Очерк
Опубликовано в журнале Урал, номер 8, 2007
По странному стечению обстоятельств одна из окрестных деревень на моей малой родине носила имя, очевидно, данное ей предками в честь бога грозы, — Перунова. Полагаю, с умыслом. Дело в том, что утвердилась она на берегу несуетной реки, на высоком пригорке, в стороне от леса, и ветры охотно обдували ее со всех боков. Так что, думаю, не дурак был тот землепашец, который, заметив эту чудную “аномалию”, воздвиг в Перуновой ветряк, после принесший ему солидный вес в обществе, уважение и немалый достаток.
Почему об этом вспомнил? Суть в том, что в России все чаще стали звучать мотивы: как бы закрепить за страной статус “энергетической сверхдержавы”. Эти мысли, понятно, навеяны прекрасной конъюнктурой на мировом рынке нефти и газа.
Все так. Но вспомним 70-е годы прошлого века, когда в мире тоже наблюдался “нефтяной бум”, от которого СССР получал немалые дивиденды. Думалось, так будет всегда или, по крайней мере, не одно десятилетие, тужить, стало быть, не о чем. Однако цены на “черное золото” вдруг резко, не без помощи американцев, рухнули, и ноги нашей супердержавы в момент подломились — начался системный экономический кризис…
Так не лучше ли громадные средства, которые Россия получает сейчас за счет высоких цен на энергоносители, использовать более осмотрительно и рационально. Например, вкладывать в новые ресурсо- и энергосберегающие технологии, в прорывные научные идеи, в производство высоких знаний. Другими словами, Россия должна быть полностью готовой к ситуации, когда щедрые природные недра все-таки начнут катастрофически иссякать.
ГЭС — малая, выгода — большая
Согласитесь, кошмар энергетических кризисов в последнее время маячит едва ли не перед каждым субъектом Российской Федерации. Поэтому едва сойдет вешний снег, а власти уж снова ломают голову, размышляя о грядущем отопительном сезоне: как ослабить зависимость от грозного монополиста — РАО ЕЭС (правда, разделенного ныне на сбытовые и генерирующие компании), как наскрести по бюджетным сусекам денег на уголь, газ, мазут; удастся ли подлатать свои ТЭЦ, котлы, инженерные сети. И так из года в год!
Признаюсь, потеплело на душе, когда я узнал, что правительство Свердловской области решило всерьез заняться развитием нетрадиционных видов энергетики — силы ветра, энергии солнца, местных рек, отходов и т. д.
Так вот, по заданию властей группа ученых под руководством заведующего кафедрой “Атомная энергетика” Уральского технического университета-УПИ Сергея Щеклеина провела большую научно-исследовательскую работу по оценке гидроэнергетического потенциала водохозяйственных объектов Среднего Урала.
Уральский ГОЭЛРО? Ну, это может быть слишком пафосно сказано. Тем не менее, нашими учеными мужами был сделан подробный анализ местных возможностей гидроэнергетического производства. По данным специалистов, существующие стоки в створах гидротехнических сооружений (ГТС) области позволяют разместить на них мини-ГЭС суммарной мощностью 55 млн. киловатт и наладить производство порядка 400 млн. киловатт-часов собственной электроэнергии! Фантастика? Только на первый взгляд.
Как считает Юрий Немихин, заведующий лабораторией уже упомянутой кафедры, мини-ГЭС обладают чрезвычайно высоким уровнем рентабельности производства, каждая из них может обеспечить дешевым теплом и светом до 10 тысяч жителей окрестных сел и деревень, плюс местные предприятия. Между прочим, по данным ОАО “Свердловэнерго”, еще в 1948 году на Среднем Урале действовало 173 малых ГЭС. Сегодня, судя по всему, не осталось уже ни одной…
Предполагалось, что первенцем малой энергетики станет Нейво-Шайтанская ГЭС. Между прочим, инициатива ее строительства принадлежит не областным властям, а населению одноименного поселка и администрации города Алапаевска. Закономерно, ведь Алапаевск — родина первой (!) в России водяной турбины, построенной еще в 1837 году плотинным мастером-самоучкой Игнатием Софоновым. А Нейво-Шайтанское водохранилище возникло в 1877 году. Об этом достоверно сообщают документы местного металлургического завода. Так что возводить мини-ГЭС предлагалось не на пустом месте. Опыт в “демидовских” местах имеется. И он, как оказалось, не предан забвению.
— Ведь как тогда строили? Не тяп-ляп, деньги сорвать и исчезнуть, а на века, крепко дорожа званием настоящего мастера! — делился со мной наблюдениями один знакомый краевед. — Плотину работящий уральский люд возводил всем миром, традиционным дедовским способом — из лиственничных ряжей, а это специальные срубы из бревен, которым износу нет, поскольку заполнялись бутовым, природным камнем и белой глиной.
Действительно, отметка нормального подпорного уровня воды здесь равнялась в ту пору 156 метрам, а длина водосброса на момент пуска достигала 80 метров. Самое любопытное, что и земляная плотина, и водохранилище неплохо сохранились до наших дней.
По такому же подобию и принципу на реке Нейве в те времена работали самодельные гидроустановки на Невьянском и Алапаевском заводах, Быньговской мельнице, Петрокаменской ГЭС, в Верхне-Михайловском и Нейво-Рудянке. Целый каскад! Вода поила работников и их семьи, вращала машины, турбины, питала котлы, принося прок людям и немалые барыши уральским заводчикам.
Эта светлая идея — установить на Нейве-реке мини-ГЭС, чтобы обеспечить поселку автономное энергоснабжение, — витала в воздухе еще в 40-е годы прошлого века, перед самой войной. Именно тогда и были произведены все необходимые замеры, расчеты. Документация, что удивительно, сохранилась. Так что инициаторы проекта не стали излишне мудрить: сопоставили ее с нынешней действительностью и вот что обнаружили.
