых автомобилях для перевозки замороженных продуктов устанавливаются холодильные установки, которые получают электроэнергию от фотоэлементов, расположенных на крыше автоприцепа или на корпусе лодки. И эти возможности расширяются практически бесконечно, потенциально они могут распространяться на все приборы, которые сегодня обеспечиваются током из электророзетки или от батареи элементов: настольные лампы и торшеры в закрытых, но хорошо освещенных помещениях, пульты дистанционного управления, весь спектр бытовых электроприборов, включая холодильники, двери которых могли бы представлять собой солнечные модули. Доля в энергопотреблении каждого из этих приборов незначительна, но если они будут производиться в массовом количестве и станут предметами повседневного обихода, общая экономия энергии может стать весьма значительной.
Электроэнергетические монополисты не настолько щедры, чтобы без боя отдать солнечным технологиям сектор рынка малых приборов. Массовый спрос на электроэнергию во многом поддерживается именно благодаря применению множества мелких бытовых приборов, и именно благодаря им потребление электроэнергии в бытовом секторе в течение последних десятилетий существенно увеличилось и будет возрастать впредь по причине систематической электрификации все большего числа предметов повседневного пользования ради увеличения комфорта огромного числа пользователей. К примеру, в Германии ежегодно 200 млрд. кВт ч — 38% всего потребления электроэнергии — потребляют офисы и домашние хозяйства.
В группу приборов с независимым питанием, называемых по английски standalone, должны быть добавлены и такие устройства, которые в настоящее время требуют кабельного питания, но при переходе к солнечным технологиям совершенно свободно могли бы работать автономно. Вот небольшой конкретный пример: электрический звонок в домах. Трансформатор для него потребляет от 9 до 22 кВтч. в год. Общее потребление тока для 37 млн. домашних хозяйств Германии составляет более 500 млн. кВтч., что соответствует потреблению электроэнергии города со 100-тысячным населением. Между тем одного фотоэлемента величиной со спичечную коробку, присоединенного к внешнему звонку, было бы достаточно, чтобы обеспечить его работу. Можно также сказать: это соответствовало бы дополнительной установке фотоэлектрической станции мощностью в 500 МВт. Отметим и дополнительные преимущества: звонок, питающийся от фотоэлемента, не нуждается в трансформаторе, а в домах на одну семью — в устройстве сетевого кабеля. Он был бы дешевле или, по меньшей мере, не дороже, чем обычный электрический звонок.
Приборы standalone в основной массе приводятся в действие подзаряжаемыми и одноразовыми батареями. Насколько велико их многообразие, можно судить по мировому рынку элементов питания. Его товарооборот составлял 35 млрд. долларов, причем их производство ежегодно возрастает на 5%, главным образом ради обеспечения электроэнергией малых приборов.
Большинство, как подзаряжаемых батарей (аккумуляторов), так и одноразовых элементов могли бы быть заменены встроенными в приборы фотоэлементами или солнечными зарядными устройствами. При этом приборы стали бы даже более удобными в использовании, так как подзарядка может, в большинстве случаев, производиться параллельно использованию и независимо от доступности розетки. Причем больше не надо беспокоиться о замене не подзаряжаемых элементов питания (как в примере с микрокалькуляторами). Одноразовые батареи вообще исчезли бы с рынка. Мобильные телефоны с солнечным модулем, которые сами собой подзаряжаются при любом солнечном свете, избавляют своих владельцев от страха оказаться в неподходящий момент с отключенным телефоном; то же относится и к портативным компьютерам со встроенными в крышку фотоэлементами, которые могут подзаряжаться во время использования. Один мобильный телефон потребляет в среднем около 35 кВтч. в год, беспроводной блок питания для телефона — 42 кВтч. Обеспечение только одной этой комбинации приборов электроэнергией с помощью солнечных модулей означает для единичного пользователя ежегодную экономию в 20 немецких марок. При 12 млн. таких аппаратов — что примерно соответствует сегодняшнему количеству мобильных телефонов в Германии — по меньшей мере, 900 млн. кВтч., получаемой традиционными способами электроэнергии было бы заменено солнечной энергией. Заметим также, что реальная экономия ископаемых носителей была бы как минимум втрое больше, поскольку необходимо учесть как потери в длинной цепи преобразования ископаемого топлива в электроэнергию, так и «сверхурочное» время работы зарядных устройств.
Поскольку фотоэлектрические модули могут быть встроены в любой прибор, мы можем во все более растущем количестве приборов отказаться от использования для них сетевого электрического тока. При этом, чем выше становится КПД солнечных батарей, тем шире поле наших возможностей по их применению. В 1978 г. в США появился первый крупный план промышленного производства фотоэлементов, который, будучи уже утвержденным, все же не был осуществлен. Согласно этому плану, армия должна была быть оснащена работающими от фотоэлектрических модулей приборами полевой связи, чтобы можно было отказаться от батарей — уже тогда было рассчитано, что это было бы дешевле, чем существующее до сих пор традиционное обеспечение электроэнергией таких приборов. Добавим сюда, что применение солнечных модулей не сопровождается проблемой устранения отходов — в противоположность батареям, утилизация которых представляет собой серьезную проблему.
Традиционное сравнение цен на киловатт/час сетевой и солнечной электроэнергии теряет смысл при использовании фотоэлектрического модуля в качестве конструктивного элемента (взамен батарей). Насколько велико потребление электроэнергии для подзарядки батарей, подсчитать невозможно. Необходимое для подзарядки время, как правило, намного превышается — на часы или даже дни. При этом возникают потери электроэнергии, которые являются чистой воды расточительностью. Это повышает предположительное потребление электроэнергии, например, мобильными телефонами, не менее чем вдвое от номинальной потребности. Сказанное справедливо также и для аккумуляторных батарей и трансформаторов для их подзарядки: если прибор не используется в течение долгого времени, энергопотери, возникающие вследствие самопроизвольного разряжения, становятся значительными, они могут достигать до 95% использованной на подзарядку энергии. Добавим сюда и потери в трансформаторах напряжения, которые существенны даже если трансформатор отключен от обслуживаемого им прибора.
Обратимся теперь к приборам, постоянно включенным в сеть, которые принято называть английским словом standby («дежурные»), С помощью опроса потребителей были приблизительно вычислены потери электроэнергии в режиме ожидания у телевизоров, видео и аудиоаппаратуры, факсовых аппаратов, бойлеров, бытовых приборов с таймером, телефонных аппаратов с расширенным набором функций, автоответчиков, проигрывателей компакт дисков, компьютеров с мониторами и модемами — дома и в офисах. Если в одном домашнем хозяйстве включены телевизор, спутниковая антенна, видеомагнитофон, автоответчик, аудиосистема и факс, то ежегодное потребление электроэнергии для работы в дежурном режиме у этих приборов составит приблизительно 600 кВтч., что соответствует дополнительным расходам в 120 немецких марок. Для всех подобных приборов в Германии ежегодное потребление электроэнергии составляет около 120 млрд. кВтч., при дополнительных издержках в 4 млрд. немецких марок. Это соответствует потреблению электроэнергии в Гамбурге или Берлине, или в 2,5 раза превышает соответствующий показатель в Мюнхене или Франкфурте. Для сравнения: статистическая доля электроэнергии, полученной из возобновляемых источников, составляла в Германии около 25 млрд. кВтч.
