Iseteenindus

Президент Эстонской академии наук Тармо Соомере: помимо смелых решений мир толкает вперед также необходимость что-то делать

22.04.2020

Поскольку в игру вступил коронавирус, день окружающей среды Eesti Energia «Возобновляемая энергия у меня во дворе #YIMBY» был отложен до сентября. А пока модератор мероприятия, президент Эстонской академии наук Тармо Соомере делится мыслями о возобновляемых и управляемых источниках энергии, о новых технологиях и углеродно-нейтральном мире.

Тармо, Вы согласились модерировать день окружающей среды Eesti Energia, который пройдет в этом году. Чем Вас привлекает эта тема?

Без надежно работающего энергоснабжения невозможно представить функционирование, а тем более организацию современного общества. О важности энергоснабжения напомнила произошедшая зимой авария на Выруской подстанции. К счастью, погода была не очень холодной.

Производить электричество из фоссильного топлива можно еще долгое время, технически это возможно. Веществ, пригодных для сжигания тем или иным способом, хватит на сотни лет. Но если действовать именно так, то, очевидно, нагрузка, оказываемая на природу побочными явлениями, будет слишком высока. Кроме того, есть множество других способов использовать имеющиеся в недрах земли органические вещества с гораздо большей пользой, чем просто кидать их в топку.

Получение энергии из фоссильных источников имеет одно важное отличие от ее выработки из возобновляемых источников.

В каждом килограмме фоссильного топлива довольно много энергии. Ее можно извлечь посредством высокотемпературного энергоносителя, поступающего из относительно небольшой топки. Энергию в электричество преобразует турбина, которая настолько же мала или еще меньше. Так всю необходимую государству энергию можно производить в одном совсем не большом месте. В этом случае говорят, что плотность энергии фоссильного топлива, например, на единицу массы, довольно высока.

Фото: Тармо Соомере (автор фото – Рети Кокк)

Иначе обстоят дела с возобновляемой энергией. Если не принимать во внимание ураганы, торнадо и родственные им небольшие смерчи, то в одном килограмме движущегося воздуха или в падающем на один квадратный метр солнечном излучении энергии не очень много. Поэтому плотность энергии возобновляемых источников по сравнению с фоссильным топливом довольно маленькая. Даже в морских волнах, обладающих порядочной плотностью энергии, скрывается не так много энергии. Например, в волнах, достигающих берегов Эстонии, среднегодовое количество энергии составляет в среднем около 1-2 кВт на каждый метр береговой линии. Если бы нам удалось без потерь преобразовать все это количество в электричество, в идеале мы смогли бы покрыть половину нашей потребности в энергии. Но для этого нужно было бы установить в море систему конвертеров волновой энергии длиной порядка тысячи километров. Четыре года назад стоимость строительства 60-мегаваттной волновой электростанции в Австралии составляла порядка 150 миллионов евро (https://arena.gov.au/assets/knowledge-bank/Bombora-Wave-Power-ARENA-Cost-of-Energy-Study.pdf). До наших берегов доходит примерно 1000 мегаватт волновой энергии в год. То есть цена оборудования, необходимого для ее улавливания, будет не менее двух миллиардов евро. В действительности же она будет в разы больше, так как большинство времени море тихое.

Та же история с ветряками или солнечной энергией. Для создания энергоснабжения на базе ветра необходимо построить сотни ветряков. Хорошо, если их поддерживает множество квадратных метров солнечных панелей. Кроме того, зачастую в одной части Эстонии светит солнце или дует ветер, а в другой идет дождь или погода безветренная. Поэтому строительство этого оборудования только в одном определенном месте малоосмысленно, поскольку добавляются еще затраты на линии передачи. Намного разумнее расположить ветряки и солнечные панели неподалеку от мест потребления. Так потребуется меньше оборудования, чем в случае строительства всего в одном месте.