Оказалось, производственные ресурсы Артемовской ТЭЦ, обогревающей сегодня и поселок Нейво-Шайтанский, уже давно исчерпаны. А ведь существующие технические параметры местного водохранилища и стоков реки по-прежнему отвечают всем необходимым требованиям. Необходимо лишь поднять уровень воды на метр-полтора. По данным администрации поселка, в среднем здесь потребляется 420 тысяч киловатт-часов энергии в месяц. Так что один генератор мощностью 75 кВт перекрыл бы потребность в электрообеспечении населенного пункта более чем в 2 раза. Сумма ориентировочных затрат на проектные работы, строительство водовода, монтаж энергоблока составляли всего-навсего 15 млн. рублей, в нынешних, естественно, ценах. Выяснилось также: фирм-производителей, оказывающих сегодня подобного рода услуги, в нашей стране хватает с избытком.
Да и за добрым примером за тридевять земель отправляться не надо. Специалисты знают, что совсем рядом, в Республике Башкортостан, что называется, “без шума и пыли” программа развития малой энергетики уже активно претворяется в жизнь. Здесь, в отличие от свердловчан, чуть ли не на каждой реке строятся плотины, и маленькие ГЭС гонят ток в ближайший населенный пункт, на хозяйственные нужды. Как показывает практика, это намного дешевле, чем возводить громоздкие подстанции, трансформаторы, тянуть линии электропередач или покупать энергию на стороне. Первыми в этом убедились жители поселка Большеустьикинское, где в декабре 2000 года была введена в строй собственная электростанция, созданная на базе газотурбинной установки.
И я полностью согласен с генеральным директором ОАО “Интеррос”, председателем совета директоров Пермского моторного завода Виктором Шматовичем, который как-то сказал, что у малой энергетики в России — большое будущее. Весь мир сегодня приходит к пониманию того, что централизованные крупные энергосети — не панацея. В развитых странах — США, Голландии, Германии и других — на долю децентрализованных источников приходится до четверти всей производимой энергии, а у нас — кот наплакал. Хотя география России, где северные и восточные районы очень слабо заселены, удалены от центра, требует куда более современного и рационального подхода! Не случайно пермскими станциями “Урал-2500” и ГТУ, которые ставят на местных реках, заинтересовались уже не только власти Башкирии, но и Алтая, Ленинградской области, Карелии, Таймыра…
А вот мнение сотрудников УралНИИгипрозема: малая энергетика в Свердловской области тоже имеет хорошие перспективы, поскольку многие старые объекты, гидротурбины и плотины сегодня можно просто восстановить. Вероятно, не следует ждать быстрой окупаемости от этих сооружений, они хоть и решают локальные задачи, но имеют явно выраженную социальную окраску, ибо нацелены на поднятие качества жизни людей.
От перспектив зачесались руки! Но минуло уж пять с гаком лет, а о пуске Нейво-Шайтанской ГЭС я что-то не слышал. Не гудят, не играют провода и на других малых электростанциях Свердловской области. Выходит, прав был великий Альберт Эйнштейн, утверждая: легче расщепить атом, чем победить один предрассудок?..
В атмосферных потоках
Посему вернемся-ка обратно в Башкирию. Здесь можно сподобиться увидеть не только маленькие ГЭС, но и ветроэлектростанции. Одна из них — “Тюпкильды”, что в Туймазинском районе — уже работает в круглосуточном режиме. Она пока самая мощная в стране (обошлась казне примерно в 70 млн. рублей): а это четыре установки по 550 кВт. Местные власти ее рассматривают как опытную и планируют развернуть в республике целую сеть таких станций, что, говорят, вполне реально.
Впрочем, свердловчанам-то гораздо легче “обуздать” нрав своего ветра. Ведь все для этого практически создано! На кафедре “Атомная энергетика” в УГТУ-УПИ несколько лет назад была открыта новая специальность — “Нетрадиционные возобновляемые источники энергии”, где идет подготовка соответствующих кадров. Есть самые разнообразные проекты. Организована компания “Ветроток”. Эта шустрая научно-внедренческая структура уже установила тесные контакты с Московским заводом по производству воздушных винтов, Центральным аэрогидродинамическим институтом, другими предприятиями и организациями России.
Как результат, уже несколько уральских установок действуют в Магаданской и Свердловской областях. Велись перспективные переговоры с руководством Ямало-Ненецкого автономного округа (по расчетам, строительство ветряков в наиболее проблемных населенных пунктах Ямала окупит себя за каких-то 2-3 года, а вообще, за счет использования силы ветра, тут можно закрыть до 70 процентов потребности одного из самых богатых, но одновременно и энергодефицитных регионов России!).
Вопрос-то, можно сказать, ключевой. Во-первых, северный завоз жидкого топлива (на Крайний Север его ежегодно доставляется 8-10 миллионов тонн) обходится государству в круглую копеечку. Во-вторых, по официальным данным, “утечки” тепла и электроэнергии только в сетях Ямала и Югры составляют 30 процентов, а коммерческие потери производителей — более трети! То есть речь идет не о какой-то “шарашке”, отдельно взятом хозяйственном договоре, а об энергетической безопасности стратегически важных территорий страны, оптимизации работы целой отрасли!
Но вот на одном из “круглых столов” представителю Ямала был задан прямой и очень верный вопрос: как долго вам удастся просидеть на “сырьевой игле”? Если принять во внимание то, что разведано геологами, окажется: “легкой” нефти в округе осталось на 30 лет, а газа — максимум на 100. А вот если всерьез, по-государственному заняться изучением, разработкой, внедрением новых проектов и технологий, например — ветроэнергетики, добычей так называемого “жирного” газа и труднодоступной, с глубоких горизонтов, нефти, то здешних углеводородов, энергии стране хватит еще не на одну сотню лет…
А зачем стучаться в закрытую дверь, изобретать колесо, парировал высокопоставленный чиновник, если сегодня Ямал щедро обеспечен “голубым топливом”, только низконапорного газа здесь — свыше 5 млрд. кубических метров. И если изъять его как-то из недр, направить на вновь построенные электростанции, то этот северный регион может поставлять дешевую энергию не только своим соседям по Уральскому федеральному округу, но и в Пермский край, Республику Коми, Томскую область, другие территории России.