В Европейском Союзе на поддержание работы приборов в режиме ожидания (функции standby) ежегодно расходуются 100 млрд. кВтч. Это соответствует пятой части потребления электроэнергии Германии, равного примерно 500 млрд. кВтч, и мощности традиционных электростанций в примерно 20 000 МВт. При этом еще не учтены и потери, связанные с тем, что во многих приборах в режиме ожидания работает не только блок standby, но и другие функциональные части — это можно сравнить с домом, где есть только один выключатель и поэтому нельзя включить свет только в одной комнате.
О работе приборов в режиме ожидания идут бурные дебаты. Требованию создания новых более экономичных приборов противопоставляются функциональные требования, например, в автоответчиках или факсах, у которых сам характер применения говорит о необходимости блока standby. Предпринимаются значительные изобретательские и технологические усилия по уменьшению потребления этими приборами электроэнергии в режиме ожидания. Проводятся информационные кампании и семинары для экспертов, производителей, продавцов и потребителей, вводится обязательная маркировка и т. п. Однако едва ли кто-нибудь агитирует в сторону мысли, которая наиболее очевидна для непредвзятого взгляда: что эта проблема могла бы без особых усилий быть разрешена с помощью установки фотоэлектрических модулей в приборы с функцией standby.
Если бы в будущем спектр приборов standby и standalone был преимущественно переведен на потребление солнечной энергии — в пользу чего говорят их стоимость, большее «дружелюбие» к пользователям и соображения экологии — тогда доля возобновляемых источников энергии уже в ближайшее время выросла бы более чем на 10% от общего энергопотребления, что только в Германии могло бы высвободить 10 000 МВт мощности традиционных производителей электроэнергии. Это соответствовало бы десятикратному увеличению мощности солнечных установок, имевшейся по всему миру и могло бы придать такую динамику этой технологии, что она вскоре заявила бы о себе и на рынке крупных энерго-потребителей.
При этом речь идет уже о таких объемах производства, которые и не снились пионерам солнечных электростанций, внедрение которых потребует от маркетинговых и технологических служб соответствующих предприятий значительных усилий по преодолению сложившихся у них стереотипов, чтобы разработать и внедрить на рынок усовершенствованные приборы. Для поставщиков традиционных приборов standalone и standby это будет лишь инновацией в продукты, и без того пользующиеся спросом, для них это не станет скачком в качественно новое измерение. Однако для традиционного энергохозяйства это будет означать существенные потери на рынке сетевой электроэнергии.
Описанные возможности показывают, что солнечные технологии могут быть и экономически выгодными, и технологически оправданными. Именно такие технологии будут внедряться быстрее всего, содействуя скорейшему разрушению связанных в сети структур традиционной энергетики. Инженер ГансИоахим Брух, консультант Федерального ведомства охраны природы ФРГ и эксперт по приборам standby.
Отметим к примеру, что в Японии уже сегодня ситуация несколько иная. В рамках проекта «Sunshine», инициированного правительством этой страны, почти все крупные фирмы-производители электроприборов и концерны стекольной промышленности принимают участие в развитии производства фотоэлектрических установок и помещают также, наряду с бюджетными вливаниями, значительные собственные инвестиции в это развитие, — гораздо более значительные, чем концерны других стран, и это уже в течении многих лет. Японской промышленностью было зарегистрировано более 6000 патентов в области солнечных технологий, причем в подавляющем большинстве именно в сфере малых приборов. Европейская приборостроительная и стекольная промышленность, напротив, находится в полузабытьи, за некоторыми исключениями, такими как Siemens или Pilkington. Даже Philips прекратил свои начавшиеся было разработки в этой области.
Технические и природные возможности аккумулирования солнечной энергии
Значительным препятствием на пути распространения фотоэлектрических (ФЭ) и ветровых энергетических установок является несовершенство технологий по аккумулированию тока. Обычно в этой связи предлагается передать эту функцию электросети: сеть принимает ток от солнечных и ветровых электростанций и распределяет его среди потребителей из единого потока энергии, вне зависимости от ее происхождения.
Приверженцы традиционных электростанций, однако, видят в этом мало смысла: годовое рабочее время ветровой или ФЭ установки очень мало по причине «простоя в работе» ветра и света, что делает невозможным экономически целесообразное получение электроэнергии, даже с помощью большого числа ФЭ и ветровых установок, подающих ток в сеть. Но это не так: ветровые установки при их оптимальном расположении будут полностью нагружены около 2000 часов в год из 8760 часов, с тенденцией с небольшому увеличению благодаря улучшающейся технике; что же касается ФЭ установок, то в Германии таких часов полной нагрузки менее чем 1000. Реально те и другие установки работают больше времени, но с меньшей нагрузкой. Например, ветро-электростанция работает в Германии около 4000 часов в год. Весьма осторожно надо относиться и к жалобам энергетиков, что они держат значительные мощности «наготове», чтобы предотвратить провалы в подаче тока от возобновляемых источников. Пока альтернативная электроэнергия не составляет сколько-нибудь существенной части от общего производства энергии, такие аргументы несостоятельны, ибо незагруженных мощностей у производителей электроэнергии вполне достаточно.
Тем не менее, при значительном увеличении доли подаваемого в объединенные электросети тока от альтернативных установок действительно может наступить момент, когда понадобятся стоящие наготове резервные мощности, которые работали бы с полной нагрузкой в случае простоя фотоэлектрических или ветровых станций. С растущей долей альтернативной энергии в системе электроснабжения начнутся и заранее запрограммированные реальные конфликты между производителями возобновляемой и традиционной энергии. Следовательно, чтобы избежать этого, требуется законодательно урегулировать подачу электроэнергии в сети от возобновляемых источников или, если нужно, ввести верхнюю границу для таких «обязательных» объемов энергии.
Конечно, можно отсрочить обострение конфликта между альтернативными и традиционными поставщиками электроэнергии за счет все более широкого и тесного сотрудничества между ними. Однако то положение, при котором децентрализованные установки для промышленного использования должны опираться именно на крупные сетевые объединения, само по себе несет противоречие и делает обеспечение током от ФЭ и ветровых установок чрезмерно дорогим, поскольку на передачу и распределение падает 6080% общих расходов на электроэнергию. Факт дороговизны транспортировки и распределения электроэнергии не становился объектом должного внимания со стороны общественности — счета за электроэнергию не предоставляют информацию об этом, а электроэнергетика не придает общественной огласке конкретные цифры.
Чтобы солнечные и ветровые установки смогли полностью проявить свои преимущества, необходимо ответить на два вопроса:
1. Как избежать необходимости использования дорогостоящих компенсирующих резервов?
2. Как можно реально использовать уникальное преимущество возобновляемых источников энергии (ФЭ и ветровых установок), состоящее в том, что для их функционирования не нужны энергоцепи и единая система энергоснабжения? Этот вопрос можно сформулировать острее: как эти установки сделать независимыми от сетевых резервных мощностей и вообще от сетей высокого напряжения?