Если большие сланцевые котлы, в общем случае, экономичнее маленьких, а транспортировка сланца дорогая, то очень большие ветряки построить просто невозможно, а места, подходящие для солнечных панелей, есть более-менее везде. Хотя бы на обочинах дорог. Так что если хотеть беречь природу и ориентироваться на возобновляемую энергию как на основу для будущего, то логично, чтобы на крыше или во дворе каждого дома был свой источник энергии. Другое будущее представить очень сложно.

Достаточно ли активно мы начали развивать возобновляемую энергию с учетом нынешней климатической политики?

Дела с освоением возобновляемой энергии в Эстонии идут не очень хорошо. Было много разговоров и планов. В действительности же темп запуска оборудования возобновляемой энергии не успевает за тем, как закрываются источники, базирующиеся на фоссильном топливе. Причин этого много, начиная от аргументов в сфере государственной обороны и заканчивая страхом людей, что ветряки заслонят вид на море.

В сфере водородной энергетики отсутствует план действий и, похоже, даже видение. Водород – один из немногих, если не единственный источник энергии, который можно легко создавать, накапливать, транспортировать в любых количествах и быстро начать использовать.

Более-менее в ногу со временем идут лишь проектировщики и строители зданий с нулевым потреблением энергии.

В таких ситуациях нельзя спешить. Современному обществу постоянно нужно много электроэнергии. Поддержка нашего нынешнего основного решения, то есть энергетики, основанной на фоссильном топливе, до тех пор, пока новые источники не будут способны ее заменить, – вопрос не столько привычки, дешевизны, удобства или даже социальной политики. Прежде всего, это вопрос энергетической безопасности.

Нынешние электромобили с аккумуляторами в долгосрочной перспективе, очевидно, тупиковый путь, но в ближайшем будущем они являются необходимым шагом для движения вперед. То же можно сказать, например, о тепловых насосах, по крайней мере, пока они потребляют электричество, полученное сжиганием фоссильного топлива. Расчеты коллег говорят, что использование фоссильного электричества в электромобилях и тепловых насосах даже повышает суммарные выбросы углерода по сравнению с автомобилями с двигателями внутреннего сгорания. Таким образом, прилагаемые сейчас усилия – это скорее шажок назад, но речь идет о шажке, необходимом для серьезного рывка.

Должны ли мы смотреть в сторону еще более новых технологий, чтобы развитие энергетического сектора было еще более экологичным и жизнеспособным?

Мир толкают вперед не только смелые решения, но и необходимость что-то делать по-другому. Спросим себя: не как, а почему в Эстонии удалось запустить современные информационные технологии, создать удобные и эффективные электронные банки, перешагнув, например, эпоху чековых книжек, и построить э-государство? Одним из компонентов было то, что нам было особо нечего взять из времен Эстонской ССР. Не нужно было заботиться о старомодных системах, к которым привыкли люди. Во многих сферах можно было начать с чистого листа.

То, что эстонская энергетика хорошо развита, безопасна с точки зрения надежности снабжения, обеспечена хорошей компетенцией и имеет более-менее разумную цену, является одной из бомб, привязанных к нашим ногам. Хорошо работающие дорогие системы имеют большую инерцию, в том числе в сознании и установках людей. Свернуть со знакомой дороги, даже если новое направление кажется привлекательным, непросто. Неизвестность вызывает беспокойство, а точно предсказать будущее невозможно. Но увеличивается число таких аргументов, которые говорят, что энергетический сектор, основанный на фоссильном топливе и даже на сжигании биомассы, может быть жизнестойким в более узком финансовом смысле, но он ни в коем случае не является достаточно экологичным.

Насколько экологично развитие возобновляемой энергии?

Экологический след развития возобновляемой энергии сейчас, вероятно, сильно недооценен. Мы просто еще не можем предсказать весь жизненный путь оборудования, процессов и материалов в этом секторе. Я бы сравнил это с оценками, даваемыми атомным электростанциям, в которых к стоимости строительства потихоньку начинают добавляться немалые косвенные расходы, складирование отработанного ядерного топлива и, в завершение, утилизация самих станций после того, как их ресурс иссякнет.