Можно. Кто спорит! Только линии электропередач к каждому оленеводческому стойбищу, фактории или промыслу не подведешь. А когда и этот газ кончится?
Как ни грустно, но ветровые “мельницы” на Урале охотно приобретают лишь предприимчивые частники — владельцы коттеджей, подсобных хозяйств, небольших ферм, используя их для освещения, обогрева, словом — для различных бытовых нужд. Главное, что хозяин такого ветряка начинает жить в автономном режиме, комфортно, ничуть не завися от капризного ведомства Анатолия Чубайса.
Почему же к возможностям ветра, к разработкам уральских ученых у нас все еще относятся скептически, с пренебрежительной прохладцей? Либо денег нет, желания что-либо изменить, либо информации, и многие об этом ничего не знают. А ветер помог бы многим выжить! И то: срок окупаемости ветроустановки, дают справку в НПК “Ветроток”, в зависимости от загрузки — где-то около года, время от заказа до пуска агрегата — месяц, затраты на эксплуатацию — почти нулевые.
Хорошо такие установки вписались бы и в ландшафт Зауралья, а также Челябинской и Тюменской областей. О Севере и говорить нечего! Пусть это будут не 15 тысяч ветряных “мельниц”, как в Калифорнии и Нидерландах (никто же не решится назвать население этих стран придурками!), все равно был бы какой-то зримый шажок вперед, снижение риска заморозить в уральской глубинке школы, детские сады, больницы, квартиры, фермы!
Во всем мире сегодня наблюдается устойчивый интерес к нетрадиционным и возобновляемым источникам энергии. Так, страны ЕС решили к 2010 году удвоить производство электричества и тепла именно за счет такой альтернативы — с нынешних 6 до 12 процентов. И установленные мощности ветряных электроустановок (ВЭУ) в Европе скоро превысят возможности АЭС! Это стало реальностью благодаря совершенствованию технологий и снижению себестоимости производства электроэнергии на “ветряках”.
Энергию ветра в Старом Свете, и это, конечно, не секрет, повсеместно использовали уже в конце ХIХ века. Скажем, в Дании в 1890 году под патронажем государства начала действовать масштабная программа развития ВЭУ. К этому времени в стране исправно трудилось 35 тысяч ветродвигателей общей мощностью 200 МВт. А суммарная сила ВЭУ на стыке прошлого и нынешнего тысячелетий здесь возросла более, чем вдвое — с 1098 МВт до 2300 МВт, выработав свыше 10 процентов всей электроэнергии страны, то есть около 4,5 млрд. киловатт-часов. К 2030 году “ветряной сегмент” датской электроэнергетики планируется увеличить до 50 процентов!
“Поймали ветер”, хоть и поздно — в начале 90-х годов, в промышленной и прагматичной Германии. Сегодня эта страна стала безусловным лидером как по масштабам использования ветровой энергии (мощность всех немецких ВЭУ значительно превышает 6 тысяч МВт, или 40 процентов от мирового показателя), так и по производству, качеству самих ветровых установок. В Германии построено уже 16 тысяч таких станций, в том числе — крупнейшая в мире: гигантский трехлопастный генератор вознесся над землей на башне высотой более 180 метров. Его мощность — 5 мегаватт.
Огромный бык на фоне ветровых турбин в полях красуется на рекламных щитах неподалеку от испанской Сарагосы. Родина Сервантеса сейчас — на втором месте по использованию силы ветра как альтернативного источника энергии. Ветром здесь “надуло” тысячи рабочих мест, а к 2011 году испанское правительство планирует увеличить мощность ветровых электростанций в три раза!
Быстрыми темпами обещает развиваться альтернативная энергетика и в старой доброй Англии. Британское правительство тоже заявило о намерении ускорить работы по увеличению доли ветра в энергетическом балансе страны. До 2010 года тут будет установлено две тысячи ВЭУ с десятком ветряков на каждой станции, после чего доля энергии ветра в производстве электричества в островной стране составит около 10 процентов. При выполнении намеченных планов Великобритания догонит мировых лидеров в этой области — Германию и Данию.
Кстати, совсем недавно правительство Великобритании одобрило проект строительства крупнейшей ветряной электростанции. Она сможет произвести энергии столько, сколько необходимо миллиону домохозяйств!
Большая электростанция займет 232 квадратных километра. 340 турбин поставят 1 процент всей электроэнергии, произведенной на территории страны. При этом все ее установки будут построены вне береговой линии.
С помощью этого проекта правительство намерено снизить зависимость страны от импорта полезных ископаемых. Реализацией проекта занимаются консорциум компаний Shell, E.ON и Core.
Но больше всего электростанций, работающих на дармовой энергии, построят в Шотландии: в 2020 году здесь планируют получать чуть ли не 40 процентов электричества от возобновляемых источников, и преимущественно — от ветра (еще пятую часть хотят “выжать” из энергии приливов и отливов). Именно здесь не так давно была пущена одна из самых мощных в мире ветровых электростанций. Там закрутилось сразу 35 ветряков мощностью 30 мегаватт, способных обеспечить энергией около 20 тысяч домов. Но Шотландия уже вынашивает куда более амбициозный проект — строительство крупнейшей на планете ветряной электростанции мощностью 600 МВт (300 турбинных установок по 2 МВт каждая). Стоимость проекта — около 1 млрд. долларов.