Гибридные системы: ориентированная на спрос подача электроэнергии без сетевых компенсирующих мощностей
Для начала нужно признать, что резервные мощности потеряют свое значение, если многочисленные малые децентрализованные электростанции будут питать сети: в отличие от выхода из строя станции высокой мощности выход из строя малой установки не окажет существенного влияния на ситуацию в целом; система, состоящая из многочисленных малых электростанций надежнее «сама по себе». С другой стороны, постоянная готовность предложить сколько угодно электроэнергии — это не самоцель; для рынка гораздо важнее, чтобы предложение энергии максимально соответствовало спросу. А в-третьих, на аргумент, что ветер не дует когда надо сушить белье, следует ответить, что белье надо сушить тогда, когда дует ветер.
Вариантом решения были бы так называемые гибридные системы получения электроэнергии (то есть системы, которые могут получать энергию из двух различных источников), в особенности если такое решение поддерживается надежными и эффективными технологиями аккумуляции тока. Список наиболее перспективных партнеров для солнечных и/или ветровых установок следует начать, пожалуй, с ГЭС, дополненных аккумулирующими водохранилищами. На все колебания спроса можно реагировать без особых усилий с помощью быстрого перенаправления потока воды, включения и выключения турбин. Если в распоряжении находится достаточный потенциал, как, например, в Норвегии, то можно без особых усилий обеспечить, таким образом, электроснабжение всей страны. Многие небольшие регионы могли бы, используя энергию воды, обрести независимость от других поставок электроэнергии. Но они предпочитают продавать свою электроэнергию, полученную на ГЭС, по всему миру, потому что она преимущественно предназначена для крупных потребителей и пиковых нагрузок, и, соответственно, достаточно высоко ценится. В комбинации с ГЭС и аккумулирующими водохранилищами (при условии их достаточного потенциала) любой из энергоносителей может полностью обеспечить местную потребность в электроэнергии, вне зависимости от того, к какому виду относится этот второй источник — к ископаемому-либо к возобновляемому. Во Франции уже действует такая гибридная система гидроэлектростанций с атомной энергетикой в соотношении 1:3. Симбиоз, возможный на национальном уровне, может быть осуществлен и в более мелких масштабах, без применения ядерных и ископаемых носителей и без использования не везде доступной энергии воды из водохранилищ.
Одной из таких возможностей могла бы быть комбинация ветро-электростанции с установкой по переработке биомассы: если не дует ветер, но спрос на электроэнергию высок, электростанция, которая сжигала бы биогаз, растительное масло или газифицированную биомассу, автоматически запускалась бы и, при возобновлении работы ветровой установки, снова выключалась. Такая комбинация могла бы поставлять энергию в сеть в зависимости от потребности или обеспечить полностью автономное электроснабжение. Очевидно, что ни географическое местоположение, ни отсутствие водных ресурсов не являются аргументом, что независимое от ископаемых источников энергоснабжение невозможно. Однако различные гибридные предложения между тем не являются единственно возможными, а лишь одними из вариантов, причем какой-либо вариант не везде может оказаться оптимальным. В частности, генератор на биомассе в качестве резервного источника мало пригоден — значительную часть времени он вынужден был бы простаивать. Между тем, его КПД может быть повышен при использовании сопутствующего получению электроэнергии тепла. Однако пики потребностей в электроэнергии и тепле редко совпадают, как из-за различий, возникающих в связи со сменой времен года, так и из-за суточных колебаний, а также и от климатических условий данной области. Исходя из всех этих соображений, надо думать об улучшении технических решений по прямой аккумуляции энергии.
Технические средства аккумулирования энергии
Общество инноваций по преобразованию и аккумулированию энергии (EUS) пустило в эксплуатацию установку аккумулирующих батарей в Бохольте. Эта установка предназначена для аккумулирования электроэнергии, получаемой от четырех ветровых установок общей мощностью 3,5 МВт, посредством батареи мощность 1,6 МВт; ток поставляется в сеть только во время пиковых нагрузок. Предполагается, что эта система окупится примерно через 6 лет — и это только по итогам первого опыта подобного рода. С помощью таких или иных аккумулирующих установок открываются широкие экономические возможности внедрения возобновляемых видов энергии на энергетический рынок. Если будет обеспечено накопление энергии, то все разговоры относительно непостоянной или недостаточной мощности энергетических установок на основе возобновляемых источников потеряют смысл, равно как и аргументы в пользу сетевых объединений. Дешевые технологии аккумуляции обеспечивают возможность для качественного роста в использовании возобновляемых источников энергии для общего энергоснабжения и будут способствовать децентрализации в мировом энергохозяйстве.
Спектр пригодных для использования аккумуляторов электроэнергии достаточно широк — от электрохимических, электростатических и электромеханических до термических и химических аккумулирующих средств. На сегодняшний день широкое применение получили прежде всего электрохимические накопители в виде аккумуляторных батарей. Ими промышленное производство уже долгое время и ограничивается, поскольку не видно ощутимой потребности в других, более прогрессивных аккумулирующих технологиях.
Идея электромобиля, известная уже более 100 лет, так редко претворяется в опытные образцы главным образом потому, что не было стимула для производства более мощных и простых батарей. У электроэнергетических концернов не было мотивации создавать новейшие аккумуляторы для удовлетворения спроса на ток высокого напряжения, они охотнее занимались гидроаккумулирующими станциями с плотинами и мощными насосами. Были разработаны только свинцовые аккумуляторы для подводных лодок, от них и взяла свое начало вся индустрия элементов питания.
Заметный сдвиг в развитии новых аккумулирующих технологий произошел за прошедшие 20 лет, сначала в ответ на протесты движения за сохранение окружающей среды, которое требовало внедрения экологически более безопасных батарей; затем из-за возросших нужд электронной и космической промышленности. Последним необходимы миниатюрные, независимые от электросети приборы с экстремально малым энергопотреблением. Это привело к внедрению таких электростатических супер-конденсаторов, которые по своим техническим характеристикам вполне могут стать основой упомянутых выше солнечных модулей для приборов всевозможного назначения. С недавних пор и автомобильная промышленность стала нуждаться в мощных батареях для улучшения характеристик электромобиля. Самым эффективным стимулом к этому было Калифорнийское законодательство об охране окружающей среды, согласно которому 10% всех проданных в этом штате автомобилей должны быть автомобилями с «нулевой эмиссией», то есть не выбрасывающими вредные для окружающей среды вещества. Американское правительство вложило 260 млн. долларов в программу исследования аккумуляторов, в которой и по сей день участвуют все американские автопроизводители.
В открытых программах исследования солнечной энергии аккумуляция до сих пор играет второстепенную роль, хотя для возобновляемых видов энергии она первостепенно важна. Тем более важно учитывать весь спектр возможностей аккумуляции электроэнергии: ни один из существующих методов не смог технически созреть из-за ставшего привычным пренебрежения к аккумулирующим технологиям. Но спектр возможностей уже сегодня более широк, что принято думать: в комбинации с возобновляемыми источниками энергии эти возможности могут оказаться весьма эффективными.
