Наука и Техника

Наука И Техника
13 декабря 2017

Можно ли превратить пустыню Сахару в гигантскую солнечную батарею?

В 1986 году всплеск напряжения во время проверки безопасности на Чернобыльском реакторе вызвал катастрофический взрыв. Тридцать один человек погиб на месте, еще больше умерли из-за последствий выброса. Наряду с аварией на Фукусиме в 2011 году, это одно из двух самых страшных ядерных происшествий, которые обозначены максимальным уровнем серьезности — 7. Поддержка ядерной энергетики резко упала по всему миру именно из-за этих событий.

Но Герхард Нис, физик частиц из Германии, решил задать простой вопрос. Ископаемые виды топлива, такие как уголь, нефть и природный газ, прошли длинный путь, прежде чем стать нашим энергетическим источником, и отчасти обязаны своим энергетическим запасом солнцу. Растения и животные, погребенные под землей, тысячи лет превращались в это ископаемое топливо. Радиоактивный уран, подпитывающий атомные электростанции, также стал побочным продуктом ядерного синтеза в звездах. Не будет ли дешевле, проще и чище получать энергию от солнца напрямую?

Нис проделал простой расчет и выяснил, что за шесть часов мировые пустыни получают больше солнечной энергии, чем весь человеческий род потребляет за год. Энергетические потребности мира можно удовлетворить, покрыв всего 1,2% пустыни Сахары солнечными батареями. Нис, вероятно, даже не думал о выбросах углекислого газа — потому что однажды ископаемое топливо однажды закончится — но изменение климата подпитывает мотивацию заниматься подобным проектом. И, конечно, все это выглядит крайне просто: сам Нис поражался, мол, неужели мы настолько глупые как вид, что до сих пор к этому не пришли?

Конечно, трудно убедить людей вкладывать средства в такую грандиозную и амбициозную схему — и которая требует колоссальных инвестиций, не обещающих никакой серьезной прибыли — но инициатива Desertec была реальной попыткой продемонстрировать работоспособность концепции.

План состоял в том, чтобы разместить солнечные панели в Сахаре, которые будут обеспечивать большую часть мощностей на Ближнем Востоке и в Северной Африке, а также обеспечат экспорт энергии на 60 миллиардов долларов, которая удовлетворит 15% потребности в электроэнергии Европы. Между тем, европейцы — импортируя энергию пустыни — могли бы сэкономить до 30 евро за МВт·ч на счетах за электроэнергию. Все победят в конечном счете.

Проект Desertec начал развиваться в 2009 году и вскоре обзавелся рядом отраслевых партнеров, включая EON, Deutsche Bank и Siemens. Их инвестиции были необходимы, поскольку проект оценивался в 400 миллиардов евро — хотя через несколько лет работы он уже окупал бы сам себя. Однако проект застопорился, и к 2014 году из семнадцати первоначальных партнеров отрасли осталось только три.

Что же случилось с Desertec? Виной тому два набора факторов. Во-первых, это проблемы, которые много лет преследовали переход к возобновляемым источникам энергии. Во-вторых, это уникальные геополитические и логистические проблемы солнечных батарей в Сахаре. Оба заслуживают внимания.

Сокращение разрывов
Первое — это общие проблемы возобновляемой энергии. План Desertec подразумевал создание централизованной энергетической станции, которая будет раздавать электричество на три континента, и передавать это электричество на такие большие расстояния может быть проблемой.

План состоял в использовании высоковольтных линий электропередачи постоянного тока — вместо линий переменного тока, к которым мы привыкли. На больших расстояниях потеря энергии может составлять всего 3% на 1000 километров, что намного меньше, чем в случае с переменным током. Но ничего в таких масштабах ранее не возводилось; самая большая цепь находится в Бразилии, это линия Рио-Мадейра, передающая 6,3 ГВт на 2400 километров. Чтобы Desertec был успешным, из Сахары в Европу нужно передавать 30 ГВт энергии на расстояние свыше 3000 километров. И тем не менее, это может быть вполне реально на фоне новостей о том, что в июле 2016 года Китай начал финансировать высоковольтную линию передачи постоянного тока, которая будет передавать 12 ГВт на 3000 километров.