Западная Европа вообще доминирует в мировой ветроэлектроэнергетике. На старте нового века европейские ВЭУ выработали около 28 млрд. киловатт-часов, или 75 процентов от мирового показателя. США, сделавшие значительный скачок в наращивании ВЭУ в 70-е годы., наоборот, замедлили рост и, судя по всему, их возвращение в лидеры в ХХI веке пока не грозит.
Хотя, оговорюсь, в американском штате Висконсин скоро появится новая ветровая электростанция, которая сможет обеспечить энергией 72 тысячи домовладений. Проект оценивается в 250 миллионов долларов США. Чем же он интересен? Представьте, 133 турбины планируется разместить на территории в 50 квадратных миль. Высота каждой турбины — 117 метров, а длина лопасти — 38. Однако у этого проекта есть и сторонники, и противники.
Сторонники строительства ветровой станции утверждают, что подобные сооружения безвредны для окружающей среды. Противники опасаются, что от лопастей турбин будут гибнуть перелетные птицы. Хотя датские ученые опубликовали исследование, согласно которому опасности столкновения с гигантскими конструкциями подвергаются менее одного процента пернатых. Мигрирующие птицы, как правило, либо облетают электростанцию, либо просто проскакивают между турбинами. По плану комиссии, созданной губернатором Висконсина, к 2015 году 10 процентов всей электроэнергии в штате будет производиться из возобновляемых источников.
Интересно, что исследователи из Стэнфордского университета составили “новую карту мира”, а именно — места, где наиболее эффективно можно использовать энергию ветра на высоте 80 метров. Говорят, если разместить ветряные генераторы в этих точках по всему земному шару, то они перекроют потребность человечества в электроэнергии в пять раз (!), вырабатывая 72 тераватт в год.
При этом установлено, что эффективность ветряных электростанций достигается при скорости ветра 25 км/ч (6,95 м/с). Самые ветреные места мира, где можно получать электричество прямо из воздуха, обнаружены в Северном море, в самой южной точке Южной Америки, на Тасмании и в районе Великих североамериканских озер. А на первом месте стоит гора Вашингтон в Нью-Гэмпшире — там ветер почти постоянно дует со скоростью 60 км/ч (16,7 м/с).
Из стран третьего мира идея ветроэнергетики особенно популярна в Индии, которая сегодня занимает по суммарной мощности ВЭУ пятое место.
То есть все нормальные нации почему-то упорно “ловят” ветер, обращая его себе на пользу, а мы, убаюканные спросом на нефть и газ, по-старому кривим губы.
А между тем Россия обладает самыми богатыми ветроресурсами, что и не мудрено при ее-то территории — одна седьмая часть планеты! Ее технический ветровой потенциал в целом составляет свыше 50000 миллиардов кВтч/год. Этот показатель более, чем в 60 раз превышает общее реальное электропотребление страны, а экономический “задел” достигает примерно 260 млрд. кВтч/год, то есть около 30 процентов электроэнергии, производимой всеми электростанциями РФ.
Для использования ВЭУ, утверждают ученые, пригодны около половины территорий России. А наиболее перспективными из них специалисты называют такие регионы: Архангельская, Камчатская, Ленинградская, Магаданская, Мурманская, Пермская, Тюменская области, Нижнее Поволжье и Северный Кавказ, Приморский и Хабаровский края, Карелия, Коми, Ямало-Ненецкий автономный округ, Хакасия, Чукотка, Якутия и другие.
Впрочем, ветер в России имеет свою специфику. На территории нашей страны в основном резко континентальный климат, который характеризуется малыми скоростями ветра — от 3 до 5 метров в секунду. А это не позволяет применять такие установки, которые в ходу, например, в США или в Германии (там могут использоваться трехлопастные и даже двухлопастные ветроагрегаты большой мощности — до 4 МВт).
Сегодня на территории России действует всего одна подобная установка — на Калмыцкой ветроэлектростанции, принадлежащей “дочке” РАО “ЕЭС” — “Калмэнерго”, где уже лет десять сиротливо возвышается единственный, “опытно-промышленный” ветряк мощностью 1 МВт. В серию он так и не пошел, а предполагалось построить 21 ветроагрегат. Для степной республики, где сильные ветры гуляют, как и когда им вздумается, это было бы сущим благом. Но чиновники в свое время пожалели 800 млн. рублей…
Тем не менее, российские ученые, невзирая ни на что, работают над созданием новых аппаратов, адаптированных именно к российским ветрам, которые могут работать со скоростью, начиная с 2 метров в секунду. (В Екатеринбурге, например, средняя скорость ветра в течение года — 4,2 метра в секунду).
Крайний Север, Юг России и Дальний Восток, как уже отмечалось, именно те территории, где использование энергии ветра экономически выгодно. Больше того, в нашей стране, оказывается, разработана и принята к исполнению целая программа развития ветроэнергетики.
Так, есть решение о строительстве ветропарка мощностью 50 МВт в шельфовой зоне Балтийского моря Калининградской области. Его создание ведется в соответствии с российско-датским соглашением. Это первый проект такого рода в России. Вдоль морского побережья встанут 25 несущих мачт, высота которых над уровнем моря составит 60 метров. На вершине каждой вышки будет смонтировано по ветроэнергетической установке мощностью 2 МВт.
По подсчетам калининградских и датских энергетиков, коэффициент полезного действия ветроэлектроустановок нового поколения на шельфе Балтийского моря должен быть намного выше, нежели у их сухопутных соседей: 25 морских ветряков обеспечат Калининградскому региону дополнительно 50 МВт.
Специалисты, на мой взгляд, несколько опережая события, восторженно говорят, что строительство морского ветропарка открывает чуть ли не новую эпоху в энергетике России.
Однако положим руку на сердце: ветроэнергетики в России практически нет. Мы сильно отстаем от соседей, от Запада, что, в первую очередь, объясняется местечковой ленью и отсутствием реальной государственной поддержки. Зато наши предки, поклонявшиеся Стрибогу, знали, как с ним дружить, как привлечь на свою сторону силы природы.