Рассмотрим их подробнее:
1. Электрохимические аккумуляторы
В этом виде аккумуляторов подводимая извне электроэнергия поглощается одним электродом, а отдается другим. При этом запас потенциальной энергии, содержащейся в химический субстанции между электродами, возрастает. Этот обратимый процесс может повторяться в течение тысячи и более циклов. Более всего распространены газонепроницаемые, содержащие серную кислоту свинцовые батареи, производство которых давно отлажено, а характеристики хорошо изучены. Такие аккумуляторы недороги и имеют высокий КПД. Основным их недостатком является низкая плотность энергии, кроме того, они создают значительные проблемы при утилизации. Более высокая плотность энергии, но с меньшим КПД, достигается в металл-гидридных никелевых батареях, однако и здесь существует та же проблема утилизации.
Новейший вариант представляют собой окислительно-восстановительные батареи с вязкими электролитами: разряженная субстанция отсасывается на «заправках» и заменяется заряженной. При этом пользователь аккумулятора экономит время зарядки, обычно длящееся часами, что весьма важно для электромобилей. Эти батареи характеризуются также и значительно меньшим удельным весом, что положительно сказывается на динамических характеристиках и запасе хода автомобиля.
Наиболее многообещающими, однако, являются литиево-ионные или литиево-полимерные аккумуляторы, которые изготавливаются в виде тонкой пленки. Их серийное производство еще не налажено, а потому себестоимость довольно высока. Однако у них наилучшие показатели удельного веса, высокий КПД, высокая плотность энергии — и все это для бесконечного множества циклов, при минимальном техническом обслуживании и отсутствии проблем с утилизацией. Литиево-ионные батареи не требуют отдельного подзарядного устройства. Именно этим они особенно интересны для фотоэлектрических установок — ведь благодаря этому качеству они могут быть напрямую интегрированы в соответствующие модули, так что получение и аккумулирование электроэнергии будет осуществляться в единой системе. Примечательно, что в данном случае крыши и фасады зданий также вполне подходят в качестве аккумулирующих поверхностей.
2. Электростатические накопители
В эту категорию входят супер конденсаторы, функционирующие без химического преобразования. Они аккумулируют энергию без потерь, легки и могут быть весьма миниатюрными. Степень их технического совершенства еще очень мала, но уже имеют очень хорошие показатели плотности энергии и КПД. Кроме того, данные аккумуляторы экологически безопасны. Количество циклов зарядки/разрядки переваливает за миллион, что многократно превышает этот показатель для всех других батарей. Однако широкому применению препятствует дороговизна и низкая мощность, поскольку электростатические аккумуляторы были созданы для маломощных приборов. Первые супер конденсаторы аккумулировали ток в несколько ампер--секунд, постепенно их потенциал вырос до нескольких ампер-часов. Их можно найти в наручных часах, мини-радиоприемниках и измерительных приборах, кроме того, они важны для технического усовершенствования приборов standalone и standby. Они представляют собой огромный потенциал экономии электроэнергии во всем секторе электроприборов и тем самым улучшают предпосылки для скорейшего внедрения фотоэлектрических модулей.
3. Инерция маховика
Действие инерционных аккумуляторов основано на принципе маховика, сохраняющего энергию во время вращения. Эта энергия растет пропорционально массе маховика и квадрату скорости вращения. Аккумулированную таким образом энергию удобно использовать либо в качестве автомобильного привода, либо в качестве резервного запаса для компенсации пиковых нагрузок. Разумеется, подобные аккумуляторы с успехом могут применяться и в мелкой бытовой технике, например, в проигрывателях или кухонных комбайнах. К данной технологии долгое время относились с пренебрежением. Однако хорошая плотность энергии и отсутствие проблем утилизации позволяют смотреть в будущее инерционных аккумуляторов с оптимизмом.
Современные технические изыскания нацелены на то, чтобы с помощью магнитных полей минимизировать потери на трение в опоре маховика и увеличить число оборотов. В настоящее время инерционные аккумуляторы работают на скорости вращения до 12 000 об./мин. Повышение скорости может значительно увеличить плотность энергии. Инерционные аккумуляторы имеют относительно небольшие размеры, легко управляемы, вполне подходят для децентрализованного самообеспечения электроэнергией в качестве дополнительных установок для аккумуляции энергии ветровых и фотоэлектрических станций.
4. Сжатый воздух
Одной из наиболее известных и повсеместно доступных технологий накопления энергии является технология аккумуляции сжатым воздухом. Прежде сжатый воздух широко применялся на производстве. Теперь эта технология используется в двигателях гоночных автомобилей Формулы-1 и в авиадвигателях. Воздух под высоким давлением закачивается в специальные резервуары, чтобы затем по мере необходимости высвободить накопленную энергию в генераторе или в двигателе. Уровень надежности и технологичности резервуаров для сжатого воздуха достаточно высок, себестоимость низкая, плотность энергии — средняя.
Автомобиль, который движется только на сжатом воздухе, впервые был представлен на общее обозрение французом Пои Негре (в прошлом конструктором моторов для Формулы-1), и люксембургской фирмой MDI (Motor Development International). Для наполнения рабочего резервуара объемом 300 л. требуется 20 кВтч. электоэнергии. При этом запас хода у автомобиля составит не менее 200 км даже для городского цикла. Максимальная скорость — 110 км/ч. Итак, при цене на электроэнергию 0,10 евро за 1 кВтч. можно проехать 200 км за 2 евро. Мотор всасывает обычный воздух из атмосферы в цилиндрическую камеру, к которой в это время подводится сжатый воздух. В этой камере сжатый воздух и воздух, забранный снаружи, расширяются с нагревом и попадают в соседний цилиндр, поршень которого приводит в действие колеса. Такой двигатель весит примерно 35 кг. Относительно небольшой вес емкости со сжатым воздухом — это очевидное преимущество по сравнению с тяжелейшими батареями современных электромобилей, которые и ограничивают запас хода последних. Стационарные компрессоры могут обеспечить полную заправку сжатым воздухом менее чем за 3 минуты, бортовые компрессоры — за 4 часа. Техническое обслуживание требуется после каждых 100 000 км пробега. Выбросы автомобиля — охлажденный воздух. КПД составляет 85% (от работы электродвигателя, затраченной на компрессию).
Внедрение установок, использующих сжатый воздух, возможно не только для транспортных средств. Они еще более приемлемы и просты в обращении в стационарной эксплуатации, например, в качестве аккумулятора энергии в частных домах. При объеме рабочего резервуара в 15 000 л может быть аккумулировано около 1000 кВтч., этой энергии достаточно, чтобы обеспечить среднее хозяйство, для чего понадобился бы целый подвал, наполненный батареями, которые к тому же имеют только 200 циклов зарядки/разрядки. Число циклов компрессии в контейнере со сжатым воздухом неограниченно. Таким образом, возможно отпадение от сети малых самообеспечиваемых потребителей энергии. Если ФЭ-установка на здании дополнена небольшим ветровым конвертером, который позволяет осуществить в бедное солнцем время подачу сжатого воздуха, объем контейнера со сжатым воздухом может быть уменьшен, так что он будет не больше чем средний нефтяной бак. Стоит подумать и о ветровых установках, которые станут заправлять контейнеры сжатым воздухом, а также о том, как с помощью мотора, работающего на сжатом воздухе, получать электрический ток действительно круглые сутки при любой нагрузке.