И дело не только в передаче энергии. Что делать, когда солнце на небе нет? А ведь это серьезная проблема для возобновляемых источников энергии.

Хранение энергии может быть частью решения, но пока еще недостаточно разработанной. В глобальном хранилище в настоящее время доминирует гидроэлектричество с накачкой. Эта простая техника определяет 99% мирового хранилища, но при общемировом хранении в 127 ГВт это все еще меньше 1% всей мощности, используемой миром. Исследователи энергетической отрасли говорят о гипотетической «европейской суперсети», которая позволит передавать мощность из регионов избыточного производства в регионы избыточного потребления. То же самое происходит внутри стран в целях обеспечения постоянного снабжения электроэнергией, но происходит это во многом благодаря тому, что производство энергии на основе ископаемого топлива можно наращивать или уменьшать.

И есть прецеденты для такой системы: Франция и Великобритания связаны линией электропередачи в 2 ГВт. Высоковольтный постоянный ток позволяет передавать энергию в обоих направлениях, в зависимости от спроса; обычно британцы импортируют французскую электроэнергию, но не всегда. Фьорды Норвегии позволяют производить 98% ее электричества на гидроэлектростанциях; ветры Дании позволяют производить 50% собственной электроэнергии за счет возобновляемых источников энергии; кабели, идущие через Скандинавию, гарантируют, что каждый может получить энергию, если дует ветер или светит солнце. Исследования показали, что область Средиземного моря с источником энергии вроде Desertec может обеспечивать 80% собственных энергетических потребностей за счет одной только солнечной энергии, не беспокоясь о прерываниях.

Ожидай неожиданное
Пока люди рассматривали проект, который мог бы сосредоточить мировое энергоснабжение в Ливии и Алжире, возникли более конкретные проблемы — гражданская война в Ливии и политическая нестабильность в Сахаре. Добавьте к этому то, что проект планировали завершить только к 2050 году, и промышленных партнеров пришлось бы убеждать разве что обещаниями краткосрочной выгоды.

Есть и более тонкая политическая проблема прав на природные ресурсы.

Как это бывает со многими смелыми, футуристическими проектами, небольшое вмешательство правительства может помешать проекту вроде Desertec. Страны обогатились за счет экспорта нефти или угля; может ли солнечный свет однажды сыграть аналогичную роль? На первый взгляд, это еще один бонус в схеме Desertec; бедные страны Африки стали бы чрезвычайно ценными за счет экспорта энергии в мир, при этом обеспечивая собственные потребности. Но на практике начнется очередная империалистическая эксплуатация. Это лишь новая форма эксплуатации ресурсов, и история помнит массу печальных сюжетов на эту тему.

Есть и другая причина остановки развития Desertec.

Проект поддерживал концентрированную солнечную энергию, при которой параболические зеркала концентрировали солнечный свет, который кипятил воду, которая приводила в движение ветряные турбины. Эта технология позволила привлечь к проекту Siemens. Проблема в том, что когда Desertec начал развиваться, цена солнечных батарей начала стремительно падать. С 2009 по 2014 год стоимость фотоэлектрических элементов упала на 78% и продолжает падать. Всего через пять лет фотоэлектрические элементы подешевели в пять раз. Поэтому Siemens покинула проект.

Desertec продолжает жить малыми формами; продолжается строительство электростанций в Марокко, которые позволят удовлетворить локальный спрос на энергию в стране. Возможно, стоит начинать именно с этого: наращивать собственное производство в странах Ближнего Востока и Северной Африки. В конце концов, это не первый и не последний проект, который обещал обеспечить мир безграничной энергией и который зашел в тупик; историки помнят «Атлантропу» — план запрудить Гибралтарский пролив и использовать его для гидроэнергетики, к которой был большой интерес в 1920-х годах.

И все же перспектива остается чересчур заманчивой. Солнечная энергия, которую можно было бы добывать в мировых пустынях, является лишь одним из немногих возможных способов задействовать возобновляемые источники энергии для обеспечения потребностей людей в больших масштабах. Однажды мы будем гораздо эффективнее пользоваться тем, что дарит нам солнце. Нам придется.