Российские Кулибины
К примеру, на холме в селе Каменском Запорожской области, у самой трассы Москва-Симферополь, радуя любознательный глаз туристов, уже больше века стоит дубовый ветряк. И ведь до сих пор работает, как часы, муку мелет!
Народный умелец Николай Будилин из села Вешки Ульяновской области тоже решил, что лучше использовать энергию ветра, чем тратить свою собственную на борьбу с чиновниками, которые то и дело отключают рубильник, погружая регион во мглу, а зимой оставляя без тепла и топлива. И он бросил властям негласный вызов. Никакие тарифы, колебания цен местному Кулибину теперь не страшны: прямо на огороде у него день и ночь крутятся лопасти самодельного ветряка. Новатор стал независимым от прожорливой системы ЖКХ. А ветер у нас, слава Богу, налогами пока не обложен…
Высота будилинского ветряка выдержана строго по-научному — 20 метров, диаметр лопастей — 7. А почему? Доморощенный “моделист-конструктор” сам вывел такую формулу, ибо узнал, что ветер за одну минуту может менять свою скорость около 20 раз! Изо дня в день Будилин составлял таблицы, измеряя розу и характер ветров, ломал голову над КПД установки, сколько надо лопастей, какой покупать генератор…
Чудо-агрегат ульяновского мастера при средней скорости ветра 3,6 м/сек вырабатывает мощность 80 Вт, за сутки — 42 кВт. И этой энергии сметливому хозяину вполне хватает, все у него работает. В доме зимой у пенсионера стоят три обогревателя по 500 Вт, работают телевизор, холодильник, а в жилище всегда тепло! За это время изобретатель не сжег ни одного полена дров. Их у него давно уже нет, как, впрочем, и печки! Письма к ульяновскому Кулибину идут со всей страны, люди просят поделиться изобретением, чертежами: научи, мол, дураков, уму-разуму. А каких только заманчивых предложений не делали Будилину, зазывая его в город на хорошие деньги и престижную работу! Ответ был всегда один: “Не могу я бросить родную деревню…”
На редкость башковитым оказался и его земляк, 67-летний Виктор Курников из села Бекетовка, имеющий за плечами четыре класса начальной школы, не знающий толка в чертежах и расчетах. Ему до колик в почках надоело таскать воду из речки за сто метров для полива, вот он и соорудил водокачку, поставив ручной насос. Затем за одно лето смастерил из уголков и поворотного механизма от тракторной телеги пятиметровый ветряк, чтобы отказаться от ручного труда. Дождался попутного ветра — и из двух труб на огород хлынула вода. Получилось!
Тогда он решил вообще подчинить своей воле дешевую энергию природы. Начал собирать электростанцию. Руки-то у бывшего механизатора золотые, через него вся совхозная техника прошла. Мужики над ним, бывало, откровенно потешались:
— Ну, ты и дурной! Делать тебе, что ли, нечего…
А потом смеяться как-то враз перестали. Курников построил ветряк в три раза выше, чем водокачный. И электричества после пуска агрегата было так много, что лампочки на 220 вольт горели синим пламенем и взрывались от избытка напряжения. Умелец тут же внес коррективы — приспособил генератор, теперь энергии даже на отопление дома хватает. И о зимней стуже голова уже не болит. Одного не поймет: как же это — ничего не платить государству? Привык, что мы ему все время чего-то должны…
Есть такие Кулибины и на Урале. В городе Нижняя Салда недавно прошли успешные испытания опытной “парусной” ветроэлектростанции, разработанной уральскими специалистами. Установка действует по принципу гидроэлектростанции, только вместо плотины здесь используется парус специальной формы, а воду заменяет воздух. Такие комплексы смогут трудиться даже при скорости ветра менее 0,5 м/с.
Строительство подобных “воздушных плотин” на Урале может стать альтернативой распространенным в мире ветропаркам и гигантским, очень дорогим ветростанциям, поскольку на большей части территории России скорость ветра, как правило, не превышает 4 метров в секунду. В этих условиях обычные установки работать не могут. По оценке же наших ученых, эффективность парусной ветростанции в пятьдесят раз выше, чем у обычной. При этом “парус”, в отличие от традиционных ветряков, можно быстро сворачивать, перемещать на большие расстояния и т.д. Не случайно уральское ноу-хау уже подтверждено двумя патентами.
Автор проекта Анатолий Волков считает, что в новом комплексе учтены основные критерии работы ветростанции: надежность, мобильность, низкая себестоимость и высокая эффективность. Их можно использовать для автономного обеспечения энергоресурсами удаленных населенных пунктов, вахтовых поселков газовиков и геологов.
Казалось бы, чего уж проще: вот он, опыт, апробирован на практике, подхвати проект трудяги-ветряка и воплощай его в жизнь!
Однако власти Свердловской области уже ухватились за другую идею: с 2004 года все лесные делянки, егерские кордоны, предприятия деревообрабатывающей промышленности, воинские части, вахтовые поселки, золотые прииски старателей и другие подобные объекты, находящиеся вдали от магистральных электрических сетей, предполагалось оснастить газогенераторными мини-ТЭЦ, работающими исключительно на универсальном, бросовом сырье. В подобной установке мыслилось использовать дрова, торф, уголь, отходы древесного производства. И лишь как резервное топливо — нефтепродукты. В зависимости от силовой установки проектная мощность компактных энергоблоков могла варьироваться от 50 до 300 киловатт. Тепловая энергия от системы охлаждения тоже шла в дело — для отопления жилых и производственных помещений. Здорово, кто спорит! Но дальше-то что?
Через какое-то время появилось сообщение, что первая подобная мини-ТЭЦ должна появиться в учебно-опытном лесхозе Уральского государственного лесотехнического университета, расположенном в посёлке Северка. Для реализации проекта, как у нас водится, была создана рабочая группа в составе представителей областного министерства промышленности, энергетики и науки, ЗАО “Энергоресурс” и самого университета.