5. Электродинамическое накопление
Вариант, возможный пока скорее теоретически, чем практически. Рабочим органом для такой аккумуляции является электромагнит, аналогичный электромагниту в катушке зажигания автомобиля. Суть процесса состоит в пропускании электрического тока через сверхпроводящие катушки, посредством чего создается электрическое поле, энергию которого, по мере необходимости, можно использовать. Технологически необходимо обеспечивать температуру сверхпроводящих катушек не выше минус 170°С. Не вполне ясно также и получающееся соотношение между затратами и выходом аккумулированного тока. К очевидным недостаткам системы следует отнести ее сложность и большой вес установки.
6. Солнечный водород
Многообразные возможности аккумулирования энергии предоставляет получение водорода с помощью электрического тока. При этом происходит преобразование электрической энергии в химическую. Это известный с древнейших времен процесс, нынешнее развитие которого концентрируется прежде всего на повышении КПД. В электролизной установке между катодом и анодом помещается жидкий электролит — вода. В электролитическом процессе в результате разложения воды образуются водород и кислород. Задача состоит в том, чтобы избежать при этом смешивания водорода и кислорода. Водород обладает самой большой среди энергоносителей плотностью энергии, а значит, для него необходимы относительно небольшие аккумулирующие объемы. Это почти что идеальный энергоноситель для любых энергетических целей.
Возникает вопрос, как его получить. Если его получать с помощью электроэнергии, выработанной на ядерных или угольных электростанциях, это будет экологическим самообманом. Хотя и тогда мы имели бы экологически чистый энергоноситель — с «нулевым выбросом», если не считать химически чистого водяного пара, который образуется при сжигании водорода в качестве эмиссии. Однако это не было бы заменой тепловой и ядерной энергии.
Водородные концепции на базе возобновляемых источников энергии исключают это. Можно получать водород с помощью больших установок в больших объемах на крупных ГЭС и солнечно-термических электростанциях в засушливых и полузасушливых районах, а затем транспортировать его к месту конечного использования. Другая возможность получения солнечного водорода — производство непосредственно на месте потребления с помощью электроэнергии, полученной от солнечных и ветровых установок. Основания к тому, чтобы идти именно этим путем — все те же преимущества, технологические и социальные, которые дают независимые от сетей энергоустановки.
7. Накопление солнечного тепла
Каждый солнечный коллектор представляет собой аккумулятор тепла. Но его производительности хватает, как правило, лишь на частичное покрытие потребности в тепле, так что оказываются необходимыми дополнительные тепловые станции, использующие ископаемые энергоносители. Чтобы полностью освободиться от них, должны быть увеличены площади коллекторов, объемы аккумулированой энергии и одновременно уменьшены тепло потери зданий путем применения улучшенной теплоизоляции и «пассивных» методов сбережения тепла. За последнее время в этом направлении было представлено немало вполне успешных проектов — как концептуальных, так и рыночных.
Но ответ не обязательно должен состоять в увеличении площади коллекторов и мощности аккумулирования. Еще одна возможность накопления солнечного тепла — это разработанный Гансом и Юргеном Кляйнвехтерами в сотрудничестве с Институтом Макса Планка магниево-гидридный накопитель. В этом случае сконцентрированное зеркалами солнечное тепло направляется в накопитель, где под действием тепла выделяется водород. Водород затем может использоваться в качестве топлива для электрохимического генератора, в котором вырабатываются электрический ток и горячая вода для отопления.
Такие установки сделают потребителя независимым от сезонных колебаний потребности в тепле, что позволит отказаться от использования ТЭЦ на базе ископаемых энергоносителей. Действительно, более разумно использовать тепловую энергию для производства водорода, который затем даст электроэнергию, которая может быть использована непосредственно по получении либо, как описано выше, может аккумулироваться; водород также при необходимости может снова быть использован для получения тепла.
Хранение энергии до или после преобразования
Все представленные накопители энергии собраны в таблице 8 и приблизительно оценены по степени их технического совершенства и КПД, плотности энергии (которая дает информацию о размерах установки), числа циклов зарядки/разрядки, а также степени их воздействия на окружающую среду. Вспомним, что аккумулирующие технологии позволяют расширить область применения и улучшить потребительские характеристики ФЭ и ветровых установок, а также солнечного тепла, равно как и освобождения потребителя от господства энергетических сетей.
Ни одна из систем энергообеспечения не обходится без накопителей энергии. Если говорить об «ископаемой» энергетике, то это угольные отвалы, газгольдеры, нефтехранилища. Поскольку биомасса также может храниться, как ископаемая первичная энергия, то не возникает отдельной проблемы хранения возобновляемых запасов энергии, поскольку теоретически все энергоснабжение будущего могло бы быть реализовано за счет биомассы. Но, как показано выше, то, что возможно теоретически, на практике не всегда осуществимо или не всегда эффективно. Для широкого использования биомассы только в качестве топлива существуют ограничения.
Во-первых, для хозяйствования на длительную перспективу потенциал биомассы как промышленного сырья имеет решающее значение.
Второе. Использование биомассы как энергоносителя позволит приостановить рост концентрации парниковых газов в атмосфере земли. Однако из-а продолжающейся пиромании с ископаемыми видами энергии земная атмосфера настолько перенасыщена избыточными газами, что речь должна идти о большем: их концентрация должна быть снижена. Поскольку растения в процессе роста поглощают С02, накапливают углерод и выделяют кислород, можно начать широкие мероприятия по возврату С02 из атмосферы, делая ставку исключительно на растения. Это означает, что в дополнение к существующим природным зеленым массивам необходимо заняться их расширением, прежде всего с помощью лесопосадок в самом широком масштабе, который приведет к большему поглощению углерода и выделению кислорода, превышающему по объему эмиссию СОг, следовательно, сжигание биомассы в нарастающих объемах, если и не ухудшит ситуацию с С02, то не обеспечит ее улучшения, что в нынешнем положении недостаточно.
Принцип использования возобновляемых видов энергии таков, что для конкретной области применения выбирается такой вид энергии, который, в случае необходимости, можно легко аккумулировать. Возникает вопрос: что выгоднее — запасаться сырьем или готовой энергией? То есть, накапливать энергию нужно до или после ее преобразования? Запасаться сырым топливом — типичный прием для традиционной энергетики, где привыкли иметь запасы топлива для последующего сжигания. Из возобновляемых видов энергии складировать перед использованием можно только биомассу. Методы получения энергии, которые позволяют обойтись без процесса сжигания: прямое получение электричества из солнечного света, энергии ветра или текущей воды, а также непосредственное использование солнечного тепла — необходимо дополнять способами аккумулирования энергии после ее преобразования.
