Из чего человечество пытается добыть электричество и насколько успешно

Охота на энергию

Первыми под удар попадают государства, не имеющие собственной добычи энергоносителей, в первую очередь угля и газа, или добывающие их в недостаточных объёмах. Практически во всех странах ЕС из-за жары вопрос энергосбережения сейчас стоит очень остро. Однако не менее актуальна эта проблема и для крупных государств, обладающих большими ресурсами, ведь и население у них тоже несравнимо больше, чем у малых стран.

Если говорить конкретно о России, то наша страна потреб­ляет примерно 1,2 трлн кВт.ч за год. И энергобаланс выглядит так: около 57% генерации электричества обеспечивают тепловые электростанции, почти 19% – АЭС, 17% – ГЭС, чуть более 6% – электростанции промышленных предприятий и 0,9% – ветряки и солнечные панели (данные за 2025 год). То есть ископаемое топливо в производстве электроэнергии очевидно доминирует. Но главное – рост потребления энергии имеет тенденцию к опережению роста мощности. К 2042-му ожидается потреб­ление на уровне 1,43 трлн кВт.ч. Что с этим делать?

Атом, плазма и тепло

Россия активно развивает атомную энергетику: нацпроект «Новые атомные и энергетические технологии» предполагает строительство 38 новых энергоблоков общей мощностью около 30 ГВт и доведение доли атома в энергобалансе до 25%. Но это должно случиться лишь к 2045-му. Однако нацпроект предполагает также развитие сектора малых АЭС, а ещё исследования в сфере плазмы и повторного использования ядерного топлива. Так, в НИЦ «Курчатовский институт» развивается проект термоядерного реактора Т-15МД, где используется токамак – установка для магнитного удержания плазмы. Это является необходимым условием для термоядерного синтеза.

В рамках проекта уже достигнута так называемая диверторная конфигурация плазмы – форма, необходимая для полноценной работы реактора. Следующий этап – создание на базе Т-15МД термоядерного источника нейтронов, он требуется для получения ядерного топлива, которое бы работало в реакторах нового поколения. В итоге предполагается достижение замкнутого цикла, когда отработанное топливо перерабатывается и используется в других типах реакторов.

Президент Курчатовского института Михаил Ковальчук ранее говорил, что плазменный реактор может быть использован даже на космических кораблях, его применение на несколько порядков сократит время полёта к другим планетам, что позволит запускать регулярные грузовые рейсы.

Осваиваются и необычные варианты использования атома, правда, не в России. Финская Steady Energy разрабатывает реактор LDR-50 на 50 МВт, который преобразует энергию деления атомов сразу в тепловую, что в перспективе позволит заменить газовые и угольные котельные.

Нестандартные возобновляемые источники энергии

Развивает Россия и другие виды энергетики. Согласно Энергостратегии-2050, к соответствующему году совокупная мощность гидро-, ветро- и солнечных электростанций должна вырасти на 40% (за точку отсчёта берётся 2023 год).

Очевидно, что ряд регионов России (в первую очередь малозаселённых) идеально подходят для того, чтобы строить там ветряки и солнечные панели. Но этим ветряная энергетика и фотовольтаика не ограничивается. Так, в частных целях могут использоваться солнечные панели, размещённые на окнах домов и автомобилей, причём эти панели уже делаются прозрачными. Фотопанели могут обеспечить 55–80% энергопотребления электромобилей, особенно выгоден такой подход в случае с грузовиками: больше площадь – больше панелей – больше энергии. Также указанные панели могут размещаться на крышах зданий, как и небольшие ветрогенераторы (уже разработаны безлопастные и бесшумные их модели). Но здесь всё зависит от инсоляции, ветра и, главное, экономики. Зачастую платить за «традиционную» электроэнергию выходит дешевле.