Насколько мне известно, масштабного развития этот проект тоже не получил. Значит, кумекаю я, жди вброса в печать другой светлой идеи.
Должен заметить, это общероссийская беда. Возьмем Минэнерго РФ. В его недрах когда-то была разработана очень интересная программа обеспечения северных и отдаленных регионов энергией, получаемой за счет ветра, тепла Земли и местного топлива. Если бы замысел удался, проект позволил бы в корне улучшить жизнь 20 млн. человек на Севере и в глухой глубинке. Ведь оправданный потенциал нетрадиционных возобновляемых источников энергии в России оценивается в 270 млн. тонн в угольном эквиваленте, а используется всего 2 миллиона. Что же помешало? Для затравки из федерального бюджета на это благое дело требовалось 5 млрд. рублей сроком на 5 лет. Остальные 85-90 процентов средств предполагалось привлечь из местных бюджетов и от частных инвесторов. Денег, естественно, не нашли, и проект положили под сукно…
Ну, с деньгами, как известно, в российской казне всегда было туго. Хотя наше правительство, как и Центробанк, словно упертый гоголевский скряга Плюшкин, без конца наполняют денежной массой Стабилизационный фонд, все копят и копят золотовалютные резервы, не пуская огромные ресурсы в оборот. А ведь это аксиома: деньги должны работать! Они здорово бы пригодились для формирования в стране национальной инновационной системы, для реализации в гражданском секторе экономики двойных технологий ОПК, поддержки фундаментальной и отраслевой науки, отдельных, уже готовых прорывных разработок. Увы…
А пока суд да дело, упомянутый в начале статьи уралец Сергей Щеклеин, набегавшись со своими проектами по высоким чиновничьим кабинетам, решил доказать свою правоту собственным конкретным примером.
И вот в поселке Растущий, что в Белоярском районе, с коллегами из Уральского технического университета энтузиаст построил “дом солнца”, который питается энергией ветра и небесного светила. Освещаться и отапливаться он будет от солнечных батарей и ветряка, установленного рядом с необычным зданием.
Этот дом (бывший животноводческий корпус) ученые решили сделать своим собственным. То есть строили для себя. На свои личные деньги. И только потом, если эксперимент удастся, распространить опыт шире. А еще они хотят реанимировать в Свердловской области руины многочисленных сельхозпредприятий и сделать их энергоэффективными, востребованными. Именно за это смельчаки получили грант Министерства образования и науки Российской Федерации.
Что тут скажешь: Стрибог им в помощь!
Где прячется энергия?
Замечу: именно на таких ищущих, одержимых людях во веки веков стояла и держится российская земля, даровитая на настоящие таланты. Тут, думаю, и доказывать нечего!
Один народный умелец как-то вычитал, что обыкновенная блоха (между прочим, один из древнейших обитателей нашей планеты, поскольку существует на Земле уже более 60 миллионов лет!) при своей ничтожной длине в 3 мм может выпрыгивать на 30 см, то есть в сто раз выше собственного роста! Причем во время прыжка блоха развивает ускорение в 50 раз больше, чем космический корабль, может прыгать без остановок 30 тысяч раз подряд и тащить груз, в 400 раз превышающий ее собственный вес. Если бы человек мог совершить подобное, он бы легко перепрыгивал через Останкинскую телебашню.
Впору задуматься: какая же энергия движет этим насекомым, как ее распознать и с толком употребить на практике? Согласитесь, соблазн для творческого поиска!
Возможно, уже при жизни моего поколения у страны дойдут руки и до геотермальной энергии. Перспективы ее использования сегодня связывают главным образом с Курилами, Камчаткой, Сахалином, Тувой и другими местностями, где наблюдается повышенная вулканическая активность, выход теплых вод на поверхность с температурами выше 60 градусов по Цельсию. Но и у нас в крае это не редкость — не первый год подобное явление наблюдается, например, в Гаринском районе, под Туринском, Тюменью. А в принципе, утверждают ученые, геотермальная энергия есть повсюду, особенно там, где высокотемпературные пласты лежат на сравнительно малой глубине. Вопрос в другом — в желании раскошелиться, умении использовать ее на общее благо.
Где же еще прячется потенциальная энергия?
Не только в воздухе и под землей. Команда американских конструкторов из Marine Current Turbines Ltd умудрилась создать “подводную мельницу” — альтернативный источник энергии на основе океанских течений, предложив радикально новый и экологически чистый подход к ее выработке. И что получилось в активе? 20000 мегаватт, элементарно извлекаемых из-под толщи морских вод.
Но и русские не хуже! Фантастические возможности, утверждают наши ученые, сокрыты в строительстве приливных электростанций (ПЭС). Несколько лет назад на совещании в одном из отечественных НИИ ученые, по словам председателя правления РАО “ЕЭС России” Анатолия Чубайса, рассказали о сделанном ими реальном открытии — создании ортогональной турбины, способной вращаться только в одну сторону, независимо от направления приливов и отливов! Главный энергетик страны, умный, между прочим, человек, тогда только покрутил головой — не очень понял и не поверил. Открытие действительно казалось абстрактным, но, тем не менее, была поставлена задача — довести его до реализации на Кольском полуострове.
Напомню: единственная в России экспериментальная Кислогубская приливная электростанция (принадлежащая ОАО “Колэнерго”) долго пребывала в простое и введена в эксплуатацию в декабре 2004 года. Но это стало возможным только благодаря установке на станции новейшего гидроагрегата упомянутого НИИ, открывающего огромные возможности по промышленному использованию экологически чистых и возобновляемых источников энергии.
Это не просто первая в России приливная станция, а единственный в мире работающий ортогональный агрегат, хотя, конечно, впереди у российских специалистов полно забот по его обкатке, поскольку, согласимся, мы говорим лишь об опытно-промышленной эксплуатации. Но параметры, которые здесь уже отчетливо просматриваются, могут оказаться реальным масштабным прорывом не просто на российском, а без преувеличения — на мировом уровне.