Из этого следует, что предпочтительное для биомассы энергетическое использование состоит в том, чтобы выполнять свои функции в моторах с аккумулятором. В особенности это относится к двигателям, работающим по принципу внутреннего сгорания, не в последнюю очередь в области транспортных средств. Биомасса или солнечный водород — это способные к аккумулированию источники энергии, которые могут заменить в этом качестве ископаемые топлива. И здесь биомасса имеет ряд преимуществ перед водородом. Производство солнечного водорода тяготеет к крупным производственным комбинатам — для уменьшения издержек при широком спросе. Двигатель транспортного средства, в котором он используется, это «водородная топка». На нем сосредоточено внимание тех производителей автомобилей, кто начинает постепенно готовиться ко времени, когда будут исчерпаны запасы нефти. Отличие от «солнечного автомобиля», каким он представлялся до сих пор, состоит в получении электрического тока от топливных элементов, а не от батареи.
Камера сгорания водородного автомобиля — это установка по получению электроэнергии, в которой водород или другой газообразный энергоноситель в процессе так называемого холодного сжигания — обратном описанному выше процессу получения водорода, — преобразуется снова в электрический ток. В автомобиле с такой камерой сгорания процесс получения электроэнергии происходит непосредственно «на борту», а затем приводится в движение электромотор. Очевидно, что серийное производство таких автомобилей начнется уже в первом десятилетии XXI в. Эти автомобили будут двигаться практически бесшумно, а эмиссия будет состоять только из водяного пара. До тех пор, пока водород не будет производиться в необходимых объемах, автомобиль будет работать на природном газе.
Однако станет ли автомобиль на топливных элементах независимым от межконтинентальных газовых цепей? От глобальных поставщиков топлива? Сначала этим топливом будет природный газ, который производит глобализированное энергетическое хозяйство, основанное на ископаемых ресурсах. Затем его заменит водород, который будет производиться на электростанциях высокой мощности — все той же глобализированной индустрией, хоть и на основе технически блистательного решения.
Спектр возможностей для использования возобновляемой энергии в качестве горючего много шире, включая прямое использование электрических аккумуляторов. Да и водород можно получать из биомассы — то есть на уровне регионального производства. Кроме того, в топливных элементах в качестве энергоносителя может применяться не только водород.
Здесь также могут быть использованы:
• полученный из биомассы спирт (этанол). Этот продукт может быть произведен не из сахарного тростника, доставленного с далеких тропических плантаций, а из сельскохозяйственного сырья или из лигниновой составляющей древесины. Подсчитано, что из 1 т древесной массы можно получить 387 л спирта;
• газифицированная биомасса, причем установка по газификации может перерабатывать любую биомассу, даже без ее предварительной обработки, то есть может использоваться растение целиком;
• метанол, который можно производить путем синтеза экстрагированного из растений углерода с водородом;
• биобензин, который можно получать путем синтеза биогаза и водорода, полученного с помощью электричества на децентрализованных ветровых установках;
• биогаз, который получается при анаэробном сбраживании органических отходов.
Совершенно не обязательно делать ставку только на топливные элементы, так как двигатели внутреннего сгорания могут приводиться в действие напрямую растительным маслом вместо дизельного топлива, газифицированной биомассой вместо природного газа, биоэтанолом, биометанолом или биобензином. Этой теме посвящено множество книг и расчетов, которые всегда опираются на практические примеры — мы же поверхностно коснулись здесь только самых очевидных вариантов.
Отказ от энергосетей: концепции малых электростанций
Зададимся вопросом: на что действительно способны мощные индивидуальные аккумуляторы электроэнергии? Небольшие моторные электростанции в собственном доме для индивидуального получения электроэнергии существуют с тех пор, как появились двигатели. Установка таких моторов до сих пор могла считаться экономичной (в сравнении с получением электричества через сеть), если установка производила также и тепло. Однако взаимозависимость двух функций — получения электрического тока и тепла, проблема избытка или недостатка энергии привязывала единичных производителей к энергосетям, чтобы они имели возможность продавать избыточную энергию (часто по невыгодным ценам) или — при недопроизводстве — докупать электричество. Заметим, что если электроэнергия будет аккумулироваться, то отпадет сама проблема пере и недопроизводства, а вместе с тем отпадет и необходимость оставаться в зависимости от сетей. Любой излишек энергии можно сберечь в накопителях, идет ли речь об электрическом токе или о тепле, поскольку и последнее может преобразовываться в электроэнергию. Произведенная энергия, в свою очередь, может быть использована для бытовых электроприборов, транспортных средств, либо для обогрева.
Внесетевые технологии получения, аккумулирования и использования энергии могут с успехом работать как звенья единой цепи, от возобновляемого источника до двигателей и механизмов, работающих на электроэнергии. Заметим, что индустрия по выпуску двигателей — это крупный союзник возобновляемых энергоносителей. Необходимо лишь переориентировать ее на выпуск моторов, использующих — напрямую или после аккумулирования — новые виды топлива. Это будет, конечно, не один двигатель, а много различных — в зависимости оттого, какой источник энергии выбран и для каких нужд.
Концепция малых индивидуальных электростанций должна восторжествовать и произвести эффект, сравнимый по значению с паровой машиной; для этого необходимо все «домашние» энергетические технологии: получение энергии, аккумулирование, потребление, транспорт, отопление, — объединить в единый комплекс. С находящейся в доме установкой, производящей тепло и энергию и имеющей накопители энергии, его жители получают автономное электро обеспечение и могут самостоятельно производить топливо для транспортных средств. Конечно, собственную теплоэлектростанцию, которая в этом случае становится центром всей энергетической концепции, необходимо снабжать топливом.
Автомобиль на топливных элементах также можно использовать во время стоянки в гараже для получения электроэнергии, которую можно аккумулировать и затем использовать на нужды домашнего хозяйства. Агрегат для получения электроэнергии приобретается при покупке автомобиля. Если одновременно используется солнечная станция в комбинации с электролизной установкой, энергоноситель для автомобиля на топливных элементах можно полностью или частично получать самостоятельно. Таковы лишь некоторые из возможностей использования возобновляемой энергии среди многих других — как, например, проект дома, в котором потребности в тепле, электричестве и топливе покрываются только с использованием энергии Солнца — то есть независимо от всех энергосетей, в том числе и локальных.
Дом, собирающий энергию
Дом следует понимать и представлять не только как систему потребления энергии, но в будущем и как систему собирания и преобразования солнечной энергии.
Сознательно ориентированный на используемые энергетические ресурсы и их экономию архитектор либо заказчик строительных работ при составлении проекта должен продумать следующие моменты:
• солнечный свет должен использоваться с максимальной полнотой, дом должен быть освещен дневным светом, насколько возможно. Кроме того, следует включить в план новейшие аккумуляторы света, действующие через поверхность окон;
• использовать для обогрева дома тепло из окружающей среды; оптимально рассчитать угол положения дома по отношению к Солнцу и избегать затенения; солнечные стороны дома должны быть максимально богаты прозрачными поверхностями, а другие стороны, напротив, максимально закрыты; предусмотреть места для солнечных коллекторов и ФЭ установок;
• учесть ветровые условия в данной местности, чтобы, по возможности, использовать энергию ветра, как минимум, для вентиляции;
• строительные материалы следует выбирать на основе их теплоизоляционных и стоимостных характеристик, по возможности заменить бетон и алюминий соответственно деревом, глиной и сталью;
• необходимо также учесть внутреннюю циркуляцию воздуха в здании, использовать ее как для охлаждения, так и для отопления.