Хороший аналог – биотопливо. Если поначалу его использование в качестве источника энергии для транспортного сектора казалось революционным, то со временем выяснилось, что на производство одного литра разных видов биотоплива затрачивается более одного литра нефти. Плюс земля и вода.

И все же я убежден в том, что можно в разы, если не в десятки раз уменьшить экологический след возобновляемой энергии. Гораздо более важный аспект – возможность распределенного производства возобновляемой энергии. Если солнечная панель покрывает целый гектар, то, очевидно, под ней не будет сохраняться экосистема, обычная для сенокосных угодий. Если же панель установлена на крыше или закрывает пару десятков квадратных метров, то ее влияние значительно меньше.

Проблема скорее возникает тогда, когда промышленные решения производства возобновляемой энергии, например, мегаваттные ветряки, устанавливаются недалеко от мест жительства людей. Тогда у людей, несомненно, есть право спросить, почему устройство, вырабатывающее энергию для сотни семей, должно стоять именно у их дома. Такие ситуации нельзя решить ни силовым методом, ни убеждением. Если качество жизни людей снижается, то это нужно каким-либо образом компенсировать, при необходимости также и на более высоком уровне, чем рыночные цены. В долгосрочной перспективе все это не так уж и дорого.

Каким должен быть баланс между возобновляемыми и управляемыми источниками энергии?

Конечно, нельзя сказать, что все возобновляемые источники энергии неуправляемы. Солнечные панели производят энергию даже в облачную погоду и во время осадков. Центральное бутылочное горлышко, или самое большое неизвестное, – возможность накопления энергии. Ведь с нашими нынешними знаниями нельзя запасать электричество по разумной цене. Его нужно сразу использовать в одном темпе с производством.

Довольно хорошо известно, как долго нужно как-то покрывать потребность в энергии, пока не светит солнце и не дует ветер. По грубым оценкам, в нашем регионе недели должно хватить. Если возможности накапливать энергию и затем ее использовать нет, нужно держать в запасе мощность, покрывающую все энергопотребление государства, будь то наши электростанции или производственные мощности по другую сторону кабеля, или же вводить особый режим на то время, пока нет возобновляемой энергии.

Такой аккумуляторный банк, который покрыл бы эстонское недельное электропотребление, сейчас стоит как минимум 100 миллиардов евро. В какой-то мере его могут заменить аккумуляторы электромобилей, но поступающее из них электричество неприлично дорогое, поскольку эти аккумуляторы выдерживают примерно 500 циклов зарядки-разрядки. Более новые аккумуляторы живут дольше, но не намного.

Возможное решение – создание запаса водорода или другого легко производимого и хранимого вида топлива вместе со строительством соответствующих преобразователей. Если бы такой запас и, например, топливные элементы покрывали недельное потребление Эстонии, то мы с легким сердцем могли отказаться от сланцевой энергетики. Интересно было бы посчитать, сколько это стоит по сравнению с предприятиями по добыче сланца и сланцевыми электростанциями.

Какой путь, по Вашему мнению, является разумным в достижении углеродно-нейтрального мира?

Цена недвижимости формируется на базе трех основных факторов: 1) местоположение, 2) местоположение, 3) местоположение. На вопрос можно ответить похожим образом: 1) накопление энергии, 2) накопление энергии, 3) накопление энергии.

Большие выбросы углерода ведь появляются не столько от неумения производить больше энергии, сколько от того, что содержание энергии в фоссильном топливе (или же его плотность энергии), так и возможность его складировать (или подготавливать к добыче под землей) гораздо больше, чем наша способность, так сказать, хранить электричество на складе.

Если в фундаментальной науке не произойдет никакого неожиданного прорыва в сфере аккумуляторов или суперконденсаторов, мы привязаны к имеющимся веществам, будь то газообразное, жидкое или твердое топливо, управлять производством электроэнергии из которого мы умеем.

Сейчас кажется, что ядром углеродно-нейтрального мира станет основанная на углероде энергетика, которую поддерживает множество других решений, начиная с крыш, состоящих из солнечных панелей, и заканчивая небольшими (модульными) атомными станциями.