Вообще-то до сих пор считается, что альтернативные углю и углеводородам источники энергии (не считая атомных) — это главным образом ветер, океанические течения, приливы и отливы, горячие источники, температурные градиенты, капризный и коварный шахтный метан. Да, но не только. Речь идет и о некоторых объектах минералогии, которые, по мнению ученых, могут быть использованы столь же активно как “голубое топливо” или “черное золото”.
Возьмем силикаты. Что мы знаем о них? То, что в природе они встречаются в виде солей различных кремнистых кислот (полевые шпаты, роговые обманки, слюды) и представляют собой широко распространенные породообразующие минералы. Все так. А ведь их теплотворная способность многократно превышает показатели известных ныне энергоносителей: килограмм силикатного топлива, к примеру, эквивалентен одной тонне (!) мазута. Из этого же ряда — развитие металлургии кремния.
Еще одно уникальное и потенциально полезное явление обнаружили недавно российские физики. Это подобные микроскопическим шаровым молниям сгустки плазмы, возникающие под действием электрического разряда или микроволнового излучения на границе раздела фаз металл-диэлектрик. Непонятно? Поясню: с их помощью можно поднять в небо гигантский самолет новейшей конструкции, завести машину в любой мороз и даже паять микросхемы.
Правда, фотографии из статьи доктора физико-математических наук профессора Игоря Косого и его коллег из Института общей физики РАН имени А. Прохорова в серьезном научном журнале “Физика плазмы” больше похожи на кадры из фильма о шаровой молнии. Вот она появляется, летит, удаляясь от источника, опять возвращается. На самом деле эта шаровая молния возникает не случайно, а “по заказу”. Налицо так называемый плазмоид — сгусток металлической, как выяснилось в результате отдельного исследования, высокотемпературной плазмы. И что особенно важно, существующей на порядки дольше, чем породивший ее инициирующий разряд или импульс микроволнового излучения.
Ну, и что из этого следует? Ученые создают плазмоиды, изучают и пытаются управлять их свойствами не только из спортивного интереса, хотя само по себе это явление интригует до крайности. Дело в том, что плазмоиды обещают стать незаменимыми “зажигалками” для газовых смесей в двигателях внутреннего сгорания. С их помощью, возможно, удастся проводить тончайшую сварку.
Но если работы в этом направлении исследователи только начинают, то поведение плазмоидов в газовых смесях авторы уже довольно подробно изучили. И вот что выяснили.
Под воздействием сравнительно небольшого короткого электрического разряда, импульса микроволнового или лазерного излучения на границе раздела фаз металл-диэлектрик образуется сгусток плазмы, как бы нагретая до нескольких тысяч градусов частичка. Состоит она из атомов металла, а также электронов и ионов, на которые атомы частично распались. В инертном газе или в вакууме эта плазма быстро, за время, не превышающее сотню микросекунд, затухает — остывает.
Самое интересное начинается в атмосфере горючей смеси, например, метана с кислородом. Потому что в ней, как выяснили ученые, плазма начинает жить своей собственной жизнью! “Подпитываясь” энергией смеси, она очень долго не затухает и может перемещаться в пространстве на довольно большие расстояния. И за это время плазмоиды могут очень многое успеть (температура у них нешуточная, около пяти тысяч градусов по Кельвину), поджечь, например, остывшую на морозе газовую смесь (вот она, проблема “посаженных” зимой слабосильными свечами аккумуляторов). Или такую, которая несется с огромной скоростью, настолько высокой, что обычная искра поджечь ее просто не успевает, как костер на ветру. С этой проблемой столкнулись создатели двигателей для сверхскоростных самолетов: поджечь газовую струю в них обычными методами не удается. А плазмоид, отрываясь от источника, несется в смеси горючих газов, как камень в лавине, газы в конце концов нагреваются и горят!
Интересно и то, что спектр излучения плазмоидов существенно смещен в сторону жесткого ультрафиолета, что уже само по себе повышает реакционную способность смеси газов. Под действием облучения молекулы в них диссоциируют на атомы, и “горючесть” смеси увеличивается — газ горит, упрощенно говоря, быстрее и жарче.
Исследования продолжаются, загадок в открытом явлении еще хватает. Но главное сделано: понятно, как и из чего сделать источники плазмоидов, как продлить жизнь этим миниатюрным родственникам шаровых молний. Теперь наряду с теоретическими изысканиями на первый план выступает другой аспект — как научиться использовать плазмоиды на практике.
Что и говорить, энергетика — острейшая проблема цивилизации. Уже сегодня энергетические проблемы определяют пути развития мировой экономики, и самые светлые умы бьются над тем, как в будущем, когда потребление неизбежно и неимоверно возрастет, избавить человечество от энергетического голода.
Мы видим, сколь зримо, уверенно входит в нашу повседневность водородная энергетика. Вы не задумывались, почему лава вулкана раскалена до 1500 градусов по Цельсию? С какой стати? Ведь геофизики давно установили, что верхняя мантия Земли — твердая, да и нагрета всего до 600 градусов. Откуда же берется такая огромная энергия, создающая кипящий силикатный расплав?! Тепловыделяющие элементы — уран и торий — в мантии практически отсутствуют. Тогда, может быть, плавление пород как-то связано с мощными экзотермическими реакциями окисления водорода и метана, происходящими в жерлах вулкана?
Точно! А это значит, что в недрах нашей планеты хранятся колоссальные запасы космического водорода, основного “строительного кирпича” Вселенной. Так нельзя ли поставить грандиозную планетарную энергию на службу всему человечеству? Между прочим, в эпоху правления “вождя всех времен и народов” тому, кто первым открыл бы месторождение водорода, была обещана щедрая Сталинская премия. Тогда открытия в силу разных причин не произошло. Но сегодня решить эту задачу уже вполне по силам, и сгорающий без пользы в жерлах многочисленных вулканов водород станет в недалеком будущем основой грандиозной, экологически чистой энергетики.