Итак, речь идет снова о «строительстве согласно климатическим условиям», по формулировке инженера-строителя Клауса Дэниэлса: «Разумно спланированные и используемые дома отличаются прежде всего, тем, что они в состоянии удовлетворять потребности их пользователей без применения технических устройств и оборудования — исключительно за счет ресурсов окружающей среды: естественного освещения, естественной вентиляции, разумного использования энергии и т. п.».
Все эти архитектурные концепции и возможности их воплощения детально описаны в «Европейской хартии о солнечной энергии в архитектуре и градостроительстве», созданной под руководством мюнхенского архитектора Томаса Герцога. Насколько весомым может быть энергетический потенциал «разумно» используемых материалов, на примерах пытается показать Гельмут Трибуч (Институт Ганса Мейснера, Берлин) на основе тепловой саморегуляции биологических систем. По его мнению, архитектура должна учиться строить саморегулирующиеся энергетические дома и перенимать опыт взаимодействия с окружающей средой живых организмов. Это побуждает внимательно посмотреть на многочисленные возможности разработки и использования многофункциональных материалов. Мы должны перейти от борьбы с природой к гармоничным отношениям с нею, к архитектуре, которая, как говорит сэр Норман Фостер, опираясь на известные примеры, «обладает необыкновенной элегантностью, возникающей из верного ответа на климатические и географические условия окружающей среды». Элементы зданий при этом многофункциональны: каждая крыша, стена, окно одновременно еще и собиратель энергии, накопитель и элемент энерго-обмена. Архитектура тем самым становится многообразнее. Так как в зданиях происходит большая часть общего энергопотребления, солнечное строительство станет общественно значимой социальной задачей охраны окружающей среды и общеэкономической задачей вытеснения импорта энергии. Когда все большее количество домов станет независимыми в энергетическом отношении, а потребность к подводу электричества и тепла, без отказа при этом от освещения и отопления, будет практически равна нулю, тогда интегрированные в дома солнечные установки, дающие энергию в избытке, заменят прочие электростанции. Затраты на энергию окупятся и смогут даже приносить доходы.
Технические ноу-хау революции в энергообеспечении
Описанные технические решения при их широком применении революционизируют энергетическое хозяйство. Укажем на некоторые возникающие аспекты:
1. Автономно используемые технологии по преобразованию и аккумулированию энергии станут западней для системы энергоснабжения в ее современном виде. Кроме уже перечисленных достоинств технических решений на базе возобновляемых видов энергии, отметим возможность преобразования одного вида энергии в другой, например, электричества в тепло или топливо, тепла в электрический ток и топливо, топлива в электроэнергию и тепло, что делает использование энергии более гибким и эффективным. Такие технологии, как установки для обогрева, коллекторы, ФЭ установки и теплоэлектростанции, накопительные устройства могут использоваться сразу в нескольких функциях. Многофункциональность каждого из элементов сделает применение их системы более продуктивным.
2. Несмотря на растущую потребность в электроэнергии, спрос на нее из внешних сетей упадет, если достаточное количество устройств смогут сами получать и аккумулировать электроэнергию. То же самое относится и к обеспечению теплом.
3. Сочетание накопителей электроэнергии с моторными электростанциями сделает возможным массовое применение полностью децентрализованных малых электростанций, работающих бесперебойно все время нагрузки. Их можно сравнить с автомобилем с автоматической коробкой передач, которые переключаются в зависимости от изменения требуемой мощности. Энергетика, с ее нынешней опорой на электросети, когда электроэнергию получают на множестве электростанций с различной производительностью, станет ненужной. Затраты на электроэнергию заменятся затратами на аккумулирование и получение резервов. Впервые возникнет настоящая прозрачность затрат. Сети высоковольтных проводов сначала поредеют, а затем и вовсе исчезнут из наших ландшафтов.
4. Прекратится и существующая в энергетике система разделения труда, при которой централизованные предложения электричества, тепла и топлива оторваны друг от друга. Признание социально-экономических преимуществ возобновляемых видов энергии превратит децентрализованные технологии в действительно всеобщую децентрализованную энергосистему без провалов в обеспечении электроэнергией, теплом и топливом.
5. Обязательным условием для этого является использование возобновляемой энергии, поскольку только она позволяет избежать длинных энергетических цепей. Только с ее помощью децентрализованная энергетика станет действительно жизнеспособной, легко и быстро покрывающей потребности в энергии и тепле. Потребности в топливе будут полностью удовлетворять региональные рынки, но со временем горючее будет полностью заменено электроэнергией, с соответствующей заменой транспортных средств.
Итак, вопрос не только в том, чтобы увидеть эти возможности, но в том, чтобы применять их на практике, целенаправленно расширяя сферы их использования. Возникнут многочисленные индивидуальные и общественные энергетические подходы на локальном и региональном уровнях, и каждый шаг вперед будет повышать экономическую и культурную привлекательность этих концепций и технологий, а их подрывная сила и опасность для традиционной энергетики будет только расти. Ресурсные сети неминуемо распадутся.
Солнечная техническая революция и солнечное информационное общество
Индивидуальная или региональная энергетическая независимость, на первый взгляд, должна потребовать создания сложной структуры, а ее широкомасштабное внедрение кажется непрактичным и нереальным. Но это впечатление возникает, прежде всего, потому, что речь идет о внедрении новых технологий и новых форм хозяйствования, к которым не готово всеобщее сознание, привыкшее к иному взгляду на решение этих проблем. При ближайшем рассмотрении автаркическая система вовсе не выглядит более сложной или менее комфортной по сравнению с существующей в настоящее время структурой энергоснабжения, к сложности и неудобствам которой мы притерпелись.
Автономное энергоснабжение менее затратно для конечного потребителя, чем традиционное (особенно с учетом динамики этого соотношения), но понятие комфорта для него основано, прежде всего, на независимости, а не на простоте действия по включению рубильника или по втыканию вилки в розетку. Комфортны и другие преимущества, заключающиеся, прежде всего в большом количестве автономных электроприборов, не требующих подзарядки или смены батарей. Но главное — энергетический рынок без монополий и без деления на отдельные виды энергии будет более открытым, демократичным и справедливым.
Необходимо остановиться и на сложностях внедрения солнечных технологий, главная из которых — недостаток информации и консультационных служб, отсутствие единой концепции по поддержке повсеместного внедрения автономной солнечной энергетики. Реализация такой концепции значительно облегчается новыми информационными технологиями и услугами.
Новые технические решения предстанут в выгодном свете, когда их сторонники будут воспринимать их вне рамок существующих сегодня энергетических структур. Новые технологии не могут развиваться в старых рамках, они влекут за собой структурную революцию, изменяя свою систему, хотя ее оппоненты пытаются уничтожить ее, прибрать к рукам или ассимилировать в одну из ниш старой структуры. Внедрение информационных технологий проходило по этому образцу, с соответствующими положительными и негативными социальными и экологическими последствиями. Издержки возникли потому, что децентрализованные технологии по большей части снова были взяты под контроль крупными концернами, поэтому они не могли использоваться действительно независимо от центральных инфраструктур.