Однако ветер, солнце и вода – далеко не единственные востребованные человечеством возобновляемые источники энергии (ВИЭ). Существует и геотермальная энергетика, использующая тепло земных недр. Такие электростанции уже есть в России, но их выработка в общих объёмах незначительна, чуть более 80 МВт. Существуют приливные и волновые гидроэлектростанции, которые в отличие от традиционных работают на кинетической энергии морских течений и разнице температур между поверхностью воды и её глубинными слоями. Приспособить к выработке электричества пытаются даже энергию вращения планеты, пока, правда, безуспешно, но исследования в этой сфере продолжаются.

Энергоэкзотика

Уже достаточно известна биоэнергетика, где в ход идёт органическое сырьё, в том числе навоз, из которого получают метан. Имеет некоторое распространение «мусорная» энер-
гетика – сжигание твёрдых бытовых отходов с получением электрической и тепловой энергии.

Но есть и совсем уж экзотические способы добычи электричества. Например, адсорбация водяного пара, которая позволяет получать энергию буквально из воздуха. Прототип такого генератора, получивший название Air-gen, был разработан в Университете Массачусетса.

В Китае нашли способ применить принцип классических ГЭС, использующих энергию падающей воды, в мини-варианте. Это когда в электрогенераторе с полевой транзисторной структурой задействуется сила падения отдельных капель.

В свою очередь, российские учёные из того же Курчатовского института разработали безмембранный микробный фототопливный элемент, позволяющий преобразовать химическую энергию органики в электричество за счёт метаболизма бактерий. А в Балтийском федеральном университете имени И. Канта предложили способ получения бионефти из водорослей и отходов.

И перечисленными способами энергетическая экзотика не исчерпывается. Но всё это либо в разработке, либо требует серьёзных затрат. Во всяком случае, на текущем этапе.

Игорь Юшков, ведущий аналитик Фонда национальной энергетической безопасности, эксперт Финансового университета при правительстве РФ

– Наиболее реалистичный сценарий сейчас – это развитие уже существующих энергетических технологий, повышение их эффективности. Совершенствование технологий в классической энергетике и стало самым главным прорывом на энергорынке – и главной неожиданностью. Развитие технологий устраняет минусы, из-за которых раньше считалось, что от этих технологий нужно отказываться.

Яркий пример – угольные электростанции. С одной стороны, много говорят о том, что уголь должен уйти. Но с другой – угольная отрасль развивается. Так, у Китая и Индии уже появились технологии строительства электростанций на угле, имеющих сверхкритические характеристики. Объёмы выбросов загрязняющих веществ в окружающую среду у таких станций гораздо меньше, чем у обычных. Новые станции в этом плане вполне способны конкурировать даже с газовыми мощностями. К тому же и эффективность выработки у новых угольных очень высокая.

По тому же пути идёт и часть автопроизводителей, совершенствующих двигатели внутреннего сгорания. Проблема здесь в том, что до бесконечности совершенствовать технологии нельзя, существует некий предел.

Если же говорить о новых разработках, например о выводе солнечных панелей на орбиту, здесь ключевой вопрос – кто будет потреблять эту энергию? Илон Маск хочет запитать свои дата-центры от орбитальных панелей, но и сами дата-центры будут выведены на орбиту. А вот если говорить о планетарной энергосистеме, то вряд ли «космические паруса» с кабелем, протянутым до Земли, когда-то станут реальностью.

Другие перспективные технологии, такие как термоядерный синтез, пока требуют больше энергии, чем способны предоставить. Так что здесь тоже не факт, что они когда-то станут рентабельными. Более реальной выглядит технология замыкания топливного цикла в традиционной ядерной энергетике. Это становится реальностью уже сейчас. Здесь очень хорошие позиции у «Росатома», который уже строит реакторы, способные использовать отработанное топливо с классических атомных станций. В свою очередь, отработанное топливо новых реакторов будет использоваться в инновационных реакторах на быстрых нейтронах. Полагаю, чем-то подобным весь мир и будет заниматься в перспективе. Но какая из технологий в итоге «выстрелит», прогнозировать сейчас невозможно.

Елена Астафьева

Просмотров: 39