Больше того, человечество обретет новые, совершенно фантастические источники энергии уже в ближайшие 20-25 лет.
Управляемый термоядерный синтез — одна из проблем, над которой отечественные и западные ученые бьются уже не одно десятилетие. Зато этот успех позволит решить вопросы конечных запасов энергии на новом качественном уровне. За это время учеными предлагалось несколько вариантов реализации задачи, в том числе с использованием установок “токомак”, позволяющих проводить эксперименты в области термоядерного синтеза, открытые магнитные ловушки, мюонный катализ и ряд других методов.
США в программе Generation Four остановили выбор на нескольких ядерных реакторах, и одним из самых любопытных является проект гелиевого агрегата. Такой же реализуется и в России, которая, по мнению экспертов, подошла к гелиевому реактору гораздо ближе других стран.
Гелий — второй после водорода по распространенности элемент во Вселенной. На Земле он присутствует в мизерных количествах — 0,003 миллиграмма на 1 килограмм вещества, но во Вселенной его 23%. Гелий содержится в основном в гранитных породах и выделяется при распаде урана, других радиоактивных элементов. Гелий — основной строительный материал нашего Солнца. Говорят, его полно и в лунном грунте. До недавних пор гелий применялся людьми большей частью в воздушных шарах. Сейчас же его используют и в промышленных установках, например, на космических кораблях “Союз”, где он служит в системе подачи топлива под большим давлением.
Нобелевский лауреат Ричард Фейнман считал, что сверхтекучий гелий поможет решить последнюю нерешенную задачу классической физики, связанную с расчетом модели турбулентности. Сверхтекучий гелий открыл в 1937 году Петр Капица, получивший за эти исследования Нобелевскую премию. Объяснил поведение сверхтекучего гелия другой Нобелевский лауреат Лев Ландау. В 1970-х годах у нас начались работы по высокотемпературным гелиевым реакторам (ВТГР) атомных энерготехнологических станций (АЭТС) для химической промышленности и черной металлургии. Основой ВТГР послужили разработки ядерных ракетных двигателей на водороде, которые, к сожалению, были отложены до лучших времен, хотя экспериментальные модели показали эффективность при нагревании водорода до температуры в 3000 градусов.
В 90-х годах ХХ века специалисты Курчатовского института и ОКБ машиностроения имени Африкантова в Нижнем Новгороде (там создают реакторы для атомных подводных лодок, для плавучих АЭС, а также не пошедший в серию реактор ВВЭР-640 для АЭС в Казахстане и в Сосновом Бору) предложили проект высокотемпературного реактора с гелиевым теплоносителем. В этом качестве гелий имеет большие преимущества. Он химически инертен и не вызывает коррозию. Не меняет агрегатного состояния. Не влияет на коэффициент размножения нейтронов. Наконец, горячий гелий удобно прямиком направлять в газовую турбину.
Проект ГТ-МГР, к которому подключились Национальная лаборатория в Окридже, американская компания General Atomics, французская Framatome и японская Fuji Electric, дает возможность создания нового типа экологически чистых АЭС с уникальными свойствами — способностью вырабатывать тепло при температурах более 1000 градусов, с самым высоким, по американской классификации, уровнем безопасности. Уже готов эскизный проект реактора и АЭС. Гелиевый реактор дает возможность поднять КПД до 50%, а это прорыв по сравнению с ныне действующими реакторами с КПД 32%. Реактор и турбогенератор будут размещены под землей: устройство гелиевой АЭС значительно проще, чем у традиционных.
По мнению академика Николая Пономарева-Степного, гелиевые реакторы представляют большой интерес для развития водородной энергетики, которая является одним из наиболее перспективных путей решения энергетических проблем нашей планеты. Кроме того, гелиевые реакторы могут быть использованы для опреснения воды, технологических процессов в химической, нефтеперерабатывающей, металлургической промышленности, для коммунальных нужд, и принципиальных сложностей здесь не видно.
В качестве топлива для реактора будут использоваться оксид и карбид урана. Топливом может стать и оксид оружейного плутония, что делает этот проект особо привлекательным, ибо он помогает решить проблему утилизации опасного материала. Отработанное топливо находится в такой кондиции, что его возвращение в оружейный цикл уже невозможно.
У этого направления есть целый ряд преимуществ, в том числе — экологическая чистота реакции, однако существуют и некоторые ограничения. В частности, для нее требуются очень сильные температуры и высокий уровень бета, отношение газокинетического давления к магнитному. “Токомаки” это обеспечить не в состоянии. Поэтому исследования по термояду проводятся параллельно и отечественными, и западными учеными, при этом характерен высокий уровень международного сотрудничества. Ярче всего эта кооперация выразилась в факте постройки международного реактора. Ввод в эксплуатацию 4-модульного реактора ГТ-МГР намечен на 2012-2015 годы. Его тепловая мощность составит 600 мегаватт, электрическая — 285. Расчетный срок службы реактора — 60 лет. А доля России в этом проекте — 10 процентов.
Знаменитый писатель-фантаст Артур Кларк предложил список открытий, которые сбудутся в новом веке (в порядке исполнения): запуск термояда, клонирование человека, появление квантовых генераторов, черпающих энергию из космоса, введение единой валюты мегаватт-час, космические гостиницы, искусственный интеллект, высадка на Марсе, замена глаза, носа и кожи на эффективные механизмы, Китай превзойдет Америку, нанотехнологии приведут к созданию молекулярных дубликатов любых предметов, замораживание человека, наступление ледникового периода, приближение к световой скорости…
И он же сказал: “Динозавры вымерли, потому что у них не было космической программы”. Так что человечеству надо спешить, чтобы достать билет на корабль будущего и не оказаться на корабле дураков…