Информационные технологии и технологии по преобразованию и использованию солнечной энергии — идеальные партнеры. Они могут взаимно поддерживать друг друга: солнечные технологии могут предоставить информационным энергетическую автономию и сделать их использование мобильнее и независимее; информационные технологии могут довести до совершенства устройства, использующиеся в солнечных технологиях. Микроэлектроника может осуществить коммуникацию между различными энергетическими технологиями, интегрировать и поддерживать соответствующим программным обеспечением работу отдельных устройств. С помощью телемеханики можно постоянно контролировать многофункциональную систему независимо работающих солнечных технологий. При этом облегчается переход от всемирного объединения энергетических сетей к независимым друг от друга мини сетям. Функции, которые в 70-х гг. могла выполнять только большая ЭВМ, сегодня могут быть выполнены персональным компьютером. Аналогично в будущем на смену мощным тепло-электроэнергетическим и ядерным технологиям придут малые солнечные энергетические системы.
Информационные технологии принесли с собой выражение «информационное общество», которое более точно, чем другие определения, характеризует современное состояние экономики и общества и эйфорически интерпретирует его. Джон Ней сбит, один из популярных интерпретаторов, говорит о «машине индивидуализма», которая радикально изменит все народнохозяйственные и политические структуры: «Центры власти смещаются от государства к индивидууму. От вертикали к горизонтали. Отиерархии к полю деятельности». Чем дальше развивается мировая экономика, тем более могущественными становятся «малые игроки», в то время как влияние и значение «больших игроков» сокращается. Это, по его мнению, представляет собой «глобальный парадокс». При помощи «смеси технологий» в гибриде телефон-телевизор-компьютер каждый может общаться с любой точкой земли. «Персональный теле-компьютер» ведет к «беспроволочной интерактивности», с участием технологий, которые становятся все более дешевыми, легкими, миниатюрными и мобильными; «самой эффективной хозяйственной единицей становится индивидуум». Он работает в сети, которая сама является элементом глобального поля, на котором ни одна фирма, ни одна страна сама по себе больше не может быть успешным участником «мировых состязаний». Поэтому настоятельно необходимо стратегическое объединение глобальных игроков.
Но в этом кроется и иллюзия информационного сообщества. Нам кажется, что здесь основой является быстрая коммуникация каждого с каждым, вне зависимости от местоположения. Но власть, однако, по-прежнему распределяется не горизонтально, а вертикально, и центры ее становятся не меньше, но еще больше и иерархичнее. Это противоречие между технически имманентной децентрализацией и реальным сосредоточением власти основано на том, что центры власти, с помощью информационных технологий, могут быстрее и эффективнее реагировать на ситуацию в своих интересах, благодаря административному ресурсу и инвестиционному могуществу. Там, где имеется техническая сеть, она находится под чьим-то контролем. Тринадцать крупнейших мировых интернет провайдеров находятся в руках американских корпораций, и, чтобы создать европейский противовес, правительства будут содействовать вовлечению в эту отрасль европейских электроэнергетических концернов. «Невидимые руки сетей», как пишет Филипп Кюэ в «Le Monde Diplomatique», «самостоятельно сплетаются в единую паутину. Сама логика функционирования информационных сетей благоприятствует объединению и синергетическому эффекту, или, говоря языком рынка, ведет от уговора к олигополии, и, в итоге, к монополии». Еще падают в ходе конкуренции цены, но тенденция уже развернулась к процессам слияния и концентрации. Еще нет налогообложения на информацию, но уже есть привилегированный доступ к ней, и с помощью будущего единства монитора и телеэкрана, наряду с массой новых информационных возможностей от такого слияния, возможности манипулирования и спекуляции информацией только возрастут. Сеть, без которой не могут функционировать информационные технологии, дает не только новый потенциал, но и новую зависимость. Соответственно, влияние информационных монополий ослабевает на время, чтобы потом еще более окрепнуть. Сеть — это новая свобода, но и новые, до поры не ощутимые.
В этом и состоит решительное различие между информационными технологиями для любых целей и децентрализованными солнечными энергетическими системами. Пользователь солнечной технологии не подвергается ни чьему контролю. Солнце и ветер не пользуются ни сетями, ни проводами, ни антеннами. Когда они будут использоваться в автономных установках, от сети можно будет отказаться. Более того: они разрушат тем самым основу сетевой власти, существующей благодаря энергетическим цепям и постоянно расширяющейся, а также основу существования концернов, опирающихся на эту власть.
Независимые солнечные технологии воплотят то, что обещали информационные технологии: постепенное лишение власти «глобальных игроков» и конец экономической иерархии. Потенциал солнечных технологий еще только начинает развиваться, его можно сравнить с состоянием автомобиле-строения в 1920-х гг.; в производстве фотоэлементов развитие нацелено на создание материалов, которые могли бы значительно лучше улавливать солнечный свет, что дало бы большую экономию. Солнечные элементы завтрашнего дня будут иметь высокую механическую гибкость и способность преобразовывать даже небольшие объемы света. Светочувствительные устройства (на «влажных солнечных элементах»), будут использовать фотоэлектрохимические процессы; разложение воды светом; миниатюрные электролизные установки и топливные элементы; концентраторы света, сверхлегкие преобразователи света; высоко-технологичная тонкая теплоизоляция; ГЭС на малых реках; большие и малые ветро-установки, способные работать даже при малейшем движении воздуха; значительно улучшенные установки для газификации биомассы — эти и другие разработки понемногу входят в нашу повседневную жизнь. Добавим сюда возможность огромного снижения затрат благодаря общему развитию промышленных технологий и переходу к их массовому производству. Техническая революция, которую влекут за собой солнечные технологии, делает первые шаги. Практическое применение этих технологий окажет влияние, как на технику, так и на общество.
Железные дороги будут использовать локомотивы на топливных элементах, которые позволят отказаться от проводов над путями и значительно удешевят железнодорожные перевозки; в крыши вагонов будут вмонтированы солнечные модули. Уже сейчас эксплуатируются грузовые автомобили-рефрижераторы, на крышах которых смонтированы фотоэлементы, питающие холодильную установку. Уже давно ожидаемый ренессанс дирижаблей будет подкреплен идеей, согласно которой вся внешняя оболочка воздушного корабля будет представлять собой солнечную электростанцию, и таким образом во время полета будет производиться большая часть необходимой энергии. Грузовые суда, благодаря энергии ветра и электролизу воды, а пассажирские еще и благодаря биогазу из органических отходов смогут производить необходимое топливо непосредственно на борту. Для реализации всего этого необходима конструкторская фантазия и, что еще существеннее, утверждение новых приоритетов в науке и технике, в архитектуре и в самом энергоснабжении, в бизнесе и политике. Требуются некоторые усилия, чтобы представить себе энергоснабжение без специализированного энергохозяйства.
Одной из проблем маленьких деревень в давние времена был высокий процент детей рождающихся с генетическими отклонениями. Причина этого крылась в том, что муж и жена из-за того, что людей в деревнях мало, часто могли приходиться друг другу родственниками.
Вопрос: Какое изобретение конца 19 века резко снизило процент детей рождающихся с генетическими отклонениями в сельской местности?
Статью подготовила ведущий эксперт-экономист по бюджетированию Ошуркова Тамара Георгиевна. 
